Sloen a struktura atomu Sloen a struktura atomu

  • Slides: 34
Download presentation
Složení a struktura atomu

Složení a struktura atomu

Složení a struktura atomu • vývoj představ o složení hmoty – pojem atom poprvé

Složení a struktura atomu • vývoj představ o složení hmoty – pojem atom poprvé použil Demokritos (5. st. př. n. l. ) • veškerá hmota je složena z malých neviditelných částic = atomů – atom je dále nedělitelný, nelze je vytvářet ani zničit – liší se navzájem tvarem, polohou a uspořádáním – poté byl atom na dlouho zapomenut

Složení a struktura atomu – v 19. století formuloval John Dalton Atomovou teorii •

Složení a struktura atomu – v 19. století formuloval John Dalton Atomovou teorii • každý prvek se skládá ze stejných atomů – nelze je měnit ani ničit, jen různě uspořádat – Thompsonův (pudinkový) model – objevil přítomnost elektronů v atomu pudinkový model – atom je tvořen rovnoměrně nabitou kladnou hmotou, ve které jsou rozptýleny záporně nabité elektrony

Složení a struktura atomu – Rutherfordův (planetární) model • objevil přítomnost atomového jádra Bohrův

Složení a struktura atomu – Rutherfordův (planetární) model • objevil přítomnost atomového jádra Bohrův model • záporně nabité elektrony krouží po kružnicích kolem velmi malého kladně nabitého jádra (jako planety kolem slunce) – Bohrův model • předpokládá existenci určitých vzdáleností, ve kterých mohou elektrony kolem jádra kroužit, aniž by se zřítili do jádra

Složení a struktura atomu – kvantově-mechanický model • elektrony se kolem jádra pohybují nahodile

Složení a struktura atomu – kvantově-mechanický model • elektrony se kolem jádra pohybují nahodile – pro elektrony lze určit, s jakou pravděpodobností se budou nacházet ve vybrané části prostoru » lze vymezit oblast, ve které se bude konkrétní elektron s největší pravděpodobností vyskytovat oblast výskytu elektronů - orbital

Složení a struktura atomu • Složení atomu – obsahuje 3 druhy částic – protony,

Složení a struktura atomu • Složení atomu – obsahuje 3 druhy částic – protony, neutrony a elektrony část atomu částice značka náboj hmotnost (kg) hmotnost (u) jádro proton p +1 1, 67· 10 -27 1 jádro neutron n 0 1, 67· 10 -27 1 obal elektron e -1 9. 10· 10 -31 0

Jádro atomu • nachází se ve středu atomu • je asi 100 000 x

Jádro atomu • nachází se ve středu atomu • je asi 100 000 x menší než celý atom – kdyby měl atom průměr 100 m, jádro by bylo velké jako zrnko máku • jádro tvoří prakticky celou hmotnost atomu – hmotnost elektronů je ve srovnání s hmotností protonů a neutronů zanedbatelná

Jádro atomu • v jádře nacházíme protony a neutrony – protonové číslo Z –

Jádro atomu • v jádře nacházíme protony a neutrony – protonové číslo Z – počet protonů v jádře – neutronové číslo N – počet neutronů v jádře – nukleonové číslo A – počet nukleonů v jádře = počet jaderných částic A=Z+N

Jádro atomu • prvek • soubor atomů se stejným protonovým číslem (6 C, 8

Jádro atomu • prvek • soubor atomů se stejným protonovým číslem (6 C, 8 O) • izotopy • atomy prvku s různým neutronovým číslem (12 C, 13 C) • nuklid • soubor atomů se stejným protonovým i neutronovým číslem ( 21 H, . . . )

Radioaktivita • jádra některých nuklidů jsou nestabilní a podléhají přeměnám • radioaktivita = proces,

Radioaktivita • jádra některých nuklidů jsou nestabilní a podléhají přeměnám • radioaktivita = proces, při kterém dochází ke změnám jader – je provázena vznikem neviditelného záření • radioaktivní záření

Radioaktivita – důležitým faktorem stability jádra je poměr počtu neutronů N a protonů Z

Radioaktivita – důležitým faktorem stability jádra je poměr počtu neutronů N a protonů Z • pro prvky s nižším protonovým číslem jsou nejstálejší nuklidy s poměrem 1 – 12 6 C, 16 8 O, . . . • pro prvky s vyšším protonovým číslem tento poměr narůstá až k hodnotě 1, 5 • „řeka stability“ – graf zakreslující stabilní nuklidy podle N a Z

„řeka stability“[1]

„řeka stability“[1]

Radioaktivita – radioaktivní (jaderné) přeměny jsou spojeny s uvolňováním částic z jádra • záření

Radioaktivita – radioaktivní (jaderné) přeměny jsou spojeny s uvolňováním částic z jádra • záření α – je tvořeno částicemi α (jádra helia 42 He) – má velmi krátký dosah, je málo pronikavé • záření β – je tvořeno elektrony 0 -1 e (záření β-) nebo pozitrony 0+1 e (záření β+) – je pronikavější než α

Radioaktivita • záření γ – – elektromagnetické vlnění s vysokou energií podobá se rentgenovému

Radioaktivita • záření γ – – elektromagnetické vlnění s vysokou energií podobá se rentgenovému záření má velmi vysokou pronikavost zpravidla doprovází záření β pronikavost záření

Radioaktivita • Radioaktivní rozpady – rozpad α • typický pro jádra těžkých prvků •

Radioaktivita • Radioaktivní rozpady – rozpad α • typický pro jádra těžkých prvků • z jádra se uvolní částice α (jádro 42 He) • vzniká jádro nového prvku chudšího o dva protony a dva neutrony (o 2 místa v periodické tabulce nalevo)

Radioaktivita – rozpad β • typický pro jádra s přebytkem neutronů (například 31 H)

Radioaktivita – rozpad β • typický pro jádra s přebytkem neutronů (například 31 H) • přebytečný neutron se přemění na proton a elektron – proton zůstane v jádře • vzniklé jádro má o jeden proton více a jeden neutron méně (vzniká prvek ležící napravo v PSP)

Radioaktivita – rozpad β+ • typický pro jádra prvků obsahujících přebytek protonů • nadbytečný

Radioaktivita – rozpad β+ • typický pro jádra prvků obsahujících přebytek protonů • nadbytečný proton se přemění na neutron a pozitron – kladně nabitý elektron • vzniká prvek chudší o jeden proton a bohatší o jeden neutron (o jedno místo vlevo)

Radioaktivita – elektronový záchyt • přebytek protonů může vést i k záchytu elektronů –

Radioaktivita – elektronový záchyt • přebytek protonů může vést i k záchytu elektronů – elektron z obalu je zachycen přebytečným protonem v jádře a vznikne neutron • vzniká prvek chudší o jeden proton a bohatší o jeden neutron (o jedno místo vlevo)

jaderné přeměny nuklidů [2]

jaderné přeměny nuklidů [2]

Radioaktivita – poločas rozpadu • čas, za který se rozpadne polovina jader radioaktivního nuklidu

Radioaktivita – poločas rozpadu • čas, za který se rozpadne polovina jader radioaktivního nuklidu • nezáleží na množství atomů – pro daný nuklid je konstatní, nelze jej ovlivnit 212 Po 3. 10 -7 s 238 U 4, 5. 109 let 222 Rn 3, 82 dne

Radioaktivita

Radioaktivita

Radioaktivita – rozpadové řady • posloupnosti radioaktivních rozpadů • vycházejí z poměrně stálých nuklidů

Radioaktivita – rozpadové řady • posloupnosti radioaktivních rozpadů • vycházejí z poměrně stálých nuklidů – 232 Th (t 1/2 = 13, 9 miliard let) – 238 U (t 1/2 = 710 milionů let) – 235 U (t 1/2 = 4, 5 miliard let) – následující rozpady jsou výrazně pomalejší » ustavilo se stálé množství meziproduktů v přírodě – všechny končí nuklidy olova, které jsou stabilní

thoriová rozpadová řada [3] uranová rozpadová řada [4] aktiniová rozpadová řada [5]

thoriová rozpadová řada [3] uranová rozpadová řada [4] aktiniová rozpadová řada [5]

 • byla objevena i umělá rozpadová řada 237 Np → 209 Bi neptuniová

• byla objevena i umělá rozpadová řada 237 Np → 209 Bi neptuniová rozpadová řada [6]

Radioaktivita • Jaderné reakce • uměle vyvolané jaderné přeměny • reakce atomového jádra s

Radioaktivita • Jaderné reakce • uměle vyvolané jaderné přeměny • reakce atomového jádra s jinou částicí – prosté • jádro uvolňuje jednu nebo více lehkých částic • počet částic v jádře se mění jen málo 14 4 α → 17 O + 1 p N + 7 2 8 1 – zkrácený zápis 147 N (α, p) 178 O

Radioaktivita – takto připravené nuklidy jsou často nestálé a samovolně se rozpadají • umělá

Radioaktivita – takto připravené nuklidy jsou často nestálé a samovolně se rozpadají • umělá radioaktivita 27 Al + 4 α → 30 P + 1 n 15 13 2 0 30 P → 30 Si + 0 e 14 15 +1 – objevili ji manželé Joliot-Curie 1933 Frédéric a Irène Joliot-Curie [7]

