1. Zloženie a štruktúra atómov a iónov, hmotnosť atómov Flashcards
história teórie o atómoch
- prvé myšlienky boli formulované už v antickom Grécku
- najmä atomistami
Demokritos
Leukippos
Modely atómov
1) DALTONOV / GUĽOVÝ
2) THOMSONOV / PUDINGOVÝ (Rosinenkuchen)
3) RUTHERFORDOV / PLANETÁRNY
4) BOHROV-SOMMERFELDOV / TERČOVÝ
5) SCHRÖDINGER-HEISENBERGOV / KVANTOVO-MECHANICKÝ
DALTONOV / GUĽOVÝ
1) zakladateľ
2) znenie teórie
3) uplatenenie v praxi
1) John Dalton
2) ,,atómy sú malé, masívne a nedeliteľné gule”
3) pri chemických reakciách sa zlučujú atómy vždy pri určitých pomeroch
THOMSONOV / PUDINGOVÝ (Rosinenkuchen)
1) zakladateľ
2) znenie teórie
3) dynamika atómového modelu
1) Joseph Thomson
2) atóm je guľa, v ktorej sa nachádzajú častice (elektróny) ako hrozienka v hrozienkovom koláči
3) statický
RUTHERFORDOV / PLANETÁRNY
1) zakladateľ
2) znenie teórie
3) dynamika atómového modelu
1) Ernest Rutherford
2) jadro atóma je kladne nabité, okolo ktorej sa pohybujú elektróny (ako planéty okolo Slnka)
3) dynamický
BOHROV-SOMMERFELDOV / TERČOVÝ
1) zakladateľ/lia
2) znenie teórie
3) dynamika atómového modelu
1) Niels Bohr a Arnold Sommerfeld
- vylepšil a spresnil Rutherfordov model
2) elektróny už neobiehajú okolo jadra, ale nachádzajú a v určitých vrstvách
- vyššie a nižšie energetické polia
3) energia je prijímaná a vylučovaná v kvantách
SCHRÖDINGER-HEISENBERGOV / KVANTOVO-MECHANICKÝ
zakladateľ/lia
1) Erwin Schrödinger a Werner Heisenberg
SCHRÖDINGER-HEISENBERGOV / KVANTOVO-MECHANICKÝ
znenie teórie
kvantová mechanika
- pohyb elektrónu je v kvantovej mechanike opìsaný pomocou vlnovej funkcie
SCHRÖDINGER-HEISENBERGOV / KVANTOVO-MECHANICKÝ
správanie elektrónu v atóme
elektrón sa správa dualisticky = vlnovo-korpuskulárny charakter
a) častica
b) vlna
SCHRÖDINGER-HEISENBERGOV / KVANTOVO-MECHANICKÝ
poloha elektrónu
vypočítateľná poloha elektrónu (orbitál) na určité percentuálne body
~ Louis de Broglie (elektrónu pripisoval mimo časticového charakteru aj vlnový)
~ E. Schrödinger (Schrödingerova rovnica = opisuje správanie elektrónu)
atóm
základná stavebná častica chemickej látky
stavba atómu
jadro (nukleus) + obal
jadro atómu
- kladne nabité
- nukleóny
1) protóny
2) neutróny
nukleónové číslo
A
- vyjadruje hmotnosť atómu
- zapisuje sa hore vľavo pred prvok
protóny
- zápis
- čo to je
- zápis: p^+
- mikročastica s elementárnym kladným nábojom
protóny
- protón číslo
- na čo to je
- protónové/atómové číslo: Z
- počet protónov
(udáva poradie v PTP, zapisuje sa dole vľavo pred prvok)
neutróny
- zápis
- protón číslo
- zápis: n^0
- neutrónové číslo: N
obal atómu
- záporne nabitý
- elektróny
prvok
súbor atómov s rovnakým protónovým číslom Z;
môže byť rôzne N
nuklid
súbor atómov s rovnakým protónovým Z a nukleónovým číslom A
izotop
atómy toho istého prvku, ktoré majú rovnaké protónové číslo Z, ale líšia sa nukleónovým číslom A
Rádioaktivita
jadro atómu sa mení, rozpadá sa (produkuje žiarenie/častice)
typy rádioaktivity
1) prirodzená
2) umelá
kto objavil prirodzenú rádioaktivitu
Henri Becquerel
prirodzená rádioaktivita
- vyvolaná nestabilitou jadier (urán, paládium)
- samovoľný postupný rozpad
typy prirodzenej rádioaktivity
1) alpha žiarenie
- prúd atómových jadier He
2) beta žiarenie
- prúd elektrónov
3) gama žiarenie
- elektromagnetické vlnenie
to objavil prvky rádium a polónium, vymyslel pojem “rádioaktivita” a zostrojil prvé protypy röntgenovho zariadenia v automobiloch;
Marie Curie Skłodowska (& Pierre Curie)
umelá rádioaktivita
atómy sú ostreľované špecifickými typmi častíc (alfa, beta, gama žiarenie), následkom čoho sa rozpadnú na neutrón a energiu
kto objavil umelú rádioaktivitu
Irène Joliot-Curie & Frédéric Joliot-Curie
Rádioaktivita
využitie v priemysle
