budowa atomu - dr Henryk Myszka

BUDOWA ATOMU
Pierwiastki chemiczne
p.n.e.
do XVII w.
Sb Sn Zn Pb Hg S Ag C
As (1250 r.)
P (1669 r.)
XVIII w.
N Cl Cr Co
Ni Pt Te O
XIX w. (m.in.) Na Ca Al Si
Ra Po Ac ...
XX w.
At Eu Fr Hf
transuranowce
XXI w.
???
Au Fe Cu
Y Mn Mo
U H W
F Cs Ba B Bi I
(14)
(58)
Lu Re Tc
Berkeley
Darmstadt
Dubna
(11)*
(2)
( ? ... )
(USA)
(Niemcy)
(Rosja)
* w zależności od źródła literaturowego podane wartości mogą się różnić
(IUPAC) 104
105
106
107
108
rutherfordium
dubnium
seaborgium
bohrium
hassium
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
109
110
111
112
meitnerium
darmstadtium
roentgenium
copernicium
…
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
Mt
Ds
Rg
Cn
PRAWO OKRESOWOŚCI
(periodyczne powtarzanie się właściwości chemicznych i częściowo fizycznych)
Dmitrij Mendelejew (1834-1907) Ö układ okresowy
→ kryterium: masy atomowe,
(rok 1869)
→ grupy, okresy,
→ pozostawił w tablicy puste miejsca przewidując
dalsze odkrycia pierwiastków,
ekabor
Ø
skand (1879 r.)
ekaglin
Ø
gal (1875 r.)
ekakrzem
Ø
german (1886 r.)
Tablica ułożona przez D. Mendelejewa (63 pierwiastki)
(Tablica Mendelejewa jest wciąż uzupełniana)
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
BADANIA NAD BUDOWĄ ATOMU
ELEKTRON
odkryty przez J.J. Thomsona w 1897 r.
anoda
pole elektryczne
lub magnetyczne
katoda
Joseph John Thomson
(1856-1940)
Nagroda Nobla w 1906 r.
Doświadczenie Thomsona
/odchylenie promieni katodowych /
Model atomu Thomsona
ład. elektryczny -1
me = 9,11· 10-31 kg
e = 1,6 · 10-19 C
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
ekran
fluoryzujący
ZJAWISKO PROMIENIOTWÓRCZOŚCI
Henri Antoine Becquerel (1852-1908) odkrył w 1896 r.
zjawisko promieniotwórczości rudy uranowej.
Nagroda Nobla w 1903 r.
Maria Skłodowska-Curie (1867-1934)
Nagroda Nobla w 1903 r. i 1911 r.
Pierre Curie (1859-1906)
Nagroda Nobla w 1903 r.
izolują z rudy uranowej w 1898 r.
RAD i POLON
Oba te pierwiastki wysyłają promieniowanie, które w polu magnetycznym
lub elektrycznym ulega rozszczepieniu na trzy różne promieniowania
składowe oznaczone α, β i γ.
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
promieniowanie α składa się z cząstek materialnych oznaczonych
symbolem α, a więc jąder helu; zasięg jego działania jest niewielki;
w polu elektrycznym oraz magnetycznym ulega odchyleniu w kierunku bieguna ujemnego.
promieniowanie β składa się z elektronów wyrzucanych z jądra
z dużymi (choć niejednakowymi) prędkościami; jego zasięg jest
większy niż promieniowania α; cząstki te niosą ładunek ujemny,
zatem w polu elektrycznym oraz magnetycznym odchylają się
przeciwnie aniżeli cząstki α,
promieniowanie γ jest to promieniowanie elektromagnetyczne
o bardzo małej długości fali; towarzyszy promieniowaniu α i β;
nie ulega odchyleniu w polu elektrycznym ani magnetycznym.
Promieniowanie
Masa
Ładunek elektryczny
α
4
+2
β
me
-1
γ
0
0
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
JĄDRO ATOMOWE
210
84 Po
→
206
82 Pb
+ 42 He
cząstka α
folia metalowa
ekran
Ernst Rutherford
(1871-1937)
Nagroda Nobla w 1908 r.
źródło cząstek α
Schemat doświadczenia Rutherforda (1911 r.)
Jądro atomowe - dodatnio naładowana centralna część atomu,
w której skupiona jest główna
część masy atomu.
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
James Chadwick (1891-1974); Nagroda Nobla w 1932 r.
W 1932 r. stwierdził on, że istnieją nowe cząstki
o wielkiej zdolności do przenikania przez materię,
a pozbawione ładunku elektrycznego.
9
4 Be
+ 42 He →
proton
ład. elektryczny +1
mp = 1,67 · 10-27 kg
α
12
6C
+ 01n
neutron
ład. elektryczny 0
mn = 1,67 · 10-27 kg
Nukleony - wspólne określenie protonu i neutronu, a więc
cząstek będących składnikami jądra atomowego.
ATOM, JĄDRO ATOMOWE, ICH ROZMIARY
→ siły jądrowe,
→ energia wiązania jądra,
A
Z
E
A - liczba masowa
Z - liczba atomowa
za względnie trwałe uważa się jądra, w których:
np. dla
12 C
6
rat.= 0,77 · 10-10 m
rj = 3,23 · 10-15 m
A − Z ∈ 〈1; 1,6)
Z
rat.
≈ 24 000
rj
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
IZOTOPY
H.N. McCoy & W.H. Ross (1907 r.)
A
A - liczba masowa
Z
Z - liczba atomowa
16O
99,98% (prot)
17O
0,015% (deuter)
18O
elem. (tryt)
E
1H
2H
3H
99,76%
0,04%
0,2%
• izotopy trwałe, np. 12C, 13C, 14N, 16O, ...
27Al, 19F, 31P, 59Co
23Na, 197Au, 127I,
izotopy trwałe, po 100%
w przyrodzie (21 pierwiastków)
...
• naturalne izotopy promieniotwórcze, np.
3H
14C
235U
t1/2 = 12,46 lat
t1/2 = 5725 lat
t1/2 = 8,62 · 108 lat
Izotopy - atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów w jądrze atomowym.
Izobary - atomy różnych pierwiastków o tej samej liczbie masowej.
Nuklid - jądro atomowe o określonej wartości liczby atomowej i liczby masowej.
Nuklidy - atomy poszczególnych izotopów.
Pierwiastek chemiczny - zbiór atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze.
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
γ
β
+
ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY
α
-
rozpad (przemiana) α - polega na wyrzuceniu z jądra
cząstki α
AE
Z 1
→
A-4 E
Z-2 2
+ 42 α
226 Ra
88
→
222 Rn
86
+ 42 α
rozpad (przemiana) β- - w tym procesie wyrzucany
jest elektron, który powstał wskutek
przemiany neutronu w proton
AE
Z 1
→
AE
Z+1 2
+ e
214 Pb
82
→
214 Bi
83
+ e
1n → 1p + e + ν
0
1
promieniowanie γ - jądro przechodzi ze stanu wzbudzonego w stan
o niższej energii i nie zmienia się przy tym
liczba masowa, ani liczba porządkowa
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
Mapa świata pierwiastków
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
W 1999 r. w laboratorium w Berkeley otrzymano prawdopodobnie trzy
atomy pierwiastka 118, w wyniku fuzji izotopów ołowiu i kryptonu.
Jednak nigdy nie udało się powtórzyć tego eksperymentu.
Od strony teoretycznej ten eksperyment zaplanował
Robert Smolańczuk
z Instytutu Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana w Świerku.
208
82
Pb +
86
36
Kr →
293
118
Uuo + 01n
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii