Atóm

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

[ ✎ upravit vložený článek ]

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 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.

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).

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.