Atom.docx

Atom

Atom (z gr. ἄτομος atomos: "niepodzielny") – najmniejszy składnik materii, któremu można przypisać właściwości chemiczne.

Budowa atomu

Atomy składają się z jądra i otaczających to jądro elektronów. W jądrze znajdują się z kolei nukleony: protony i neutrony. Neutrony są cząsteczkami obojętnymi elektrycznie, protony noszą ładunek elektryczny dodatni, zaś elektrony – ujemny.

W każdym obojętnym atomie liczba protonów i elektronów jest jednakowa. W takiej sytuacji łączony ładunek protonów i elektronów wynosi zero. Atomy z liczbą elektronów różną od liczby protonów nazywane są jonami, czyli atomami posiadającymi ładunek elektryczny. O właściwościach atomów decyduje głównie liczba protonów w jądrze atomowym. Grupy atomów o takiej samej liczbie protonów w jądrze, a różnej ilości neutronów określamy jako izotopy danego pierwiastka (określonego liczbą protonów).

Atomy są podstawowymi elementami budującymi materię z punktu widzenia chemii i pozostają najmniejszymi cząstkami rozróżnianymi metodami chemicznymi. Nie zmieniają się w reakcjach chemicznych.

Jon

Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.

Jony naładowane dodatnio nazywa się kationami, zaś ujemnie anionami. Jony mogą występować samodzielnie, w stanie wolnym (zwykle w fazie gazowej) lub tworzą tzw. pary jonowe, które mogą być luźno z sobą związane lub odwrotnie - tworzyć silne wiązania. Silnie związane pary jonowe tworzą chemiczne wiązania jonowe, obecne w wielu związkach chemicznych.

Powstanie jonu z obojętnego atomu lub cząsteczki nazywamy jonizacją.

Symbol jonu podaje się w postaci symbolu atomu lub grupy atomów z ładunkiem umieszczonym w prawym górnym indeksie, np. dodatnie: Na+, Ca2+, Al3+ oraz ujemne: F-, S2-, SO42-.

Model budowy atomu Bohra

Model budowy atomu Bohra – model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu".

Postulaty Bohra

Bohr, budując swój model atomu, przyjął dwa postulaty, bez których model ten nie byłby zgodny z doświadczeniem. Postulaty te miały w istocie charakter kwantowy, ale były wprowadzone ad hoc.

·         Orbitalny moment pędu elektronu jest skwantowany. Może on przybierać dyskretne wartości

gdzie

n = 1,2,3...,

– stała Plancka podzielona przez 2π.

·         Podczas zmiany orbity, której towarzyszy zmiana energii elektronu, atom emituje foton. Energia fotonu równa jest różnicy między energiami elektronu na tych orbitach

gdzie

E2 i E1 – energie elektronu, odpowiednio, końcowa i początkowa,

h – stała Plancka,

ν - częstotliwość fotonu.

Pierwiastek chemiczny

Pierwiastek chemiczny – podstawowe pojęcie chemiczne posiadające dwa znaczenia:

·         zbiór wszystkich atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze

·         taka substancja chemiczna, która składa się wyłącznie z atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze[1].

Pierwotna definicja pierwiastka chemicznego podana przez Arystotelesa, głosząca, że jest to taka substancja, której nie da się rozłożyć na prostsze, nie jest już współcześnie stosowana[2].

W odpowiednich warunkach atomy pierwiastków mogą łączyć się z sobą tworząc związki chemiczne. Niemal cała znana materia składa się z pierwiastków chemicznych w pierwszym znaczeniu, które występują albo w stanie wolnym albo w formie związków chemicznych i ich mieszanin. Pierwiastki w drugim znaczeniu tego słowa występują na Ziemi w formie czystej stosunkowo rzadko i poza nielicznymi przypadkami (takimi jak np. miedź rodzima) trzeba je celowo wyodrębniać z mieszanin.

Liczba pierwiastków i ich nazewnictwo

Pierwiastki we wzorach chemicznych oraz w układzie okresowym przedstawia się w formie jedno-trzyliterowych skrótów (jedno- i dwuliterowe to oficjalne, trzyliterowe - tymczasowe). Dla przykładu: C - to węgiel, H to wodór, Cl to chlor, Uut to ununtrium odkryty w 2004 roku. W skrótach tych pierwsza litera jest zawsze wielka, a pozostałe małe. Przestrzeganie tej zasady ma duże znaczenie w jednoznacznym interpretowaniu wzorów chemicznych. Np: Co to symbol kobaltu zaś CO to wzór tlenku węgla, składającego się z atomu węgla (C) i tlenu (O). Skróty te pochodzą od łacińskich nazw pierwiastków.

