Atóm

Z WikiSkript

(přesměrováno z Atom)

Model atomu

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

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

Kvarkový model protonu

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.

Protónové číslo Udáva počet protónov v jadre atómu a 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' a 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

Doba polpremeny nuklidov podľa protónovo-neutrónového zloženia

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 – 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:  R_A = 1,23 \cdot 10^{-15} \cdot A^{1/3} \left(m \right) .

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 žiareniaionizujúce 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.

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 číslo (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

Tvary obitalů 1s, 2s, 2px, 2py a 2pz

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). Degenerovane orbitály.jpg

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

Spin.jpg

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.

Příklad zaplňování elektronových orbitalů.jpg


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.