Atóm

Obsah 1 Jadro atómu 2 Štruktúra jadra 2.1 Protón 2.1.1 H+ ako protón 2.2 Neutrón 3 Charakteristika jadra 4 Rádioaktivita 5 Elektrónový obal atómu 5.1 Elektrón 5.2 Pravidlá zapĺňania orbitálov elektrónmi 6 Odkazy 6.1 Použitá literatura

• Leukipos a Demokritos – pred 2.5 tis. rokmi na základe pozorovania prírodných dejov vyslovili teóriu, že všetky látky, ktoré existujú, sú zložené z malých, nezničiteľných a nedeliteľných častíc – atómov.
• dnešné poznatky: atómy sú základné stavebné častice chemických látok s polomerom rádovo 10^-10m.

Jadro atómu

[editovat část]

Atómové jadro sa skladá z nukleónov (určených hmotnostným číslom A): protónov (atómové číslo Z) a neutrónov (neutrónové číslo N). Platí A = Z + N. Číslo Z tiež udáva počet elektrónov (atóm je elektricky neutrálny).

Štruktúra jadra

• Je zložené z dvoch mikročastíc – protónu a neutrónu, ktoré označujeme spoločným názvom nukleóny. Polomer jadra je približne 5·10⁻¹⁵ m.

Protón

• Protón je častica, ktorá je nositeľom kladného elementárneho náboja, má označenie p (prípadne p⁺, ₁¹p, H⁺);
• počet protónov v jadre atómu je charakteristický pre každý prvok;
• počet protónov zodpovedá počtu elektrónov – elektroneutralita atómu;
• počet protónov v jadre udáva protónové číslo Z.
• Protónové číslo
  • udáva počet protónov v jadre atómu;
  • udáva počet elektrónov v obale elektroneutrálneho atómu;
  • zhoduje sa s poradovým číslom prvku v periodickej sústave prvkov.

H⁺ ako protón

Niekedy je vodíkový katión, ktorý vznikol disociáciou kyselín, označovaný tiež ako protón. Pri strate svojho jediného elektrónu zostáva iba jadro tvorené jedným protónom (u najľahšieho izotopu ₁¹H).

Neutrón

• Neutrón je elektricky neutrálna častica rozmerovo približne zhodná s protónom;
• počet neutrónov v jadre udáva protónové číslo – N;
• počet nukleónov v jadre (tzn. protónov + neutrónov) udáva nukleónové číslo – A.

Vlastnosti častíc

Názov	Symbol	Pokojová hmotnosť [g]	Náboj [C]	Relatívny elementárny náboj
protón	p	1,6726·10−24	1,602·10−19	+1
neutrón	n	1,6750·10−24	0	0
elektrón	e	9,110·10−28	−1,602·10−19	−1

Charakteristika jadra

• Atómová hmotnosť sa vyjadruje v hmotnostných jednotkách: 1 hj = 1,66·10⁻²⁷ kg;
• každý atóm je charakterizovaný protónovým a nukleónovým číslom, na základe toho rozlišujeme:
  • izotopy – sú zložené z atómov, ktoré majú rovnaké protónové, ale rôzne nukleónové číslo; líšia sa teda počtom neutrónov; majú rovnaké chemické vlastnosti, ale odlišujú sa fyzikálnymi vlastnosťami; v prírode sa väčšina prvkov vyskytuje v izotopovej zmesi,
  • izobary – nuklidy rozličných prvkov, ktoré majú rovnaké nukleónové číslo, ale rozdielne protónové číslo,
  • izotony – nuklidy rozličných prvkov, ktoré majú rozdielne protónové aj nukleónové číslo, ale majú rovnaký počet neutrónov v jadre,
  • izoméry – atómy s dočasne zvýšenou celkovou energiou, tzn. nestabilné;
• celkový náboj jadra je Z · 1,6·10⁻¹⁹ C;
• polomer jadra vypočítame podľa vzorca: ;
• sily v jadre sú prejavom silnej jadrovej interakcie; pôsobia iba v jadre na vzdialenosť cca 10⁻¹⁵ m; sú to najsilnejšie sily aké v prírode poznáme.

Rádioaktivita

Atómové jadrá niektorých prvkov sú nestabilné a podliehajú samovoľnej premene (prírodná rádioaktivita), pričom dochádza k emisii žiarenia – ionizujúce žiarenie. Pri prirodzených rádionuklidoch rozoznávame tieto zložky žiarenia:

• žiarenie α- prúd atómových jadier hélia
• žiarenie β- tvorené prúdom elektrónov
• žiarenie γ – najprenikavejšie, s krátkou vlnovou dĺžkou
• umelá rádioaktivita vzniká napríklad pri bombardovaní jadier atómov časticami α, pričom vzniká umelý rádionuklid

Elektrónový obal atómu

Môže obsahovať jeden alebo viac elektrónov.

Elektrón

Mikročastica a nositeľ záporného náboja s označením e alebo e^-. Elektróny v atóme existujú len v stavoch s určitou energiou.

Elektróny môžu energiu vyžarovať alebo prijímať len po určitých kvantách a to pri prechode z jednej energetickej hladiny na druhú. Energia kvanta je daná rozdielom energií, ktoré prislúchajú daných energetickým hladinám v obale atómu

Dualistický charakter

Elektrón ma dualistický charakter – vlnový a korpuskulárny, tomu zodpovedá aj princíp neurčitosti (nemožno súčasne určiť, kde sa elektrón nachádza a akou rýchlosťou sa pohybuje) Môžeme určiť len pravdepodobnosť výskytu− miesto s najväčšou pravdepodobnosťou výskytu eletrónu sa nazýva orbitál °Kvantová čísla: Stav elektrónu v obale atómu popisujú 4 kvantové čísla (3 charakterizujú orbitál a štvrté správanie elektrónu v orbitále).

• hlavné kvantové číslo – n – vyjadruje energiu orbitálu; nadbúda hodnotu 1−7 (alebo sú označované K,L,M,N,O,P,Q)
• vedľajšie kvantové číslo – l – nadobúda hodnoty od 0 do (n – 1); udáva priestorový tvar a energetickú odlišnosť orbitálov
• magnetické kvantové číslo – m – udáva smerovú orientáciu orbitálu v magnetickom poli; nadobúda hodnoty od -l…0…+l (vedľajšie kv. č.)
• spinové kvantové čislo – s – nadobúda hodnoty +1/2 alebo −1/2; v jednom orbitále môžu byť maximálne dva elektróny, ktoré majú opačný spin a vytvárajú elektrónový pár

Elektr. vrstva	n	l	Typ orbitálu	m	Počet orbitálov	Max. počet elektrónov
K	1	0	1s	0	1	2
L	2	0 1	2s 2p	0 −1, 0, +1	1 3	8
M	3	0 1 2	3s 3p 3d	0 −1, 0, +1 −2, −1, 0, +1, +2	1 3 5	18
N	4	0 1 2 3	4s 4p 4d 4f	0 −1, 0, +1 −2, −1, 0, +1, +2 −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3	1 3 5 7	32

Pravidlá zapĺňania orbitálov elektrónmi

Konfigurácia elektrónov (iónov)− rozmiestnenie elektrónov v jednotlivých orbitáloch na jednotlivých vrstvách elektrónového obalu .

• možno z nej odvodiť schopnosť atómu (iónu) tvoriť určítý typ chemickej väzby
• postupnosť obsadzovania určujú výstavbový a Pauliho princíp a Hundovo pravidlo.

Výstavbový princíp – princíp minimálnej energie

• atóm v základnom stave má snahu nadobudnúť najmenšiu energiu – obsadzovanie orbitálov od tých s najnižšou energiou: 1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f-6d-7p
• degenerované orbitály- majú rovnakú energiu (majú rovnaké hlavné a vedľajšie kvantové číslo, líšia sa magnetickým)

Pauliho princíp

• v atóme neexistujú dva elektróny, ktoré by mali všetky 4 kvantové čísla rovnaké (musia sa líšiť minimálne spinom – znázorníme opačnými šípkami)

Hundovo pravidlo maximálnej multiplicity

• degenerované orbitály sa zapĺňajú tak, aby bol v degenerovaných orbitáloch maximálny možný počet nespárených elektrónov (čo najviac s rovnakým spinom) a až potom sa začnú vytvárať elektrónové páry

Odkazy

Použitá literatura

• SILNÝ, Peter a Beata BRESTENSKÁ. Prehľad chémie 1. 1. vydání. Bratislava : Slovenské pedagogické nakladateľstvo, 2000. sv. 1. s. 246. ISBN 80-08-00376-6.