ATOM
1
ATOM Hmotná částice Dělit lze: Fyzikálně
ANO
Chemicky NE
Je z nich složena každá látka Složení: Atomové jádro (protony, neutrony) Elektronový obal (elektrony) Elektroneutrální částice: počet protonů = počet elektronů
2
ATOMOVÉ JÁDRO Nucleus Složení: Proton Neutron
1 1p 1 0n
kladně nabitá částice částice bez náboje
Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo:
celkový počet protonů v jádře značí se Z – dolní index 8O
NEUTRONOVÉ číslo: celkový počet neutronů v jádře značí se N NUKLEONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře 16O značí se A – horní index A=N+Z 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 = 17 (Z = protonové číslo) počet elektronů = 17 (počet protonů a elektronů je stejný) počet neutronů = 18 (N = A – Z N = 35-17) Jak se nazývá tento atom?
Cl = chlor
5
PROCVIČOVÁNÍ 2) Přiřaďte: 14
6C
13
2
3
6C
izotop 12
6C
x
izobar izotop
7N
izobar
1H
izotop
2He
izotop
13
1H
3
2He
4
6
VELIČINY ATOMOVÁ HMOTNOSTNÍ KONSTANTA: značí se mu = 1,66053.10-27 kg 1/12 klidové hmotnosti atomu izotopu uhlíku 12C Pomocí ní se zavádí bezrozměrné veličiny: a) relativní atomová hmotnost Ar udává kolikrát je hmotnost atomu ma daného prvku těžší než mu Ar = ma / mu
b) relativní molekulová hmotnost Mr udává kolikrát je hmotnost molekuly mm těžší než mu Mr = mm / mu 7
PROCVIČOVÁNÍ 3) Kolik váží atom křemíku? Napiš zkratku prvku. Ar (Si) = 28,09 (najdeme v PSP) mu = 1,66053.10-27 kg ma = x kg Ar = ma / mu ma = Ar . mu ma = 28,09 . 1,66053.10-27 ma = 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 12C. jednotka soustavy SI, látkového množství (n) AVOGARDOVA KONSTANTA udává počet částic v jednom molu značí se: NA = 6,023.1023 mol-1 NA = 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. NA = 6,023.1023 mol-1 n = 5 mol N = x částic NA = N / n N = NA . n N = 6,023.1023 . 5 N = 3,012.1024 částic V 5 molech oxidu uhelnatém je částic 3,012.1024. 11
VELIČINY MOLÁRNÍ OBJEM objem 1 molu plynu za normálních podmínek značí se: VM = V / n jednotka: dm3.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 dm3 (l)
m=n.M V = n . VM N = n . NA
12
PROCVIČOVÁNÍ 6) Vypočítej, jaká bude za n.p. hmotnost 5 dm3 amoniaku. V(NH3) = 5 dm3 VM = 22,41 dm3.mol-1 M(NH3) = 17,031 g.mol-1 m=xg VM = V / n n = V / VM
M=m/n m=n.M
n = 5 / 22,41
m = 0,2231 . 17,031
n = 0,2231 mol
m = 3,7996 g
Hmotnost 5 dm3 amoniaku bude za n.p. 3,7996 g. 13
PROCVIČOVÁNÍ 7) Jaký objem bude zaujímat za n.p. 2 moly chlorovodíku? n = 2 mol VM = 22,41 dm3.mol-1 V = x dm3 VM = V / n V = n . VM V = 2 . 22,41 V = 44,82 dm3 Za n.p. bude 2 moly chlorovodíku zaujímat 44,82 dm3. 14
PROCVIČOVÁNÍ 8) Zjistěte, jaký je ve 30 g dusíku počet molů, počet atomů a počet molekul. NA = 6,023.1023 mol-1 M(N2) = 28,014 g.mol-1 n = x mol M=m/n n=m/M
N = NA . n N = 6,023.1023 . 1,071
n = 30 / 28,014
N = 9,23.1017 molekul
n = 1,071 mol
N = 6,023.1023 . (1,071 . 2) N = 1,29.1024 atomů
Ve 30g dusíku je 1,071 mol, počet atomů 1,29.1024 a počet molekul 9,23.1017.
15
PROCVIČOVÁNÍ 9) Kolik částic je v 6 molech rajského plynu? NA = 6,023.1023 mol-1 n = 6 mol N = x částic N = NA . n N = 6,023.1023 . 6 N = 3,6224 částic V 6 molech rajského plynu je 3,62.1024 částic. 16
OBAL ATOMU Tvořen elektrony:
jednotkový záporný náboj lehčí než protony
Vnější záporná část atomu 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 ms - 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 arabská číslice, za ním malým písmenem typ
orbitalu určený (l) a počet elektronů horním exponentem u typu orbitalu př. 1s2 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 4
7
6
5
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 kvantové číslo 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
