Stavba atomů a molekul Úvod cíle sezámit studety s moderími představami a fakty o struktuře a vlastostech mikrosvěta prostředky ezbyté miimum matematiky a základí představy kvatové teorie, která umožňuje řadu jevů popsat Proč? Přehled témat Koečý výklad všech chemických jevů musí být založe a struktuře atomů. Cotto A., Wilkiso G. struktura mikrosvěta elemetárí částice atomy molekuly soubory molekul struktura biomakromolekul experimetálí metody studia mikrosvěta Stavba mikrosvěta v historii Paradoxy mikrosvěta živly/elemeta (Aristoteles) oheň, vzduch, voda, země základy Alchymie atomisté (Demokritos 40 př..l.) edělitelé částečky hmoty mají háčky a důlky, stále se hýbou, jsou růzě velké, těžké a pohyblivé, sdružují se do větších pozorovatelých útvarů diskrétí hladiy ěkterých dyamických veliči dualismus vl a částic ekomutativost aktu měřeí relace eurčitosti edetermiismus kvatové teorie
Než začeme vlěí elektromagetické vlěí frekvece (Hz) ν = u vlová délka vločet rychlost ν = c ~ ν = c =.9979.0 8 m.s c E = hν = h h =,5.0-34 J.s český ázev frekvece vlová délka aglické ozačeí gama zářeí 0 9-0 4 Hz 0-0 - 0-4 m Gamma Rays retgeovo zářeí 0-0 9 Hz 0-0, m X-Rays ultrafialové zářeí 0 4-0 Hz 400-0 m Ultra Violet (UV) viditelé zářeí 0 4 Hz 400-900 m Visible (VIS) ifračerveé zářeí 0 0-0 4 Hz mm - mm Ifra Red (IR) mikrovly 30-300 GHz 0 - mm Extremely High Frequecy (EHF) mikrovly 3-30 GHz 00-0 mm Super High Frequecy (SHF) ultra krátké vly (UKV) 0,3-3 GHz - 0, m Ultra High Frequecy (UHF) velmi krátké vly (VKV) 30-300 MHz 0 - m Very High Frequecy (VHF) krátké vly (KV) 3-30 MHz 00-0 m High Frequecy (HF) středí vly (SV) 0,3-3 MHz - 0, km Medium Frequecy (MF) dlouhé vly (DV) 30-300 khz 0 - km Low Frequecy (LF) velmi dlouhé vly 3-30 khz 0-0 km Very Low Frequecy (VLF) extrémě dlouhé vly 0,3-3 khz 0 3-0 km Extremely Low Frequecy (ELF) Než začeme eergie J, ev, kcal/mol, Rydberg ev =. 0-9 J, cal = 4.84 J, Ry = 3.05 ev délka Agström Å = 0-0 m (zakázaá SI) předpoy SI 0 3 mili m 0 3 kilo k 0 mikro μ 0 mega M 0 9 ao 0 9 giga - G 0 piko p 0 tera - T 0 5 femto f 0 8 atto a Elemetárí částice Elemetárí částice Další objevy elemetárích částic do roku 93 byly zámy je elektro (Thomso 897, katodové částice) proto (Rutheford - 98), protos = prví eutro (Chadwick - 93) H. Yukawa pio P. Dirac atičástice, pozitro Aderso - 93 W. Pauli eutrio E. Fermi - 934 M. Gell-Ma kvarky
Chemické elemetárí částice Elektro - e 0 e áboj.077.0 9 C považuje se za elemetárí áboj, začí se e hmotost m e = 9.0939.0 3 kg... lepto spiové kvatové číslo spi ½... fermio spi, vitří momet hybosti Proto - p + p Neutro - 0 áboj +.077.0 9 C hmotost m p =.7.0 7 kg... baryo, hadro m p = 83 m e spiové kvatové číslo spi ½... fermio tvoří jej tři kvarky up, up, dow áboj = 0 C hmotost m =.7493.0 7 kg... baryo, hadro m p = 839 m e spiové kvatové číslo spi ½... fermio tvoří jej tři kvarky up, dow, dow volý eutro se rozpadá (poločas 5. mi) a proto, elektro a elektroové eutrio Three quarks for muster Mark J. Joyce Fiega s Wake (93) Co ty kvarky? Co ty kvarky? hadroy jsou složeé z kvarků 3
Hadroy hadroy mezoy pioy kaoy baryoy ukleoy (proto, eutro) hyperoy Stadardí model částic tvořících hmotu atičástic vzájemé působeí polími částicemi částic hmoty Co to všecho drží pohromadě? silové iterakce Stavba atomů Stavba atomů -SŠ atomové jádro protoy, eutroy průměr ~0 5 m Z, protoové číslo = počet protoů N, eutroové číslo = počet eutroů A, ukleoové číslo = Z+N jaderý spi 4 He průměr ~0 0 m elektroový obal 4
Hmotost v mikrosvětě g ejsou praktické atomová hmotostí jedotka m u m u = m( C) =..0 4 g relativí hmotost M r = m/m u látkové možství = mol mol počet atomů v g ( C) =.0.0 3 mol - Avogadrovo číslo N A, = N/N A molárí hmotost M = M r *m u *N A = M r (g) Schéma atomu - SŠ elektroový obal rozdíl 5 řádů jádro cetrum hmotosti Schémata a představy atomů Jádro vs. obal Rutheford, Geiger, Marsde 909 atomy obsahují kladé jádro < 0 fm Ruthefordův model - 9 a základě svých experimetů avrhuje plaetárí model atomu malé, hmoté, kladě abité jádro okolo ěj krouží elektroy!rozpor! elektro obíhající po kruhové dráze vykoává zrychleý pohyb a musí vyzařovat!... ztrácí tak rychlost a padá po spirále k jádru Pár pozámek k jádru izotop stejé protoové číslo, růzý počet eutroů H, D, T ebo 35 Cl, 37 Cl... uklid prvek mající čisté izotopové složeí Cl (75,4% 35 Cl, 4,% 37 Cl) jádro stabilí ebo přirozeá radioaktivita jádra lze štěpit jaderé reakce slučovat jaderé fúze 5
Radioaktivita estálá jádra spotáí jaderý rozpad emise α-, β- či γ- zářeí α - emise jader He β- emise elektroů Bi γ- emise fotou Utvářeí představ o elektr. obalu excitovaé atomy emitují světlo je o určitých vlových délkách H Hg Ne graf zámých uklidů, zeleé stabilí, béžové radioaktiví Proč atom absorbuje Emisí a absorpčí spektrum Eergie S excitovaý stav vzbuzeý stav Excitace S 0 základí stav světlo (eergie) Spektrum atomu vodíku Ioizačí eergie ~ ν = R j i = Rydbergova kostata Eergy R(0.75) Ultra Violet Lyma hraa série R(0.4) Visible Balmer R(0.97) R(0.) Ifrared Pasche 5 4 3 R = 09 77.58 cm - eergie potřebá a odstraěí elektrou ze základího stavu atomu (přeeseí do ekoečé vzdáleosti) E hc hcr = ~ν = = hcr Eergy 3
Ioizačí eergie určeí ze spektra liie H: 8 59; 97 49; 0 84; 05 9; 0 3; 07 440 cm - E I = hcν ~ E I =.79 0 8 ~ 0000 ( cm ) ν J = 3. ev 05000 00000 95000 ~ E R ν = I hc y = -0979x + 0979 Bohrův model - 93 zlepšil plaetárí model je ěkteré hladiy okolo jádra jsou povoleé elektro a ich ezáří elektro může přeskočit a jiou hladiu za současého vyzářeí (absorpce) kvata eergie kvatováí tak vstupuje jako dodatečá podmíka 90000 85000 80000 0 0.05 0. 0.5 0. 0.5 Bohrův model revoluce v azíráí a hmotu měl řadu much kvatováím řešil kolaps z pohledu klasické fyziky platil dobře je pro vodíku podobé atomy otevřel cestu pro vybudováí plě kvatově mechaického modelu atomu 7