Budowa materii

1. Budowa atomów

 Każdy atom ma kształt kuli o promieniu ok. 10-7 m ( 0,1 nm = 100 pm). Największy atom posiada frans (87Fr).
 Jądro atomowe jest małe - 100 tyś. razy mniejsze od całego atomu, ale za to stanowi ok. 99,9% masy całego atomu.
 Liczba atomowa (Z) to liczba protonów w jądrze. Jednocześnie oznacza ona liczbę protonów, liczbę elektronów oraz informuje o ładunku elektrycznym jądra.
 Największą liczbę atomową wśród pierwiastków występujących na Ziemi ma uran (92U). Pierwiastki o jeszcze większych liczbach atomowych występują w gwiazdach, są to tzw. transuranowce.
 Składniki jądra czyli protony i neutrony nazywamy nukleonami.
 Między protonami działają siły odpychania elektrostatycznego. Jądro natomiast utrzymują w całości siły przyciągające tzw. siły jądrowe (oddziaływania silne).
 W miarę wzrostu liczby protonów trwałość jądra maleje.
 Izotopem nazywamy odmianę tego samego pierwiastka różniącą się liczbą neutronów.
 Izotopy mają takie same właściwości chemiczne, różnią się jednak nieznacznie właściwościami fizycznymi
 O właściwościach chemicznych bowiem decydują jedynie elektrony, o właściwościach fizycznych natomiast elektrony oraz jądro atomu.
 Np. izotopami wodoru są 1H - prot i 2H - deuter - wodór ciężki (wodór naturalny stanowi zawiera 1 atom deuteru na ok. 6000 atomów protu). Ponadto istnieje jeszcze sztucznie wytworzony tryt - 3H.
 Pierwiastkiem chemicznym nazywamy zbiór atomów o tej samej liczbie protonów w jądrze.
 Nuklidem nazywamy zbiór atomów nie różniących się ani liczbą protonów ,ani liczbą neutronów. (jest to pierwiastek który nie ma odmian izotopowych występujących w przyrodzie)
 Jeżeli pierwiastek chemiczny jest mieszaniną izotopów to jego masa atomowa jest masą średnią ważoną z mas atomowych poszczególnych izotopów (mas izotopowych)

 Elektrony walencyjne mają główny wpływ na właściwości chemiczne pierwiastków.
 Atom podzielony jest na dwie części - rdzeń atomowy i elektrony walencyjne.
 Rozmieszczenie elektronów w powłokach i podpowłokach nazywa się konfiguracją elektronową.
 Liczba powłok elektronowych jest równa numerowi okresu.
 Liczba elektronów walencyjnych w atomach pierwiastków grup głównych (blok s i p) jest równa cyfrze na miejscu jednostek w numerze grupy, a w atomach pierwiastków grup pobocznych (blok d) jest równa numerowi grupy.



 Do elektronów walencyjnych należą:
 W atomach pierwiastków bloku s i p - wszystkie elektrony powłoki zewnętrznej:
12Mg: 1s2 2s2p6 3s2
 W atomach pierwiastków bloku d elektrony powłoki zewnętrznej oraz elektrony d powłoki drugiej od zewnątrz:
23V: 1s2 2s2p6 3s2p6d3 4s2
 W atomach lantanowców i aktynowców (bloku f) - wszystkie elektrony powłoki zewnętrznej , elektrony d powłoki drugiej od zewnątrz oraz elektrony f powłoki trzeciej od zewnątrz:
64Gd: ...4s2p6d10f7 5s2p6d1 6s2

 Symbole oznaczające powłoki i podpowłoki
 Powłoki: K, L, M, N, O, P, Q.
 Podpowłoki: s, p, d, f, e, g...

 Rodzaje przemian jądrowych.
 Rozpad alfa
 Rozpad beta -
 Rozpad beta +
 Reakcje jądrowe: zderzenie jądra z cząstką elementarną lub innym jądrem prowadzić może w wyniku tej reakcji do powstania nowego jądra i emisji nowej cząstki (lub cząstek). Są to reakcje nazywane sztucznymi przemianami jądrowymi.
Np.
 Rozszczepienia jądrowe: podział jądra ciężkiego na dwa nowe jądra z równoczesnym uwolnieniem cząstek elementarnych. (np. rozszczepienie uranu-235 po zderzeniu z neutronem:

 Fuzje jądrowe: zderzenie dwóch jąder lekkich w przypadku tej reakcji prowadzić może do powstania jednego jądra atomowego. Typowym przykładem jest zderzenie jąder deuteru i trytu w wyniku którego powstaje cząstka alfa - hel-4:


 Prawo okresowości
 Odkryte w 1869 r przez Mendelejewa prawo okresowości stwierdza, iż w szeregu pierwiastków uporządkowanych według rosnących wartości liczb atomowych, właściwości chemiczne i fizyczne zmieniają się w sposób okresowy (cykliczny, periodyczny)
 Okresowość chemicznych i fizycznych właściwości pierwiastków spowodowana jest regularnym powtarzaniem się analogicznych konfiguracji walencyjnych.

* Budowa jąder atomowych.
a) Izotopy- pierwiastki, których atomy mają jądra o takiej samej liczbie atomowej Z, lecz różnej liczbie masowej A. (o takiej samej liczbie protonów , lecz innej liczbie neutronów)
( jednakowa ilość protonów i elektronów)
b) Izobary- pierwiastki, których atomy mają jądra o takiej samej liczbie masowej, lecz różnej liczbie atomowej Z. (na przykład 13H (tryt) i 23 He (izotop helu) ( jednakowa liczba masowa)
c) Izotony- pierwiastki, których atomy mają jądra o tej samej liczbie neutronów, lecz o innej ogólnej liczbie nukleonów. ( jednakowa liczna neutronów)
d) Defekt masy
(1) Posługując się równaniem A = Z + N (A - l. masowa, Z - l. Atomowa, N - l.neutronów) można obliczyć liczbę protonów i neutronów w jądrze atomu każdego pierwiastka. Znając zaś masę spoczynkową protonu (1,007276) i neutronu (1,008665) możemy określić masę każdego jądra. Obliczenia wykonywane są na jądrze helu. Jądro helu składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów ,więc: 2 x 1,007276 + 2 x 1,008665= 4,031882 [u].
(2) Rzeczywisty ciężar jądra helu ustalony bardzo dokładnie na drodze doświadczeń równa się 4,001506. Różnica między masą obliczoną jądra a masą rzeczywistą wynosi 0,030376 [u]
Ten ubytek masy zwany defektem masy, związany jest z energią wydzieloną podczas tworzenia się jądra helu z protonów i neutronów. Defekt masy jest miarą trwałości jądra helu.

* Energię ,która wydzielą się przy syntezie mola jąder helowych z protonów i neutronów można obliczyć ze wzoru E=mc2.

4) Masa atomowa i cząsteczkowa - wartości bezwzględne i względne wyrażone w atomowych jednostkach masy u.
a) Atomowa jednostka masy u = 1,66 x10-24g [1g = 6,02 x 1023u] ; u = 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C
b) Masa atomowa - masa atomu wyrażona w atomowych jednostkach masy, (np. masa atomowa wodoru = 1u; masa atomowa węgla = 12u)
c) Masa cząsteczkowa- masa cząsteczki wyrażona w atomowych jednostkach masy, (np. masa cząsteczkowa Al2S3 wynosi: 27u x 2 + 32u x 3 = 150u)

5) Mol ; masa molowa .
a) Mol jest jednostką liczności materii. Zawiera 602 miliardy bilionów [6,02 x 1023] drobin (liczba Avogadra NA).
b) Masa jednego mola drobin wyrażona w gramach jest równa liczbowo masie atomowej (jeżeli drobinami są atomy) lub masie cząsteczkowej (jeżeli drobinami są cząsteczki)
c) Mol jest to ilość substancji zawierająca tyle atomów - ile atomów znajduję się w 12 g izotopu węgla 12C.