2009-11-24
Chemia
Budowa atomu
Postulaty teorii Daltona
John Dalton, angielski uczony, opracował w 1804r. tezę
atomistyczno - cząsteczkową budowy materii. We współczesnej
formie jest ona aktualna do dzisiaj.
" Pierwiastek chemiczny złożony jest z bardzo małych cząstek, które
nazwano atomami.
"
" Wszystkie atomy danego pierwiastka wykazujÄ… identyczne
właściwości chemiczne.
"
" Atomy należące do różnych pierwiastków cechują się odrębnymi
własnościami fizycznymi oraz chemicznymi. W przyrodzie jest tyle
atomów ile pierwiastków.
"
" Atom określonego pierwiastka nie ulega przekształceniu w innego
rodzaju atom (który charakteryzuje inny pierwiastek) w wyniku
standardowej reakcji chemicznej.
"
1
2009-11-24
Postulaty teorii Daltona c.d.
" Tworzenie związków chemicznych przez pierwiastki jest związane z
łączeniem różnych atomów (należących do różnych pierwiastków) w
wyniku czego powstajÄ… czÄ…steczki.
"
" Związek chemiczny składa się cząsteczek. Cząsteczki, wchodzące
w skład związku chemicznego,
" są identyczne pod względem budowy i właściwości.
"
" Rozkład związku chemicznego następuje w wyniku rozpadu
cząsteczek na atomy pierwiastków.
"
" Atomy należące do tego samego pierwiastka również mogą tworzyć
czÄ…steczki.
" Odkrycie elektronu
" Joseph Thomson w 1896r podczas
doświadczeń z życiem rozrzedzonych
gazów odkrył elektron. Jest to cząstka
elementarna, składowa atomu, oznaczana
symbolem e-. CharakterystykÄ™ elektronu
zestawiono poniższej
" Masa 0,00055u - 9,11 x 10-31kg
" A
adunek 1,6 x 10-19 C
2
2009-11-24
POSTULATY BUDOWY ATOMU BOHRA
Bohr (1913) teorię swą oparł na twierdzeniach, zwanych dziś postulatami
Bohra.
1. Elektron w atomie może przebywać tylko w określonych stanach, o
określonej energii, zwanych stacjonarnymi
2. Elektron w stanie stacjonarnym nie promieniuje (nie traci energii).
" eð = E1 + E2 = h  wartość emitowanej energii podczas przejÅ›cia do stanu
o wyższej energii.
3. Dozwolone stany dla ruchu elektronu odpowiadajÄ… tylko pewnym
dozwolonym wartościom (kwantom) orbitalnego momentowi pędu
bÄ™dÄ…cego wielokrotnoÅ›ciÄ… liczby h/2pð : mvr =n(h/2pð)
4. W każdym z tych stanów elektron porusza się wokół jądra po orbicie kołowej.
Tylko takie orbity są dozwolone, dla których iloczyn długości orbity i pędu
elektronu jest równy całkowitej wielokrotności stałej Plancka.
2 rmv=nh ; n=1,2,3.......
Orbitalny model atomu helu i model
budowy atomu Bohra
3
2009-11-24
" Dwa pierwsze postulaty sÄ… poprawne i
zachowane w teorii kwantowej.
" Trzeci jest słuszny częściowo  moment pędu
elektronu jest wielkością stałą. Bohr nie
wyjaśnił dlaczego moment pędu jest
kwantowany  założenie to dawało zgodność
między przewidywaniami a obserwacją.
" Czwarty jest całkowicie niesłuszny  elektron
porusza siÄ™ po orbicie kulistej.
" Mimo pozornej poprawności modelu
zrezygnowano z niego.
" Zgodnie z elektrodynamikÄ… klasycznÄ…,
poruszający się po okręgu (lub elipsie), a
więc przyspieszany, elektron powinien, w
sposób ciągły, wypromieniowywać energię
i w efekcie "spadłby" na jądro już po
czasie rzędu 10-6 sekundy.
" Fakt, że tak się nie dzieje, nie dawał się
wytłumaczyć na gruncie fizyki klasycznej.
4
2009-11-24
Model Bohra został ostatecznie odrzucony
również ze względu na to, że:
- nie dawało go się zaadaptować do
atomów posiadających więcej niż dwa
elektrony
- nie można było za jego pomocą stworzyć
przekonujÄ…cej, zgodnej ze znanymi
faktami eksperymentalnymi teorii
powstawania wiązań chemicznych
" Dopiero w 1924 de Broglie podał
wyjaśnienie  każda poruszająca się
cząstka ma falową naturę (jak światło)
" lð = h/mv  dÅ‚ugość fali jest b. maÅ‚a w
porównaniu z wymiarami cząstki
5
2009-11-24
Dualizm
" Dualizm korposkularny  każdą cząstkę
charakteryzuje masę i długość fali
" Zasada nieoznaczoności Heisenberga 
niemożliwość jednoczesnego, dokładnego
pomiaru położenia i pędu cząstki.
