Budowa atomu

BUDOWA ATOMU
KRYSTYNA SITKO
Ziarnista budowa materii
Otaczająca nas materia to świat różnorodnych substancji np. woda,
powietrze, drewno, metale. Sprawiają one wrażenie, że mają budowę
ciągłą, to znaczy nie widzimy w nich poszczególnych elementów. Jednak
materia nie jest lita. Zbudowana jest z małych ziarenek, które są w ciągłym,
nieustannym ruchu.
Dowody ziarnistej budowy materii:
1.
Dyfuzja – samorzutne rozprzestrzenianie się cząstek jednej substancji
w drugiej.
2.
Mieszanie się dwóch cieczy i towarzyszące im zwykle zmniejszanie się
objętości, np. glicerolu z wodą.
3.
Rozpuszczanie ciał stałych w cieczach, np. rozpuszczanie manganianu
(VII) potasu w wodzie.
4.
Zmiany stanu skupienia materii.
Schemat procesu dyfuzji
Gaz A
Gaz B
Rys.1
Dwa gazy A i B są zlokalizowane
w oddzielnych obszarach.
Rys.2
Po usunięciu przegrody dzielącej dwa
obszary następuje rozprzestrzenianie
się cząstek gazu A i cząstek gazu B
w całym naczyniu.
Dyfuzja zachodzi w gazach, cieczach i ciałach stałych. Najszybciej zachodzi
w gazach, najwolniej w ciałach stałych.
Już niewielka ilość silnie pachnącej substancji daje się wyczuć po niedługim
czasie od zetknięcia z powietrzem. Cząstki zapachowej substancji odrywają się
od macierzystej powierzchni i mieszają z powietrzem. Np. po otwarciu butelki
z amoniakiem, po pewnym czasie jego zapach rozchodzi się do coraz dalszych
miejsc w klasie.
Modelowe doświadczenie:
Mieszanie się cieczy
Objętość mieszaniny dwóch
cieczy (denaturatu z wodą) jest
mniejsza od sumy objętości
składników
Do wysokiego cylindra nasyp 1/3
objętości grochu lub orzechów włoskich.
Na wierzch dosyp równą objętość
koralików lub kaszy. Zaznacz górny
poziom. Wstrząsaj zawartością cylindra
aż kulki wymieszają się równomiernie.
Ponownie zaznacz górny poziom.
denaturat
woda
Przed
zmiesza
niem
Po
zmiesza
niu
Zaobserwowano zmniejszenie się objętości.
Małe kulki zajmują wolne przestrzenie
między dużymi kulkami. Analogiczne
zjawisko zachodzi przy mieszaniu się cieczy
i świadczy o różnych rozmiarach ich drobin.
Zmiany stanu skupienia. Przejście z jednego stanu skupienia
do drugiego następuje wtedy, gdy zmienia się uporządkowanie atomów
lub cząsteczek, co jest na ogół związane ze zmianą temperatury.
Ciało
gazowe
Ciało
stałe
topnienie
zamarzanie
Dlatego ogrzewając ciało stałe
pobudzamy jego atomy lub
cząsteczki do ruchu. Przy
dostatecznie wysokiej
temperaturze opuszczają one
swoje stałe pozycje. W
rezultacie ciało stałe topi się,
by stać się cieczą.
Ciało
ciekłe
Dalsze ogrzewanie
jeszcze bardziej
zwiększa drganie
molekuł. Wówczas
ciecz wrze i przechodzi
w gaz.
Teoria atomistyczno-cząsteczkowej budowy materii
1.
2.
3.
4.
5.
6.
pojawiła się w XIX wieku. W 1808 roku John Dalton przedstawił
najważniejsze założenia tej teorii:
Atomy tego samego pierwiastka chemicznego są identyczne pod względem
masy i rozmiarów.
Atomy mają kształt kulisty.
Atom jest najmniejszą cząstką pierwiastka chemicznego, która posiada
wszystkie cechy tego pierwiastka.
Pierwiastek chemiczny jest zbiorem takich samych atomów.
Atomy łączą się tworząc cząsteczki.
Związek chemiczny jest zbiorem takich samych cząsteczek.
Demokryt – grecki
filozof, który wprowadził
pojęcie atomu.
Przedstawił hipotezę, że
świat jest zbudowany
z atomów, czyli drobnych,
niepodzielnych cząstek
materii.
John Dalton –
brytyjski nauczyciel
chemii, który
wprowadził do
nowoczesnej chemii
hipotezę Demokryta
Masy i rozmiary atomów.
Aby zobaczyć atom należy użyć mikroskopu elektronowego, który
powiększa około 10 milionów razy. Żyletka włożona do takiego mikroskopu
ma grubość 2 kilometrów.
Do określenia masy tak małej cząstki musimy stosować specjalną
jednostkę. Używanie jednostek typu gram czy kilogram byłoby możliwe
ale bardzo niewygodne.
Pierwiastek Symbol
Wodór
H
Przybliżona
średnica
atomu (cm)
Masa atomu (g)
0,000000008
0,167x10 -23
2,66x10 -23
Tlen
O
0,000000013
Azot
N
0,000000014
2,33x10 -23
Węgiel
C
0,000000015
2,00x10 -23
Masa atomowa i cząsteczkowa
Dla określenia mas atomów wprowadzono specjalną jednostkę
- atomową jednostkę masy unit. Oznaczamy ją literą „u” (ang. unit –
jednostka) .
1 u = 0,166·10 -23 g = 1/12 masy atomu węgla.
Masy atomowe można odnaleźć w układzie okresowym pierwiastków
chemicznych, np. masa atomowa:
siarki m s = 32 u tlenu m o = 16 u
Masa cząsteczkowa jest równa sumie mas
atomowych pierwiastków chemicznych wchodzących
w skład cząsteczki.
Przykład 1. Obliczanie masy cząsteczkowej amoniaku.
wzór amoniaku NH 3
m NH
3
=
1 ·m N + 3 · m H = 1 · 14 u + 3 ·1 u = 17 u
Budowa atomu
Atom zbudowany jest z jądra w którym znajdują się protony
i neutrony oraz z krążących wokół jądra elektronów.
Charakterystyka cząstek
elementarnych budowy atomu
Obszary
budowy
atomu
powłoki
elektronowe
Elementarny
ładunek
elektryczny
1 p
1
1u
+1
n, n0 , 01n
1u
0
Nazwa cząstki
proton
jądro
atomowe
Przybliżona
masa
Symbol
p, p+,
nukleony
neutron
elektron
e,
e-,
0
1
e
1 u
1840
-1
Rozmieszczenie elektronów
w atomie
Wokół jądra poruszają się z ogromną szybkością
lżejsze od niego i ujemnie naładowane elektrony.
Ich ruch daje efekt chmury ładunku ujemnego
zwanego powłoką elektronową.
Definicja: Zbiór
elektronów znajdujących
się w podobnych
odległościach od jądra
nazywamy powłoką
elektronową
Elektrony walencyjne
Elektrony powłoki zewnętrznej
najsłabiej przyciągane przez
jądro są najbardziej ruchliwe.
Biorą one udział w reakcjach
chemicznych i decydują o
właściwościach pierwiastków.
Nazywamy je elektronami walencyjnymi,
a powłokę na której są rozmieszczone, powłoką walencyjną
Powłoki elektronowe
Maksymalna liczba elektronów w danej powłoce wynosi
2n2, gdzie n to numer powłoki.
1
Nazwa
powłoki
K
Maksymalna liczba
elektronów
2
2
L
8
3
M
18
4
N
32
Numer powłoki
Nukleony
Składniki jądra atomowego - protony i neutrony noszą nazwę
nukleonów.
Protony
są cząstkami o ładunku dodatnim. Wchodzą w skład jąder
każdego atomu. Masa protonu jest równa 1 u, a ładunek
jest równy + 1 (elementarny ładunek dodatni)
Neutrony
Są cząstkami elektrycznie obojętnymi o masie w przybliżeniu
równej masie protonu, czyli 1 u.
Uproszczony model
atomu litu Li
Liczba masowa A
+3
Liczba atomowa Z
6
3
Li
Liczba atomowa
Atom pierwiastka chemicznego jest elektrycznie obojętny.
Liczba protonów jest równa liczbie elektronów.
Liczba protonów wchodzących w skład jądra
atomowego nazywa się liczbą atomową
i oznacza się symbolem Z.
Z = ładunek jądra = liczba protonów =
liczba elektronów
Liczba masowa
Suma protonów i neutronów (nukleonów) jest nazwana
liczbą masową i oznacza się ją symbolem A.
A = liczba protonów + liczba neutronów
liczba masowa = nukleony = p+ + n0
liczba atomowa = p+ = e-
Podsumowanie:
1.
Atom układ złożony z jądra atomowego oraz z krążących wokół
jądra elektronów.
2.
Protony – cząstki elementarne budowy atomu wchodzące w
skład jądra atomu mające masę równą 1 u i ładunek elementarny
dodatni.
3.
Neutrony – cząstki jądra atomowego elektrycznie obojętne o
masie w przybliżeniu równej masie protonu = 1u
4.
Elektrony – cząstki elementarne poruszające się wokół jądra
atomowego, posiadające ładunek elementarny ujemny i masę
1840 razy mniejszą od masy protonu.
5.
Liczba atomowa – liczba protonów w jądrze atomowym.
6.
Liczba masowa - suma liczby protonów i neutronów w jądrze
atomowym.
7.
Pierwiastek chemiczny –zbiór atomów o takiej samej liczbie
atomowej.
Atom jest najmniejszą ilością pierwiastka
zachowującą jego właściwości chemiczne
jądro atomu =
protony + neutrony
elektrony
Model atomu