Struktura atomu
Struktura atomu
|
Studenti budou umět:
- popsat základní části atomu (jádro, elektronový obal) a elementární částice (proton, neutron, elektron) - určit složení atomu na základě znalosti protonového a nukleonového čísla
|
Atom je základní stavební částí hmoty, jejíž chemické a fyzikální vlastnosti jsou dány právě složením atomu. Během chemických reakcí může atom přijímat nebo odevzdávat elektrony, v jeho jádře však žádné změny neprobíhají (k tomu dochází např. při jaderných reakcích). Složení jádra potom jasně identifikuje druh atomu. Atom se skládá z atomového jádra a elektronového obalu.
Atomové jádro
Částice nacházející se v jádře označujeme jako nukleony. Jejich celkový počet udává nukleonové číslo (A). Mezi nukleony řadíme protony a neutrony.
Jádro každého atomu obsahuje jistý, přesně definovaný, počet kladně nabitých částic – protonů (označují se p+). Právě počet protonů v jádře dělá např. kyslík kyslíkem – všechny atomy jednoho prvku mají ve svém jádře stejný počet protonů – označujeme ho jako protonové číslo, někdy též zvané atomové (Z).
Vedle protonů v jádře nacházíme ještě neutrony (označujeme je n0). Neutrony nemají elektrický náboj a jejich počet v jádře atomu se může lišit. Atomy se stejným počtem protonů, ale různým počtem neutronů nazýváme izotopy. Pokud chceme uvést přesný počet částic v daném jádře X, píšeme A i Z před značku prvku, nukleonové číslo jako horní index a protonové číslo jako dolní index: ZAX.
Látku složenou z atomů se stejným protonovým i nukleonovým číslem nazýváme nuklid.
Atomový obal
Atomový obal je tvořen elektrony (e–), tedy částicemi se záporným nábojem. Velikost tohoto záporného náboje je přesně stejná jako velikost kladného náboje protonu, v elektroneutrálním atomu tedy musí být stejný počet protonů i elektronů. Vnitřní strukturou elektronového obalu atomu se zabývá kapitola Elektronová konfigurace.
Základní vlastnosti nukleonů a elektronu jsou shrnuty v Tabulce 1. Hmotnosti protonu a neutronu jsou si velmi podobné, elektron je však mnohem lehčí (o 4 řády). Z celkové hmotnosti atomu tvoří jádro až 99,9 %. Na druhou stranu, drtivou většinu objemu atomu zaujímá jeho elektronový obal: průměr jádra je řádově 10−15 m, zatímco celý atom má průměr v jednotkách angstromů (1 Å = 10−10 m).
Jen pro představu, v jakých poměrech se pohybujeme: Vezměme si atom vodíku (11H), tedy vlastně jeden proton a jeden elektron. Pokud bychom tento jeden proton zvětšili na velikost golfového míčku, pak by nejvyšší pravděpodobnost výskytu elektronu byla ve vzdálenosti cca 1,4 km.
Pro představu, jak malý vlastně atom je: Pokud bychom atom vodíku zvětšili na velikost korunové mince (1 Kč), je to stejné zvětšení, jak kdybychom korunovou minci zvětšili na velikost Měsíce.
Tabulka 1: Vlastnosti elementárních částic
|
|
proton |
neutron |
elektron |
|
klidová hmotnost |
1,672×10−27 kg |
1,674×10−27 kg |
9,109×10−31 kg |
|
náboj |
1,602×10−19 C |
− |
−1,602×10−19 C |
|
relativní náboj* |
+1 |
0 |
–1 |
*relativní náboj je podíl náboje částice a konstanty 1,602×10−19 C
Příklady na procvičení:
Příklad 1: Chlor se v přírodě vyskytuje jako směs izotopů 1735Cl a 1737Cl. Kolik neutronů obsahují atomy každého izotopu?
Řešení:
Příklad 2: Atom obsahuje v jádře 7 protonů a 8 neutronů. Jaký bude symbol tohoto nuklidu?
Řešení:
Příklad 3: Kolik protonů a neutronů je obsaženo v jádře následujících nuklidů?
Řešení:
Řešení:
53I– :
