wyklad03.pdf
(
715 KB
)
Pobierz
QPrint
Szkoþa Gþwna SþuŇby PoŇarniczej
w Warszawie
Temat 3:
BUDOWA ATOMìW
•
Budowa elektronowa atomu wodoru.
•
Powþoki walencyjne.
•
Orbitale atomowe.
NajwaŇniejszĢ teoriĢ w Chemii jest
teoria atomistyczna
. TwrcĢ hipotezy
atomistycznej byþ angielski chemik i fizyk John Dalton (1766-1844). W 1805
roku ogþosiþ, Ňe
ánajmniejszĢ niepodzielnĢ porcjĢ materii, zachowujĢcĢ jej
wþaĻciwoĻci chemiczne, jest
atom
pierwiastkaÑ
.
Termin atom zostaþ
wprowadzony przez staroŇ. Grekw (od gr. sþowa
atomos
Î niepodzielny) na
okreĻlenie najmniejszej niepodzielnej czĢstki materii.
Atomy sĢ podstawowymi elementami budujĢcymi materiħ, zdolne do
samodzielnego istnienia jak rwnieŇ do þĢczenia siħ miħdzy sobĢ.
Hipoteza atomistyczna Daltona daþa proste wyjaĻnienie zaleŇnoĻci miħdzy
masami substancji biorĢcych udziaþ w reakcjach chemicznych. W prosty sposb
wyjaĻniaþa:
•
prawo zachowania masy
,
•
prawo stosunkw staþych
,
•
prawo stosunkw wielokrotnych
.
Ponad 100 lat pŅniej
Rutherford
(1911) w oparciu
o swoje badania przyjĢþ, Ňe atom zbudowany jest
z niewielkiego jĢdra, w ktrym skupiona jest niemal caþa
masa atomu, oraz elektronw znajdujĢcych siħ
w stosunkowo duŇej przestrzeni otaczajĢcej jĢdro. Elektrony
obdarzone sĢ þadunkiem ujemnym a jĢdra þadunkiem
dodatnim.
DoĻwiadczenie Rutherforda polegaþo na bombardowaniu cienkiej folii ze zþota
strumieniem szybko pħdzĢcych czĢstek
a
i badaniu stopnia rozproszenia czĢstek
w zaleŇnoĻci od gruboĻci folii. Rozpraszanie czĢstek rejestrowano na ekranie
z siarczku cynku.
Rutherford badajĢc procesy rozpraszania czĢstek przechodzĢcych przez cienkĢ
foliħ metalowĢ doszedþ do przekonania, Ňe prawie caþa masa atomu skupiona
jest w bardzo maþym dodatnio naþadowanym jĢdrze atomowym a elektrony
krĢŇĢ w odlegþej chmurze. OtaczajĢce to jĢdro elektrony wyznaczaþy caþkowity
rozmiar atomu.
Uproszczony model atomu
Prawie caþa masa atomu skupiona jest w bardzo maþym dodatnio naþadowanym
jĢdrze atomowym a elektrony krĢŇĢ w odlegþej chmurze. OtaczajĢce to jĢdro
elektrony wyznaczaþy caþkowity rozmiar atomu.
Rzeczywiste rozmiary atomu i jego czħĻci skþadowych
Lp.
Nazwa
Promieı [m]
Masa atomu
1.
Atom
ok. 10
-10
rŇna w zaleŇnoĻci od
pierwiastka
2.
JĢdro
ok. 10
-15
ok. 99,9% masy
3.
Elektron
tworzĢ chmurħ
o r
»
r
atomu
< 0,1% masy
2
WþaĻciwoĻci czĢstek elementarnych
Nazwa
Symbol
Masa
*
ýadunek
**
Spin
1 -1 ď
Proton
p
1836 +1 ď
Neutron
n
1838 0 ď
(*)
- Masa elektronu wynosi m
elektronu
=
9,108
.
10
-28
g;
(**)
- þadunek elementarny w jednostkach
ukþadu SI ma wartoĻę
1.602 x 10
-19
C.
e
-
Protony i neutrony noszĢ wsplnĢ nazwħ
nukleonw
.
Pikometr
jest jednĢ bilionowĢ czħĻciĢ metra
1pm = 10
-12
m
Promienie atomw
Nazwa pierwiastka
Promieı
[pm]
[m]
Wodr (
1
H
)
30
0,3*10
-10
Hel (
2
He
)
140
1,4*10
-10
Wapı (
20
Ca
)
197
1,97*10
-10
Cynk (
30
Zn
)
133
1,33*10
-10
Siarka (
32
S
)
104
1,04*10
-10
Brom (
35
Br
)
114
1,14*10
-10
Pyt.: JakĢ għstoĻę ma jĢdro atomu?
Przyjmiemy, Ňe jĢdro skþada siħ z 1 protonu i 1 neutronu.