Radioaktivita – štěpné • po srážce s jinou částicí (neutronem, . . . )

Radioaktivita – štěpné • po srážce s jinou částicí (neutronem, . . . ) dochází k rozštěpení původního jádra, zpravidla na dvě menší • dochází k nim u těžkých atomů 235 U + 1 n → 93 Kr + 140 Ba + 3 1 n • častým produktem štěpných reakcí jsou další neutrony – ty mohou způsobit štěpení dalších jader » řetězová jaderná reakce

Radioaktivita – termojaderná fúze • při reakci dochází ke slučování lehkých jader více prvků

Radioaktivita – termojaderná fúze • při reakci dochází ke slučování lehkých jader více prvků za vzniku jádra těžšího prvku • probíhá za vysokých teplot (Slunce) 2 H + 2 H → 3 He + 1 n 2 H + 3 H → 4 He + 1 n 2 H + 6 Li → 7 Be + 1 n

Radioaktivita • Význam – jaderná energetika • štěpení 235 U v jaderných elektrárnách –

Radioaktivita • Význam – jaderná energetika • štěpení 235 U v jaderných elektrárnách – je třeba regulovat množství neutronů » grafitové tyče, kyselina boritá • termojaderná fúze – zatím pouze experimentální reaktory » tokamaky – produkuje velké množství energie

Radioaktivita pohled do tokamaku [10] řetězová štěpná reakce [8] rozpad jádra uranu [9]

Radioaktivita pohled do tokamaku [10] řetězová štěpná reakce [8] rozpad jádra uranu [9]

Radioaktivita – lékařství • značení látek v těle pomocí některých radionuklidů • diagnostika zářením

Radioaktivita – lékařství • značení látek v těle pomocí některých radionuklidů • diagnostika zářením produkovaným radionuklidy – zbrojírenství • atomové bomby – neřízená řetezová štěpná reakce • vodíkové bomby jaderná bomba „Fat man“ [11] – termojaderná fúze je zahájena řetězovou jadernou reakcí

Radioaktivita – radiouhlíková metoda datování Ötzi – mumie eneolitického člověka [12] • sleduje obsah

Radioaktivita – radiouhlíková metoda datování Ötzi – mumie eneolitického člověka [12] • sleduje obsah uhlíku 14 C ve vzorku rostlinných nebo živočišných tkání – ten je za života organismu stálý » rostliny jej získávají z atmosféry (CO 2), živočichové z rostlin – po úmrtí organismu dochází k pomalému rozpadu 14 C » poločas rozpadu je 5730 let • použitelná pro stáří od asi 100 do 50 000 let

Zdroje 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. www. wikipedia. org, Isotopes and

Zdroje 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. www. wikipedia. org, Isotopes and half-life [online]. 2009 -09 -26 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/8/80/Isotopes_and_half-life. svg www. wikipedia. org, Table isotopes en [online]. 2009 -05 -05 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/c/c 4/Table_isotopes_en. svg www. wikipedia. org, Decay chain(4 n, Thorium series) [online]. 2008 -12 -20 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/1/1 c/Decay_chain%284 n%2 CThorium_series%29. PNG www. wikipedia. org, Decay chain(4 n+2, Uranium series) [online]. 2008 -12 -20 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/a/a 1/Decay_chain%284 n%2 B 2%2 C_Uranium_series%29. PNG www. wikipedia. org, Aktiniová řada [online]. 2007 -09 -11 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/c/c 8/Aktiniova_rada. svg www. wikipedia. org, Decay chain(4 n+1, Neptunium series) [online]. 2008 -12 -20 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Decay_chain%284 n%2 B 1, Neptunium_series%29. PNG www. wikipedia. org, Frederic and Irene Joliot-Curie [online]. 2012 -02 -14 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/3/39/Frederic_and_Irene_Joliot-Curie. jpg www. wikipedia. org, Fission chain reaction [online]. 2008 -01 -19 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/9/9 a/Fission_chain_reaction. svg

Zdroje 9. 10. 11. 12. www. wikipedia. org, Nuclear fission [online]. 2010 -03 -03

Zdroje 9. 10. 11. 12. www. wikipedia. org, Nuclear fission [online]. 2010 -03 -03 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/1/15/Nuclear_fission. svg www. wikipedia. org, Tcv int [online]. 2010 -10 -02 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/1/18/Tcv_int. jpg www. wikipedia. org, Fat man [online]. 2010 -01 -02 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/1/1 a/Fat_man. png www. wikipedia. org, Oetzithe. Iceman 02 [online]. 2007 -05 -12 [cit. 2013 -10 -02]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/en/1/1 d/Oetzithe. Iceman 02. jpg