Jana KuΦerovß, Sekce:Chemie Atom
Ka₧dß lßtka je slo₧ena z mikroskopick²ch Φßstic zvan²ch atomy, kterΘ u₧ nelze
chemick²mi metodami d∞lit. Atomy se sklßdajφ z kladn∞ nabitΘho jßdra a zßporn∞
nabitΘho obalu.
J┴DRO ATOMU
Jßdro atomu tvo°φ kladn∞ nabitΘ protony a neutrony bez nßboje. Hmotnost protonu
a neutronu je p°ibli₧n∞ stejnß. PoΦet proton∙ v jßd°e b²vß oznaΦovßn jako protonovΘ
Φφslo Z. Zapisuje se p°ed chemickou znaΦku prvku pomocφ dolnφho indexu. PoΦet
neutron∙ v jßd°e znaΦφ neutronovΘ Φφslo N. U znaΦky prvku se neuvßdφ.
Protony a neutrony se souhrnn∞ oznaΦujφ jako nukleony (jßdro=nukleon). Jejich
poΦet se znaΦφ Φφslem A. SouΦet protonovΘho a neutronovΘho Φφsla dß Φφslo nukleonovΘ,
kterΘ se zapisuje jako hornφ index chemickΘ znaΦky prvku.
Z + N = A
Skupina atom∙, kterß mß stejnΘ protonovΘ a neutronovΘ Φφslo se naz²vß nuklid.
Mno₧ina atom∙ tvo°enß pouze atomy se stejn²m protonov²m Φφslem se naz²vß prvek.
VÜechny atomy danΘho prvku mohou mφt stejnΘ protonovΘ Φφslo, mohou se ale liÜit
hodnotou Φφsla nukleonovΘho. Atomy prvku, kterΘ se od sebe liÜφ poΦtem neutron∙
v jßd°e, se naz²vajφ izotopy.
Nap°.: Cl, Cl
H - lehk² vodφk - protium
H - te₧k² vodφk - deuterium
H - radioaktivnφ vodφk - tritium
OBAL ATOMU
Obal atomu je tvo°en Φßsticemi se zßporn²m nßbojem - elektrony. Jejich hmotnost
je asi 1840x menÜφ ne₧ hmotnost proton∙ nebo neutron∙. Na stavb∞ elektronovΘho
obalu zßvisφ chemickΘ vlastnosti prvku.
Pro popis vlastnφ stavby elektronu nelze vyu₧φt klasickou fyziku, nebo¥ p°esn∞
stanovφ pojmy Φßstice a vln∞nφ. P°i r∙zn²ch experimentech se elektron choval
r∙zn∞. V zßvislosti na charakteru pokusu mß elektron povahu bu∩ Φßsticovou nebo
vlnovou - mß dualistickou povahu. Spojuje vlastnosti vln∞nφ i hmotn²ch Φßstic.
Bylo pot°ebnΘ urΦit prostor v atomovΘm obalu, kde se elektrony vyskytujφ. Tento
prostor-orbital charakterizujφ tzv. kvantovß Φφsla a elektrony se zde vyskytujφ
s 95% pravd∞podobnostφ.
PoΦet kladn∞ nabit²ch proton∙ v jßd°e a zßporn∞ nabit²ch elektron∙ v obalu je
stejn². Proto vystupuje atom navenek jako elektroneutrßlnφ.
KVANTOV┴ ╚═SLA
Elektrony se v elektronovΘm obalu atomu nachßzejφ v n∞kolika hladinßch, jejich₧
energie roste se vzdßlenostφ od jßdra. Hlavnφ kvantovΘ Φφslo n popisuje hladinu,
ve kterΘ se elektron nachßzφ. Nab²vß hodnot cel²ch kladn²ch Φφsel r∙zn²ch od
nuly (n=1, 2, 3 ...).Tato Φφsla se n∞kdy nahrazujφ pφsmeny (1=K, 2=L, 3=M...).
╚φm v∞tÜφ je vzdßlenost elektronu od jßdra, tφm mß vyÜÜφ energii a tφm je v∞tÜφ
hodnota hlavnφho kvantovΘho Φφsla.
VedlejÜφ kvantovΘ Φφslo l urΦuje typ orbital∙ a nab²vß hodnot od 0 a₧ po n-1.
P°.: pro n=2 je l=0 a 1.
Orientace jednotliv²ch orbital∙ v prostoru se urΦuje vzhledem k trojrozm∞rnΘmu
systΘmu sou°adnic a vyjad°uje se magnetick²m kvantov²m Φφslem m . Nab²vß hodnot
od -1 do +1.
SpinovΘ kvantovΘ Φφslo m nab²vß hodnot +1/2 a -1/2, popisuje tzv. vnit°nφ moment
hybnosti.
Souborem Φty° kvantov²ch Φφsel je mo₧no jednoznaΦn∞ charakterizovat jak²koliv
elektron v obalu atomu. Pauliho princip v²luΦnosti - v atomu nemohou existovat
dva elektrony, kterΘ by m∞ly stejnß vÜechny Φty°i kvantovß Φφsla.
TVARY A PROSTOROV┴ ORIENTACE ORBITALU
Tvar orbitalu urΦuje vedlejÜφ kvantovΘ Φφslo l. Orbital s mß l=0, mß tvar koule,
jejφ₧ polom∞r se s rostoucφ hodnotou n zv∞tÜuje. Ka₧dß hladina elektronovΘho
obalu obsahuje pouze jeden orbital s. Pro orbital p je l=1. Tento orbital se
vyskytuje v ka₧dΘ hladin∞ obalu 3x, vypl²vß to z poΦtu hodnot magnetickΘho kvantovΘho
Φφsla (m=-1, 0, 1). VÜechny t°i typy orbitalu p majφ sice stejnou energii, ale
magnetickΘ kvantovΘ Φφslo rozhoduje o jejich orientaci v prostoru (orbitaly
p , p , p ). TakovΘto orbitaly jsou degenerovanΘ. Orbital d mß l=2, Φemu₧ odpovφdß
p∞t hodnot m . Proto se takΘ v jednotliv²ch hladinßch atomu vyskytuje p∞t orbital∙
typu d. TakΘ jsou degenerovanΘ. Orbitaly f majφ hodnotu l=3, m nab²vß sedmi
r∙zn²ch hodnot.
ZN┴ZOR╥OV┴N═ ORBITALU
Znßzor≥ovßnφ orbital∙ prostorov²mi tvary je velice zdlouhavΘ a nßroΦn∞. Proto
byl zaveden jednoduÜÜφ zp∙sob.
Z┴PIS POMOC═ R┴ME╚KU
n vÜechny orbitaly se znßzor≥ujφ pomocφ stejn∞ velk²ch rßmeΦk∙
n u degenerovan²ch orbital∙ se p°φsluÜn² poΦet rßmeΦk∙ spojφ
n elektrony se znßzor≥ujφ Üipkami umφst∞n²mi v odpovφdajφcφch rßmeΦcφch (jestli₧e
jsou v jednom orbitalu dva elektrony, liÜφ se spinem. ZnaΦφ se proto opaΦn∞
orientovan²mi Üipkami)
Z┴PIS POMOC═ HLAVN═HO A VEDLEJè═HO KVANTOV╔HO ╚═SLA
n hlavnφ kvantovΘ Φφslo n se zapisuje velkou arabskou Φφslicφ p°ed mal²m pφsmenem
znaΦφcφm typ orbitalu
n poΦet elektron∙ v orbitalu se zapisuje pomocφ exponentu.
|
1s |
PoΦet elektron∙
|
|
|
Hl. kvantovΘ Φφslo |
typ orbitalu |
PRAVIDLA O ZAPL╥OV┴N═ ORBITALU
Pauliho princip v²luΦnosti - v jednom orbitalu mohou b²t maximßln∞ dva
elektrony, liÜφcφ se hodnotou spinovΘho kvantovΘho Φφsla.
Hundovo pravidlo - V degenerovan²ch orbitalech vznikajφ elektronovΘ pßry
teprve po zapln∞nφ ka₧dΘho orbitalu jednφm elektronem. VÜechny nespßrovanΘ elektrony
majφ stejn² spin.
Orbitaly s energiφ ni₧Üφ se zapl≥ujφ d°φve ne₧ orbitaly s energiφ vyÜÜφ.
PERIODICK┴ SOUSTAVA PRVKU
HISTORIE VZNIKU
Periodickou soustavu prvk∙ (PSP) sestavil podle jist²ch pravidel rusk² v∞dec
Mend∞lejev. Podle n∞j se periodickß soustava naz²vß n∞kdy Mend∞lejevova. Prvky
s podobn²mi vlastnostmi se°adil vertikßln∞ a tak vznikly skupiny. Pro n∞kterΘ
(tehdy jeÜt∞ neznßmΘ prvky) vynechal mφsta, jeho nßsledovnφci je postupem Φasu
zaplnili, a tak se PSP vyvφjela a₧ do dneÜnφ podoby.
Periodick² zßkon - vlastnosti prvk∙ se periodicky m∞nφ v zßvislosti na vzr∙stajφcφm
protonovΘm Φφsle. Stavba elektronovΘho obalu atomu souvisφ s jeho polohou v
PSP a urΦuje jeho chemickΘ vlastnosti.
PERIODY
VodorovnΘ °ady v PSP se naz²vajφ periody. Po°adovΘ Φφslo periody je toto₧nΘ
s hlavnφm kvantov²m Φφslem valenΦnφ vrstvy.
Prvnφ perioda (n=1) - nachßzejφ se zde pouze dva prvky - vodφk a helium. Je
tomu tak proto, ₧e prvnφ vrstva el. obalu obsahuje pouze jeden orbital s a k
jeho ·plnΘmu obsazenφ jsou pot°eba dva elektrony.
Druhß perioda (n=2) - obsahuje celkem osm prvk∙. Majφ zcela zapln∞nou prvnφ
vrstvu a zb²vajφcφ elektrony jsou umφst∞ny ve vrstv∞ druhΘ (poslednφ).
T°etφ perioda (n=3) - osm prvk∙ tΘto skupiny mß svΘ elektrony v orbitalech 1s,
2s, 2p, 3s a 3p. Orbitaly 3p a 3s jsou souΦßstφ t°etφ vrstvy.
╚tvrtß perioda (n=4) - obsahuje 18 prvk∙. Draslφk a vßpnφk zapl≥ujφ elektrony
orbitaly 4s, ale elektrony nßsledujφcφch deseti prvk∙ zapl≥ujφ orbitaly 3d.
Tyto d-prvky dopl≥ujφ elektrony do p°edposlednφ vstvy el. obalu a oznaΦujφ se
jako p°echodnΘ. Poslednφch Üest prvk∙ se chovß op∞t normßln∞.
Pßtß perioda (n=5) - viz. Φtvrtß perioda.
èestß a sedmß perioda (n=6, n=7) - krom∞ p°echodn²ch prvk∙ obsahuje i prvky
vnit°n∞ p°echodnΘ, kterΘ dopl≥ujφ elektrony do orbital∙ f (f - prvky). V ka₧dΘ
period∞ jich je 14. V ÜestΘ period∞ se °adφ za lanthan a naz²vajφ se proto lanthanoidy
a v sedmΘ period∞ se °adφ za aktinium a naz²vajφ se proto aktinoidy. Pro v∞tÜφ
p°ehlednost jsou tyto prvky vyΦlen∞ny mimo samotnou tabulku.
Krom∞ prvk∙ p°echod²ch a vnit°n∞ p°echodn²ch existujφ i prvky nep°echodnΘ. Jejich
elektrony obsazujφ orbitaly s.
SKUPINY
Svisle je PSP rozd∞lenß do osmnßcti skupin. V ka₧dΘ skupin∞ jsou pod sebou se°azeny
prvky, kterΘ majφ stejnΘ poΦty elektron∙ v poslednφ, p°φpadn∞ v p°edposlednφ
vrstv∞ elektronovΘho obalu, co₧ mß za nßsledek podobnΘ chemickΘ vlastnosti t∞chto
prvk∙, ty jsou urΦeny zejmΘna tzv. valenΦnφmi elektrony.
JednotlivΘ skupiny se naz²vajφ bu∩ podle svΘho Φφsla nebo nßzvy skupinov²mi.
n alkalickΘ kovy (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
n kovy alkalick²ch zemin (Ca, Sr, Ba, Ra)
n chalkogeny (O, S, Se, Te, Po)
n halogeny (F, Cl, Br, I, At)
n vzßcnΘ plyny (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)
Poslednφ vrstva elektronovΘho obalu m∙₧e obsahovat maximßln∞ 8 elektron∙.
Zcela zapln∞nß poslednφ vrstva je charakteristickß vysokou stabilitou. Tyto
prvky jsou nereaktivnφ a jsou to vzßcnΘ plyny.
ZKR┴CEN▌ Z┴PIS EL. KONFIGURACE
Uvßdφ se obsazenφ jen t∞ch orbital∙, kterΘ mß dan² atom navφc proti atom∙m p°edchßzejφcφho
vzßcnΘho plynu.
Nezkrßcen² zßpis: Ca: 1s 2s 2p 3s 3p 4s
Zkrßcen² zßpis: Ca: Ar 4s
|