- meranie hrúbky, hustoty a koncentrácie látok
- sledovanie technických procesov
- konzervácia, dezinfekcia odpadových vôd
Rádioaktivita
využitie vo vede
- meranie veku hornín (uhlíková metóda)
- sledovanie fotosyntézy
- ochrana pamiatok pred škodcami
- výroba energie
- atómových bômb
Rádioaktivita
v medicíne
- ožarovanie nádorov
- sterilizácia prístrojov
- sledovanie látkovej výmeny (jód), pohybu jódu v organizme, činnosti obličiek a krvných procesov
Kvantové čísla
- vlastnosti každého elektrónu v atóme charakterizujú 4 kvantové čísla
- sú výsledkom Schrödingerovej vlnovej rovnice
n
hlavné kvantové číslo
l
vedľajšie kvantové číslo
m(l)
magnetické kvantové číslo
m(s)
spinové kvantové číslo
Hlavné kvantové číslo n
- vyjadruje energiu orbitálu a jeho veľkosť
- prakticky nadobúda hodnoty 1,2,3,4,5,6,7(…teoreticky do nekonečna)
Hlavné kvantové číslo n
- orbitály ktoré majú rovnakú hodnotu n tvoria jednu elektrónovú vrstvu
- elektrónové vrstvy v obale atómu sa volajú K, L, M, N, O, P, Q (alebo 1-7)
Vedľajšie kvantové číslo l
udáva tvar orbitálu (a čiastočne energiu orbitálu)
l=0
orbitál s - má tvar gule
l=1
orbitál p - má 3 možné priestorové orientácie (os X,Y,Z)
l=2
orbitál d - má 5 možných priestorových orientácií
l=3
orbitál fa má 7 možných priestorových orientácií
Magnetické kvantové číslo ml (m)
udáva priestorovú orientáciu orbitálu v elektromagnetickom poli a počet orbitálov určitého typu (orbitálov s rovnakou hodnotou energie)
Magnetické kvantové číslo ml (m)
- vzťahuje sa na určité vedľajšie kvantové číslo
- nadobúda hodnoty -l, 0, +l (všeobecne)
l=0, ml = 0
zodpovedá jednému orbitálu typu s
l=1, ml = -l,0,+l
zodpovedá trom orbitálom typu p (px, py, pz)
l=2, ml= -2, -1, 0, 1, 2
zodpovedá piatim orbitálom typu d (dxy, dxz, dyz, d x^2-y^2, d z^2)
Spinovė kvantové číslo ms (s)
udáva správanie sa elektrónov v orbitáloch, rotáciu elektrónov okolo vlastnej osi
Spinovė kvantové číslo ms (s)
súvisí s rotačným pohybom elektrónov; rozlišuje kvantový smer rotácie elektrónu okolo svojej osi
Spinovė kvantové číslo ms (s)
môže mať hodnoty +½, -½
Orbitál s
hodnota m
pre akúkoľvek hodnotu n môže existovať len jeden orbitál s (m nadobúda len jednu hodnotu)
Orbitál s
polomer orbitálu
orbitál s má tvar gule, jeho polomer narastá s rastúcou hodnotou hlavného kvantového čísla n
Orbitál p
l=1
pre hodnotu l=1 ktorou sú charakterizované orbitály p, existujú 3 hodnoty magnetického čísla m = -1, 0,1
Orbitál p
l=1
magnetické kvantové číslo m pre p orbitály nadobúda tri hodnoty m = -1, 0,1
Orbitál p
počet orbitálov
preto môžu existovať maximálne 3 orbitály p, rôzne priestorovo orientované, teda všetky majú rovnaký tvar, ale líšia sa polohou
Orbitál p
vzájomná poloha X,Y,Z orbitálov na seba
osi X,Y,Z jednotlivých orbitálov sú navzájom kolmé a zvyčajne sú totožné so súradnicovými osami X,Y,Z
Orbitál p
označenie orbitálov
zodpovedajúce orbitály sa označujú symbolmi px, py, pz
Orbitál d
hodnoty magnetického čísla
pre hodnotu l=2 ktorou sú charakterizované orbitály d, existuje 5 hodnôt magnetického čísla m = -2, -1, 0, 1, 2
Orbitál d
počet orbitálov
preto existuje celkom 5 orbitálov typu d
Orbitál f
- pre hodnotu I=3 sú charakterizované orbitaly f
- existuje 7 hodnôt magnetického čísla m = -3,-2,-1,0,1,2,3
Pravidlá zapĺňania orbitálov elektrónmi
elektróny sú v jednotlivých orbitáloch usporiadané podľa troch pravidiel výstavbového princípu
1) Pravidlo minimálnej energie
2) Hundovo pravidlo - pravidlo maximálnej multiplicity
3) Pauliho vylučovacie pravidlo
Pravidlo minimálnej energie
elektrón obsadzuje najskôr ten orbitál, ktorý má nižšiu energiu
- energia v orbitáloch závisí od hlavného kvantového čísla
(s jeho rastúcou hodnotou energia orbitálu stúpa)
1s
2s,2p
3s,3p
4s,3d,4p
5s,4d,5p
6s,4f..