Na początku 2008 r. znane były dowody na istnienie 117 pierwiastków chemicznych, z których te o liczbie atomowej od 1 do 112 zostały oficjalnie uznane przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) i nadano im oficjalne nazwy oraz skróty (poza pierwiastkiem 112, ununbium). Na temat istnienia pierwiastków o liczbach atomowych 113, 114, 115, 116 i 118 istnieją spory naukowe i dlatego jak dotąd nie mają one oficjalnych nazw i skrótów. Pierwiastek 117 jak dotąd nie został otrzymany[3].

Oprócz nazw pierwiastków uznanych oficjalnie przez IUPAC w obiegu są też nazwy nieoficjalne. Dotyczy to głównie pierwiastków otrzymanych sztucznie przy pomocy technik rozwiniętych przez fizykę jądrową.

92 pierwiastki występują naturalnie na Ziemi. Pozostałe zostały otrzymane sztucznie. Pierwiastki o liczbie atomowej powyżej 82 (bizmut i dalej) są niestabilne, tzn. ulegają rozpadowi promieniotwórczemu w zauważalnym eksperymentalnie tempie. Oprócz tego niestabilne są także pierwiastki 43 (technet) i 61 (promet), które zostały otrzymane sztucznie. Ponadto żaden z pierwiastków o liczbie atomowej powyżej 94 nie występuje naturalnie. Wiele pierwiastków o liczbie atomowej poniżej 82 posiada z kolei niestabilne izotopy tj. atomy, w których jądrach jest ta sama liczba protonów, ale inna neutronów. Np. wodór posiada wysoce niestabilny izotop tryt, z którego buduje się bomby wodorowe[4].

Własności chemiczne pierwiastków i układ okresowy

Prawo okresowości Mendelejewa głosiło, że własności chemiczne pierwiastków zmieniają się periodycznie, gdy ułoży się je w kolejności ich mas atomowych. Stało się to podstawą do stworzenia tabeli nazwanej układem okresowym. Później w toku badań nad pierwiastkami okazało się, że ich własności chemiczne wykazują okresowość nie tyle ze względu na masę atomową ile raczej na liczbę atomową. Na ogół masy atomowe pierwiastków rosną stopniowo ze wzrostem ich liczby atomowej, jednak ze względu na składy izotopowe w kilku przypadkach kolejność ta jest zaburzona[5].

W układzie okresowym pierwiastki dzielą się na grupy i okresy. W najczęściej spotykanych postaciach układu grupy stanowią kolumny a okresy rzędy tabeli. Pierwiastki występujące w jednej grupie mają zazwyczaj podobne podstawowe własności chemiczne, które przechodząc od okresu do okresu ulegają tylko wzmocnieniu lub osłabieniu. Np: wszystkie oprócz wodoru pierwiastki występujące w 1. grupie układu są bardzo reaktywnymi metalami o własnościach zasadowych tworzącymi w reakcji z wodą odpowiednie wodorotlenki. Z kolei pierwiastki z 17. grupy są wszystkie niemetalami, tworzącymi w reakcji z wodą silne kwasy[6].

Kwant energii

Kwant energii (w mechanice kwantowej) – porcja energii jaką może pochłonąć lub jaką może przekazać układ w pojedynczym akcie oddziaływania z innym układem (np. atom z fotonem).

W fizyce klasycznej energia może być wymieniana w dowolnych porcjach, w mechanice kwantowej mikroukłady mogą wymieniać energię tylko w porcjach o dozwolonej wielkości. Ponieważ w większości procesów fizycznych kwanty energii są bardzo małe w porównaniu z całkowitą wymienianą energią, fizyka klasyczna bardzo dobrze opisuje wiele zjawisk.

W 1900 Max Planck podał wzór na rozkład energii promieniowania ciała doskonale czarnego, który był zgodny z obserwacjami. W celu wyprowadzenia tego wzoru założył, że energia promieniowania cieplnego wysyłanego przez ciało jest emitowana przez oscylatory, które mogą mieć tylko określone, dyskretne energie. Koncepcja początkowo została poddana krytyce, ponieważ była przyjęta ad hoc do wyjaśnienia tylko określonego zjawiska i wydawała się sztuczna. Lecz wkrótce stała kamieniem węgielnym, na którym został zbudowany gmach mechaniki kwantowej.

Wkrótce po sformułowaniu przez Plancka tej hipotezy Albert Einstein doszedł do wniosku, że promieniowanie elektromagnetyczne jest wysyłane i pochłaniane również w określonych porcjach (kwantach) energii zależnych od częstości promieniowania, które obecnie nazywamy fotonami

gdzie ν oznacza częstotliwość promieniowania, h stałą Plancka.

Teoria kwantowa

Teoria kwantowa - a właściwie kwantowe teorie to teorie szczegółowe modele fizyczne, które za swą podstawę teoretyczną przyjmują mechanikę kwantową. Często nazwa teoria kwantowa jest używana jako synonim mechaniki kwantowej.

Przykłady:

·         kwantowa teoria ciała stałego;

·         kwantowa teoria pola;

...