ATOM 1
ATOM Hmotná částice Dělit lze: Fyzikálně ANO Chemicky Je z nich složena každá látka Složení: Atomové jádro (protony, neutrony) Elektronový obal (elektrony) NE Elektroneutrální částice: počet protonů = počet elektronů 2
ATOMOVÉ JÁDRO Nucleus Složení: Proton 1 1 p kladně nabitáčástice Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: NEUTRONOVÉ číslo: NUKLEONOVÉ číslo: A = N + Z celkový počet protonů v jádře značí se Z dolní index 8 O celkový počet neutronů v jádře značí se N celkový počet nukleonů v jádře značí se A horní index 16 O 3
ATOMOVÉ JÁDRO PRVEK: látka z atomů se stejným Z a různým N NUKLID: množina atomů se stejným Z a stejným N NUKLEONY: Izotop: atomy téhož prvku: stejné Z a různé A stejné chemické vlastnosti,ale různé fyzikální Izobar: atomy téhož prvku: různé Z a stejné A 4
PROCVIČOVÁNÍ 1) Existuje atom, který má Z = 17, A = 35 Doplň: počet protonů = počet elektronů = počet neutronů = 17 (Z = protonovéčíslo) 17 (počet protonů a elektronů je stejný) 18 (N = A Z N = 35-17) Jak se nazývá tento atom? Cl = chlor 5
PROCVIČOVÁNÍ 2) Přiřaďte: izotop x izobar 14 6 C 12 6 C 13 6 C 13 7 N 2 1 H 3 1 H 3 2 He 4 2 He izotop izobar izotop izotop 6
VELIČINY ATOMOVÁ HMOTNOSTNÍ KONSTANTA: značí se m u = 1,66053.10-27 kg 1/12 klidové hmotnosti atomu izotopu uhlíku 12 C Pomocí ní se zavádí bezrozměrné veličiny: a) relativní atomová hmotnost A r udává kolikrát je hmotnost atomu m a daného prvku těžší než m u A r = m a / m u b) relativní molekulová hmotnost Mr udává kolikrát je hmotnost molekuly m m těžší než m u M r = m m / m u 7
PROCVIČOVÁNÍ 3) Kolik váží atom křemíku? Napiš zkratku prvku. A r (Si) = 28,09 (najdeme v PSP) m u = 1,66053.10-27 kg m a = x kg A r = m a / m u m a = A r. m u m a = 28,09. 1,66053.10-27 m a = 4,6644.10-26 kg Atom křemíku (Si) váží 4,6644.10-26 kg. 8
VELIČINY MOLÁRNÍ HMOTNOST hmotnost 1 molu látky značí se: M M = m / n jednotka: g.mol -1 MOL Látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik jedinců, kolik je atomů v 0,012 kg izotopu 12 C. jednotka soustavy SI, látkového množství (n) AVOGARDOVA KONSTANTA udává počet částic v jednom molu značí se: N A = 6,023.10 23 mol -1 N A = N / n N = počet částic v daném množství látky 9
PROCVIČOVÁNÍ 4) Kolik molů obsahuje 1 kg NaCl? M (NaCl) = 22,99 + 35,45 = 58,44 g.mol -1 m = 1 kg = 1 000 g n = x mol M = m / n n = m / M n = 1 000 / 58,44 n = 17,11 mol 1 kg NaCl obsahuje 17,11 mol. 10
PROCVIČOVÁNÍ 5) Kolik částic je v 5 molech CO? Pojmenuj CO. N A = 6,023.10 23 mol -1 n = 5 mol N = x částic N A = N / n N = N A. n N = 6,023.10 23. 5 N = 3,012.10 24 částic V 5 molech oxidu uhelnatém je částic 3,012.10 24. 11
VELIČINY MOLÁRNÍ OBJEM objem 1 molu plynu za normálních podmínek značí se: V M = V / n jednotka: dm 3.mol -1 Normální podmínky Termodynamická teplota T = 273,15 K (t = 0 C) Tlak p = 101,325 kpa 1 mol jakéhokoliv plynu zaujímá za n.p. = 22,41 dm 3 (l) m = n. M V = n. V M N = n. N A 12
PROCVIČOVÁNÍ 6) Vypočítej, jaká bude za n.p. hmotnost 5 dm 3 amoniaku. V(NH 3 ) = 5 dm 3 V M = 22,41 dm 3.mol -1 M(NH 3 ) = 17,031 g.mol -1 m = x g V M = V / n n = V / V M n = 5 / 22,41 n = 0,2231 mol M = m / n m = n. M m = 0,2231. 17,031 m = 3,7996 g Hmotnost 5 dm 3 amoniaku bude za n.p. 3,7996 g. 13
PROCVIČOVÁNÍ 7) Jaký objem bude zaujímat za n.p. 2 moly chlorovodíku? n = 2 mol V M = 22,41 dm 3.mol -1 V = x dm 3 V M = V / n V = n. V M V = 2. 22,41 V = 44,82 dm 3 Za n.p. bude 2 moly chlorovodíku zaujímat 44,82 dm 3. 14