(polo pyramída)
Pauliho vylučovacie pravidlo
- v atóme nemôžu byť 2 elektróny, ktoré by mali všetky 4 kvantové čísla rovnaké
- musia sa líšiť aspoň jedným a to spinovým
- orbitál s môže mať najviac 2 elektróny
- orbitál p najviac 6 elektrónov
- orbitál d najviac 10 elektrónov
- orbitál f najviac 14 elektrónov
Hundovo pravidlo = pravidlo maximálnej multiplicity
orbitály s rovnakou energiou sa obsadzujú najskôr každý po jednom elektróne, potom sa postupne vytvárajú elektrónové páry
Hundovo pravidlo = pravidlo maximálnej multiplicity
pritom spinové kvantové čísla elektrónov v napoly zaplnených orbitáloch s rovnakou energiou sú rovnaké
(rámčekový diagram)
Znázornenie elektrónov a orbitálov
orbitál s = 1 orbitál/rámček = 2 elektróny/šípky
orbitál p = 3 orbitály/rámčeky = 6 elektrónov/šípok
orbitál d = 5 orbitálov//rámčekov = 10 elektrónov/šípok
orbitál f = 7 orbitálov//rámčekov = 14 elektrónov/šípok
Hmotnosť atómov
- patrí medzi základné charakteristiky atómu
- hmotnosť atómu chemického prvku je veľmi malá
- rádovo: 10-²⁴ až 10-²⁷kg
Hmotnosť atómov (2.)
hmotnosť jedného atómu určujeme v porovnaní s iným atómom = pomerná /relatívna atómová hmotnosť
Hmotnosť atómov (3.)
za porovnávací štandard hmotnosti sa zvolila atómová hmotnostná konštanta = m(u)
Hmotnosť atómov (4.)
atómová hmotnostná konštanta = m(u)
je to hmotnosť, ktorá sa rovná 1/12 hmotnosti jedného atómu nuklidu uhlíka 12C
mu = m (12C) / 12
Relatívna atómová hmotnosť
Ar
- pomer priemernej hmotnosti atómov istého prvku m a atómovej hmotnostnej konštanty mu
Ar vzorec
Ar = m (X) / mu
- je bez jednotky
Ar
- udáva, koľkokrát je hmotnosť daného atómu väčšia ako atómová hmotnostná konštanta
- nájdeme v chemických tabuľkách
Relatívna molekulárna hmotnosť
Mr
- pomer priemernej hmotnosti zlúčeniny k atómovej hmotnosti jednotke mu
Mr vzorec
- vypočítame ako súčet relatívnych atómových hmotností všetkých atómov, ktoré tvoria molekulu
- bez jednotky
Látkové množstvo n
- fyzikálna veličina, ktorá sa používa na vyjadrenie veľkého počtu častíc (atómov, molekúl, iónov)
- jednotka [n] = mol
Látkové množstvo n
1 mol látky obsahuje toľko základných častíc, koľko atómov uhlíka sa nachádza v 12g nuklidu 12C
Avogadrovo číslo / konštanta
- počet častíc v jednom móle látky
NA = 6,022 x 10²³ mol -¹
vzorec n, N(A), NA
N=n*NA
- N = celkový počet častíc
- n = látkové množstvo
- NA = Avogadrova konštanta
Molárna hmotnosť látky M
hmotnosť 1 mólu častíc chemickej látky
- jednotka je g /mol
vzorec m, n, M
m = M*n
Molárny objem (častice plynu)
1 mol ľubovoľnej plynnej látky = 6,022.10²³ častíc plynu
Molárny objem (normálny molárny objem)
1 mol plynu (pri normálnych podmienkach) = objem 22,41dm³
vzorec
normálny molárny objem
V = V(mn)*n