•
masa jĢdra = ~2.0 u = 2 * (1.66 x 10
-24
g) = 3.32 x 10
-24
g
•
Ļrednica jĢdra = 1 x 10
-15
m
•
promieı jĢdra r = 5 x 10
-16
m
•
objħtoĻę jĢdra = (4/3)
p
(r)
3
= 5.24 x 10
-46
m
3
•
masa/objħtoĻę = 3.32 x 10
-24
g/5.24 x 10
-46
m
3
= 6.34 x 10
21
g/m
3
Oznacza to, Ňe
1 cm
3
materii skþadajĢcej siħ tylko z neutronw
i protonw bħdzie miaþ masħ - 6,34 x 10
21
g/m
3
) * (1 x 10
-6
m
3
) = 6.34 x
10
15
g/cm
3
czyli szeĻę bilionw kilogramw, lub
szeĻę miliardw ton.
A jakĢ għstoĻę ma jĢdro atomu, gdy Ļrednica jĢdra wynosi 1 x 10
-14
m lub gdy
jĢdro zþoŇone jest z 82 protonw i 125 neutronw (tak jak dla oþowiu)?
3
Elektron
Budowa elektronowa atomu wodoru
Badania linii widm atomw wielu pierwiastkw (1913 - 1925) pozwoliþo
opracowaę
teoriħ struktur elektronowych.
Teoria ta daþa odpowiedŅ na
nastħpujĢce pytanie.
Dlaczego wszystkie atomy wodoru emitujĢ Ļwiatþo o takiej samej
dþugoĻci fali?
OtŇ odpowiedŅ jest prosta Î elektrony w atomie zajmujĢ
ĻciĻle okreĻlone poziomy energetyczne a przy przejĻciu z wyŇszego
poziomu na niŇszy towarzyszy emisja energii odpowiadajĢca rŇnicy
poziomw
D
E, w postaci fotonu promieniowania.
D
E = h
n
gdzie;
n
- czħstoĻę promieniowania, h - staþa Plancka.
Pochþanianie i emisja fotonu
Schemat powstawania serii widma emisyjnego
wodoru
Model Bohra
Niels Bohr proponujĢc model atomu wodoru, przyjĢþ nastħpujĢce zaþoŇenia;
•
elektron krĢŇy wokþ jĢdra po torze zamkniħtym, na jednej ze ĻciĻle
okreĻlonych energetycznie
orbit
stacjonarnych,
•
w tym stanie elektron nie pobiera ani nie oddaje energii,
•
emisja lub absorpcja promieniowania, w postaci okreĻlonych porcji
zwanych
kwantami
, jest powiĢzana ze zmianĢ orbity stacjonarnej
elektronu.
Przyjħte przez Bohra zaþoŇenia sprawdziþy siħ jedynie dla atomu wodoru;
natomiast nie sprawdziþy siħ dla pozostaþych atomw wieloelektronowych.
Jak wiemy
elektron
ma w swojej naturze dwie cechy -
falowĢ
i korpuskularnĢ
, dlatego nie jesteĻmy w stanie dokþadnie okreĻlię jego
poþoŇenia w atomie. Elektron nie porusza siħ po okreĻlonej orbicie; ruch
4
elektronu odbywa siħ we wszystkich moŇliwych pþaszczyznach.
Zgodnie ze wspþczesnym poglĢdem, atom wodoru moŇna opisaę jako kulistĢ
przestrzeı z ciħŇkim jĢdrem w Ļrodku, wypeþnionĢ przez szybko poruszajĢcy siħ
dookoþa jĢdra elektron. W miejsce orbity wprowadzono pojħcie
powþoki
,
a elektron spostrzegany jest jako
áchmura elektronowaÑ
posiadajĢcĢ swojĢ
energiħ.
Teoria
Schrodingera
zakþada, Ňe:
•
stan elektronu w atomie opisuje
funkcja falowa
Y
, nazwana orbitalem,
•
kwadrat tej funkcji daje prawdopodobieıstwo znalezienia elektronu
w danym obszarze wokþ jĢdra,
•
energia elektronw jest kwantowana a geometryczne ksztaþty orbitali
wskazujĢ na przestrzenny rozkþad prawdopodobieıstwa znalezienia
elektronu opisanego danym orbitalem.
•
kaŇdy stan kwantowy elektronu jest opisany za pomocĢ
czterech liczb
kwantowych
, tj. gþwna liczba kwantowa - n, poboczna liczba kwantowa -
l, magnetyczna liczba kwantowa - m i spinowa liczba kwantowa - s.
Porwnanie dwch modeli budowy atomu wodoru
5
Plik z chomika:
saniulkas
Inne pliki z tego folderu:
wyklad08.pdf
(499 KB)
wyklad07b.pdf
(927 KB)
wyklad07a.pdf
(277 KB)
wyklad06.pdf
(549 KB)
wyklad04.pdf
(385 KB)
Inne foldery tego chomika:
Bezp.społ-ekonom
Bezp.techniczne
Fizyka
Jezyki
Matematyka
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin