Struktura atomu

Struktura atomu

Atom – základní stavební částice, skládá se z kladně nabitého atomového jádra a záporně nabitého elektronového obalu. V jádře se nacházejí protony – částice s kladným nábojem, a neutrony – částice bez náboje. V obalu se nacházejí elektrony – částice se záporným nábojem.
· Atomové jádro – malý útvar, protony a neutrony jsou poutány přitažlivými silami.
Počet protonů se označuje jako protonové číslo Z, je stejné pro všechny atomy
téhož prvku. Označuje rovněž celkový počet elektronů v obalu. Udává pořadí
prvku v PSP, např. 8O
Počet neutronů v jádře se označuje neutronové číslo N.
Součet protonů a neutronů, čili počet nukleonů, udává nukleonové číslo A .
např. 16O
nuklid – látka tvořená stejnými atomy, které se neliší A ani Z.
 izotop – látka tvořená atomy se stejným Z, ale odlišným A,např.izotopy chloru: 35Cl,37Cl
radioizotop – látka, jehož jádro se samovolně rozpadá na jádra jiných prvků,
přičemž vzniká záření. Rozlišujeme umělý a přírodní radioizotop.
· Elektronový obal – je tvořen elektrony, proto má záporný náboj. Velikost tohoto záporného  náboje určuje počet přítomných elektronů. Počet elektronů v obalu je
shodný a počtem protonů v jádře. Prostor s nevětší pravděpodobností výskytu
elektronu se nazývá orbital. Jednotlivé orbitaly se liší svojí velikostí, tvarem a
prostorovou orientací.
  typy orbitalů – orbital s – mají tvar koule
orbital p – tvar prostorové osmičky
orbitaly d, f – složitější prostorové útvary
  kvantová čísla – používají se k jednoznačnému určení stavu elektronu. Existují 4 kvantová čísla
hlavní kvantové číslo n – vyjadřuje velikost orbitalu a tím i energii elektronu.
  Určuje příslušnost elektronu do jedné ze 7 energet. vrstev (označují
  se písmeny K,L,…,P,Q
  magnetické kvant. číslo m – vyjadřuje prostorovou orientaci orbitalu a současně
 určuje i celkový počet orbitalů daného typu. Nabývá hodnot –1 do +1.
  spinové kvant. číslo s – udává rotační impuls (spin), nabývá hodnot +1/2, -1/2. Dva elektrony s opačnou hodnotou spinu vytvářejí v témže orbitalu elektronový pár.
 
Prvek – látka složená z atomů o stejném protonovém čísle. Každý prvek má svůj název a svou značku. Prvky jsou zapsány v periodické soustavě prvků (PSP).
NUKLID – látka tvořená stejnými atomy, které se neliší A ani Z.
IZOTOP – látka tvořená atomy se stejným Z, ale odlišným A,např.izotopy chloru: 35Cl,37Cl. Jednotlivé izotopy daného prvku mají stejné chemické vlastnosti, liší se pouze vlastnostmi fyzikálními.
  radioizotop – látka, jehož jádro se samovolně rozpadá na jádra jiných prvků,
přičemž vzniká záření. Rozlišujeme umělý a přírodní radioizotop.
 
Radioaktivita – Atomová jádra některých nuklidů nejsou stálá. Příliš těžká jádra přírodních prvků se samovolně rozpadají a vznikají tak nová stálejší jádra. Rozpad doprovází vyzařování energie. Tomuto ději se říká radioaktivita. Radioaktivní nuklidy vyzařují tyto druhy záření :
  Záření a - rychle letící jádra atomů helia. Nesou dva kladné elementární náboje a jejich nukleonové číslo je 4. Vzhledem ke své poměrně velké velikosti není příliš
  pronikavé, ale má silné ionizační schopnosti.Toto záření je možno zachytávat
  tenkými foliemi.
  Záření b- - je tvořeno proudem elektronů, rychlostí se blíží rychlosti světla, je pronikavější než
  záření a. Dochází k reakci :    n0  ® p+ +  e-
neutron ® proton + elektron
  Záření b+ - tvořeno proudem pozitronů (částice podobná elektronu, ale má kladný náboj. Není
  to však proton.) Reakce :  p+  ® n0  +  e+
proton ® neutron + pozitron
  Záření g - je elektromagnetické vlnění. Podobá se rentgenovému záření, má však kratší vlnovou
  délku. Je proto neobyčejně pronikavé, doprovází nejčastěji záření b. Záření nemění
  složení jádra a nezpůsobí tedy jeho přeměnu v jádro jiné.
S radioaktivitou souvisí rovněž pojem poločas rozpadu – což je doba, po které intenzita záření poklesne na polovinu. Má hodnotu od zlomku sekundy až po miliony let.
 
Základní typy jaderných reakcí, při kterých dochází k uvolňování energie:
  Štěpné reakce – těžké jádro zasažené neutronem se rozštěpí na dvě menší jádra a uvolňuje se
přitom velké množství energie. Uvolněné neutrony mohou štěpit další jádra ®
  řetězová reakce. Např. štěpení uranu. Kontrolovaný průběh jaderných reakcí umožňují jaderné reaktory.
  Termonukleární r. – ze dvou lehčích jader vzniká jádro těžší a uvolňuje se přitom velké
množství energie. Tato reakce může začít probíhat až při extrémně vysokých
  teplotách. Např. syntéza vodíku a deuteria za vzniku helia na slunci. Termonukleární reakce jsou mohutným zdrojem zářivé energie slunce a hvězd.
  Transmutace jader – bombardováním určitých jader částicemi o dostatečné energii vzniká
nové jádro s protonovým a nukleonovým číslem jen o málo odlišným od jádra
původního.
 
Modely atomů
1.  Modely jádra atomů – kapkový – vysvětluje štěpení jader vazebnou energií
  -  sloupkový – vysvětluje radioaktivitu
2.  Modely elektronového obalu
a)  Mechanicky materialistické
·  1897 J. Thomson – statický model atomu
·  1911 E. Rutherford – planetární model
·  1913  N. Bohr – kvantový model
b)  vlnově – mechanické
·   1923  L. Broglie – vlnově - mechanický 
 
Planetární model – planetární model atomu, podle kterého kolem jádra obíhají elektrony po určitých dráhách jako planety kolem Slunce.
Kvantový model – elektrony mohou obíhat kolem jádra po určitých dráhách s konstantní energií. Ke změně energie může dojít pouze po určitých dávkách – kvantech.
Vlnově – mechanický – model atomu, vycházeli z teorie nazývané vlnová (kvantová) mechanika. Teorie předpokládá, že elektrony se pohybují kolem jádra nikoli po přesně vymezených dráhách, ale v určitém trojrozměrném prostoru, v němž lze polohu elektronu jen s jistou pravděpodobností.