PROCVIČOVÁNÍ 8) Zjistěte, jaký je ve 30 g dusíku počet molů, počet atomů a počet molekul. N A = 6,023.10 23 mol -1 M(N 2 ) = 28,014 g.mol -1 n = x mol M = m / n n = m / M N = N A. n N = 6,023.10 23. 1,071 n = 30 / 28,014 N = 9,23.10 17 molekul n = 1,071 mol N = 6,023.10 23. (1,071. 2) Ve 30g dusíku je 1,071 mol, N = 1,29.10 24 atomů počet atomů 1,29.10 24 a počet molekul 9,23.10 17. 15
PROCVIČOVÁNÍ 9) Kolik částic je v 6 molech rajského plynu? N A = 6,023.10 23 mol -1 n = 6 mol N = x částic N = N A. n N = 6,023.10 23. 6 N = 3,62 24 částic V 6 molech rajského plynu je 3,62.10 24 částic. 16
OBAL ATOMU Tvořen elektrony: Vnější záporná část atomu jednotkový záporný náboj lehčí než protony Stavba obalu podmiňuje chemické vlastnosti každého prvku Částice = korpuskule Mikročástice: v závislosti na typu a experimentu, který je s nim prováděn charakter: 1) korpuskulární 2) vlnový 17
OBAL ATOMU Řešení najdeme pomocí: ORBITAL: Prostor, ve kterém se elektrony s největší pravděpodobností (95%) vyskytují. Uspořádání obalu: ve vrstvách jejich energie stoupá s rostoucí vzdáleností od jádra Valenční elektrony: největší energii největší vliv na vlastnosti atomů v nejvzdálenější vrstvě valenční 18
Každý elektron je popsán 4 kvantovými čísly: 1) HLAVNÍ - značí se n - udává energii orbitalu - nabývá hodnot 1 až nekonečno (celých kladných čísel) -číslo vrstvy (slupky) - Poslední vrstva = valenční = v ní valenční elektrony účastnící se vazby = valence - S rostoucím n roste energie a velikost orbitalu a vzdálenost daného elektronu od jádra - Jiné značení K, L, M, N, 19
Každý elektron je popsán 4 kvantovými čísly: 2) VEDLEJŠÍ - značí se l - udává energii a tvar orbitalu - nabývá hodnot 0 až (n-1) 0 = s 1 = p 2 = d 3 = f 20
Každý elektron je popsán 4 kvantovými čísly: 3) MAGNETICKÉ - značí se m - udává orientaci (polohu) orbitalu v prostoru vzhledem k - trojrozměrnému systém souřadnic - nabývá hodnot l..0..+l 21
Každý elektron je popsán 4 kvantovými čísly: 4) SPINOVÉ - značí se m s - popisuje vnitřní moment hybnosti - udává rotaci - nabývá hodnot +1/2, -1/2 22
ORBITALY DEGENEROVANÉ: - mají stejnou hodnotu: hlavního (n) vedlejšího čísla (l) stejnou energii - liší se číslem magnetickým (m) 23
ORBITALY : TVARY Orbital s l= 0 Tvar koule, jejíž poloměr roste s rostoucím n m = 0 24
ORBITALY : TVARY Orbital p l= 1 Třikrát degenerovaný = 3 typy Stejnou energii, ale liší se PROSTOROVOU ORIENTACÍ m = (-1,0,1) Tvar prostorové osmičky 25
ORBITALY : TVARY Orbital d l= 2 pětkrát degenerovaný = 5 typů Stejnou energii, ale liší se PROSTOROVOU ORIENTACÍ m = (-2,-1,0,1,2) Tvar dvou osmiček 26
ORBITALY : TVARY Orbital f l= 3 sedmkrát degenerovaný = 7 typů Stejnou energii, ale liší se PROSTOROVOU ORIENTACÍ m = (-3,-2,-1,0,1,2,3) Tvar čtyř osmiček 27
ORBITALY : TVARY 28
ORBITALY : VÝSKYT Nepřechodné prvky: orbitaly s, p Přechodné prvky: orbitaly d Vnitřně přechodné prvky: orbitaly f 29
ORBITALY : ZÁPIS 1) pomocí rámečků Stejně velké rámečky Elektrony šipkami Elektrony lišící se spinem: opačně orientované šipky 2) pomocí hlavního a vedlejšího kvantového čísla (n) = velká arabskáčíslice, za ním malým písmenem typ orbitalu určený (l) a počet elektronů horním exponentem u typu orbitalu př. 1s 2 30
ORBITALY : ZÁPIS Zápis elektronové konfigurace elektron elektronový pár (opačný spin) 31
ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE jaké elektrony o jakých vlastnostech a v jakém orbitalu jsou platí pro atomy v základním stavu = stav s nejnižší energií. Dodáním energie se atom dostane do excitovaného stavu a jeden nebo více valenčních elektronů přejde do vyšší energetické hladiny = excitace. 32