" Wyprowadził on wzór łączący masę cząstki
(m), prędkość (v) oraz energie kinetyczną (E):
E = mv2 / 2
Zasada nieoznaczoności
Heisenberga
" Zasada nieoznaczoności Heisenberga 
niemożliwość jednoczesnego, dokładnego
pomiaru położenia i pędu cząstki.
" Opis energii elektronu w atomie => to określenie
położenia i pędu elektronu
" Położenie Pęd
6
2009-11-24
" Wyprowadził on wzór łączący masę
cząstki (m), prędkość (v) oraz energie
kinetycznÄ… (E):
E = mv2 / 2
Model falowy
Teoria ta korzysta z praw mechaniki kwantowej.
Nie ma tu elektronu, jako korpuskuły, bo nie można
go dostrzec w określonym punkcie, a jedynie
mówić o prawdopodobieństwie jego
występowania w określonej przestrzeni.
Złożone wyrażenia matematyczne ustalają rozkład
gęstości elektronowej.
Stany energetyczne w atomie są określone,
podobnie jak w modelu Bohra, przez liczby
kwantowe.
7
2009-11-24
Teoria falowa w precyzyjniejszy niż
wcześniej sposób, opisuje zachowanie
się atomów wieloelektronowych.
Pomimo wielu niedokładności w modelu
Bohra, czasem okazuje się on być
przydatny przy wyjaśnianiu prostych
założeń chemicznych.
" W centralnej części atomu znajduje się dodatnio
naładowane jądro, w którym znajdują się
protony i neutrony.
" Za zwartÄ… strukturÄ™ jÄ…dra atomowego
odpowiadają siły jądrowe.
" Natura tych sił nie została do dzisiaj poznana.
" Wokół jądra, w bardzo znacznej od niego
odleglości (biorąc pod uwagę rozmiar samego
jądra), bezustannie i z ogromną prędkością
krążą po eliptycznych torach elektrony.
8
2009-11-24
" Między jądrem a elektronami istnieje wolna
przestrzeń.
" Tę pozornie pustą przestrzeń wypełnia chmura
elektronowa i ich pole elektromagnetyczne.
" Elektrony krążą z ogromną prędkością (wykonują
około 6 mld okrążeń na mikrosekundę).
" Bardzo trudno jest jednoznacznie powiedzieć w
którym konkretnie miejscu, znajduje się elektron w
danej chwili.
" Elektron znajduje się wszędzie dokoła jadra i
tworzy coś w rodzaju chmury. Elektrony krążące w
tej samej odległości od jądra tworzą tzw. powłokę
elektronowÄ…
Kwarki
" Fizycy odkryli, że protony i neutrony są zbudowane z jeszcze
mniejszych czÄ…stek, zwanych kwarkami.
" Według naszej dotychczasowej wiedzy kwarki są jak punkty w
geometrii.
" W chwili obecnej, po wielu doświadczeniach sprawdzających tę
teorię, naukowcy podejrzewają, że kwarki i elektron są
elementarne.
" Istnieje sześć rodzajów kwarków. Trzy z nich mają ładunek
+2/3e, a pozostałe ładunek -1/3e. Nazwy kwarków pochodzą
od pierwszej litery angielskich nazw.
" Proton składa się z 3 kwarków: 2 kwarków u i jednego d, a
neutron także z 3 kwarków, tyle że 2 kwarków d i jednego u.
Dzięki ułamkowym wartościom ładunku kwarków, cząstki
elementarne z nich zbudowane mają ładunek całkowity.
9
2009-11-24
Kwarki
kwarki i elektrony są mniejsze niż 10 do potęgi -18 metra, jest wiec możliwe ze
nie maja one w ogóle żadnego rozmiaru. Jest tez możliwe, ze kwarki i
elektrony nie sÄ… czÄ…stkami elementarnymi, ale zbudowane sÄ… z jeszcze
mniejszych czÄ…steczek.
atomy są zbudowane z protonów, neutronów i elektronów. Protony i
neutrony są zbudowane z kwarków, które być może są zbudowane z
jeszcze bardziej podstawowych czÄ…stek...
Trwałość jądra
" Trwałość jądra jest utrzymywana dzięki
siłom jądrowym - działające pomiędzy
nukleonami. MajÄ… one bardzo niewielki
zasięg działania z powodu bardzo małego
promienia jądra atomowego, którego
średnica jest równa ok. 10-15  10-14 m
oraz brakiem zwiÄ…zku z Å‚adunkiem.
10
2009-11-24
" Energię wylicza się z równania Einsteina:
E = mc2
" Jej wartość wskazuje na to jaka energia
musi być dostarczona, by rozbić jądro albo
jaka ilość jest wydzielona podczas jego
tworzenia. Wzrost energii wiÄ…zania oraz
defektu masy czyni jądro bardziej trwałe
(stabilne).
Jądra trwałe to takie, które:
" Posiadają równe ilości protonów i neutronów
" Posiadają parzyste ilości protonów oraz
neutronów
" Stosunek protonów do neutronów wynosi 2 : 3
W pozostałych przypadkach następuje
samorzutny rozpad.
Suma protonów oraz neutronów w zasadzie jest
równa masie jądra w jednostkach mas
atomowych u.
11