TŘI PRAVIDLA 1) Pauliho princip výlučnosti v jednom atomu nemohou být dva elektrony se stejnou kombinací všech čtyř kvantových čísel, tzn. v jednom orbitalu mohou být maximálně dva elektrony lišící se hodnotou spinového kvantového čísla (v jednom rámečku mohou být maximálně dva elektrony) 33
TŘI PRAVIDLA 2) Hundovo pravidlo v degenerovaných orbitalech vznikají elektronové páry teprve po obsazení každého orbitalu jedním elektronem, nepárové elektrony v degenerovaných orbitalech mají stejný spin (systém má nejnižší energii a tak je nejstabilnější) elektrony se vždy rozmístí tak, aby co největší počet orbitalů byl obsazen jen jediným elektronem degenerované orbitaly se obsazují nejprve jedním elektronem, pak se přidá druhý s opačným spinem 34
TŘI PRAVIDLA 3) Výstavbový princip Pravidlo n + l: nejdříve se zaplňují orbitaly, jejichž součet hlavního a vedlejšího kvantového čísla je nižší, jestliže je tato hodnota stejná zaplňuje se nejdřív orbital, jehož hodnota n je nižší. o1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 35
POSTUPNÉ OBSAZOVÁNÍ ORBITALŮ
POSTUPNÉ OBSAZOVÁNÍ ORBITALŮ Výstavbový princip s p d f 6 5 7 6 5 4 6 5 4 5 4 3 4 3 3 2 2 1
ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE EXCITOVANÉHO STAVU Excitovaný stav: Elektron dostal dávku energie Posunuje se dál do energetických hladin E excitovaného stavu > E normálního stavu Elektrony přichází na vyšší energii, při návratu do základního stavu se uvolní energie Značí se hvězdičkou Stav atomu o nejnižší energií se nazývá základní. Pohlcením energie přejde atom do stavu excitovaného 38
ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE kationtů a aniontů Přijme li atom dostatek energie, odtrhne se 1 či více elektronů = vznik KATIONTŮ IONIZAČNÍ energie: potřebná k odtržení elektronů (kj/mol) Atom uvolní energii, jestliže přijme jeden či více elektronů = vznik ANIONTŮ ELEKTRONOVÁ AFINITA: energie uvolněná při přijmutí elektronu atomem 39
PSP grafické vyjádření periodického zákona Periodický zákon D. I. Mendělejeva prvky seřadil dle hmotnostního čísla: Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových hmotností. po objevení protonu přesnější znění: Vlastnosti prvků (fyzikální i chemické) jsou periodickou funkcí jejich protonového čísla. 40
PSP 1) Periody prvky dle rostoucího Z uspořádány do 7 vodorovných řad = period hlavní kvantovéčíslo n = číslo periody, ve které je prvek umístěn v kolikátém řádku, tolik valenčních vrstev 1. perioda: (n=1), 2 prvky: H, He 2. perioda: (n=2), 8 prvků, u prvních dvou zaplněn orbital 2s, zbylých 6 obsahuje i orbital 2p 41
PSP 2) Skupiny číslo skupiny určuje počet valenčních elektronů poslední vrstva elektronového obalu může obsahovat maximálně 8 elektronů = elektronový oktet, zcela zaplněná poslední vrstva je vysoce stabilní a málo reaktivní málo sloučenin vzácných plynů 42
Vlastnosti a odlišnosti prvků ve skupinách kovy vysoká tepelná a elektrická vodivost kovový lesk, tažné, kujné, tvrdé nízká elektronegativita (tj. míra schopnosti atomu přitahovat vazebné elektrony) nízká ionizační energie (tj. energie potřebná k odtržení 1 elektronu) snadno vytvářejí kationty 43
Vlastnosti a odlišnosti prvků ve skupinách polokovy mísí se zde vlastnosti kovů a nekovů nízká elektrická vodivost (vzrůstá s rostoucí teplotou nebo přimícháním dalšího prvku) křehké 44
Vlastnosti a odlišnosti prvků ve skupinách nekovy nevedou elektrický proud ani teplo bez kovového lesku, špatně opracovatelné vysoká elektronegativita vytvářejí anionty 45
Vlastnosti a odlišnosti prvků ve skupinách prvek je kovem, jestliže počet elektronů jeho nejvyšších zaplňovaných orbitalů je menší nebo roven číslu periody, do níž prvek náleží př: Al 3 perioda 3 skupina je kov Cl 3 perioda 7 skupina je nekov 46