JÁDRO A OBAL ATOMU

transcript

JÁDRO A OBAL ATOMU

14. dubna 2013 VY_32_INOVACE_170312_Jadro_a_obal_atomu_DUM

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.

Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

Mikrosvět

Jádro atomu

Elektronový obal atomu

Makrosvět

• je část přírody, v níž platí zákony klasické fyziky

• je svět, který je našimi smysly pochopitelný a sledovatelný

• pracuje s rozměry od tisícin milimetru po miliony kilometrů

• zkoumá děje, které trvají sekundy až léta

• popisuje pohyby s rychlostmi od jednotek po tisíce kilometrů za sekundu

Mikrosvět

• je část přírody, kde platí zákony kvantové fyziky, která vznikla ve 20. letech 20. století

• je svět, který našimi smysly nelze přímo pozorovat

• pracuje z rozměry 10-18 – 10-9 m

• zkoumá děje trvající krátké časové intervaly, např. jen 10-24 s

Do mikrosvěta patří atomy a elementární částice. Je to jiný svět než makrosvět, není to pouze náš zmenšený svět.

Mikrosvět

Pro fungování makrosvěta jsou důležité procesy v mikrosvětě:

• vznikají v něm chemické a biologické struktury nutné pro život

• vzniká zde záření

Mikrosvět

• na základě kvantové a jaderné fyziky můžeme tvořit nové druhy látek

Megasvět

• je část přírody, která tvoří strukturu vesmíru

Mikrosvět

• pracuje z velkými rozměry, řádově 106 světelných let

• popisuje ho obecná teorie relativity

další kapitolazpět na obsah

• je nejmenší částice hmoty, kterou chemickými prostředky nelze dále dělit (fyzikálními ano, např. jaderná reakce)

• určuje vlastnosti daného chemického prvku

• skládá se z jádra a obalu

Částice v atomu

• jsou elektrony, které mají záporný náboj a nacházejí se v obalu atomu• lze je vyjmout a vytvořit nabitý iont

• jsou protony, které mají kladný náboj a nalézají se v jádře atomu

• jsou neutrony, které nemají elektrický náboj a nacházejí se v jádře atomu

Elektron je stále považován za nedělitelnou elementární částici. Protony a neutrony se skládají z kvarků. Kvarky jsou nejmenší známé částice, ze kterých se skládá hmota. Proton se skládá ze tří kvarků.

Přímý důkaz teorie kvarků se podařil americkým fyzikům ve Stanfordu v Kalifornii. Pomocí této teorie se podařilo předpovědět řadu dříve neznámých částic. Zatím se nepodařilo z nukleonů

(částice jádra) uvolnit kvarky. Další experimenty, které by měly potvrdit kvarkovou hypotézu, se provádějí v

Cernu ve Švýcarsku.

Atomy různých druhů se liší počtem jednotlivých částic. Atomy různých prvků se liší protonovým číslem, které udává počet protonů v jádře. Atomy jednoho prvku se mohou lišit počtem neutronů – tzv. nukleonovým číslem.

Můžeme atomy pozorovat pod mikroskopem?

odpověď

Atomy nelze pozorovat optickým mikroskopem, můžeme pouze vidět objekty 10 000x větší než atom. V roce 1981 byl sestrojen v Curychu rastrovací mikroskop, který umožňuje zobrazit jednotlivé atomy ležící na povrchu látky. Je založen na principu „tunelování“ a dovoluje rozlišení 10-10 m.

S jednotlivými atomy se podařilo manipulovat v roce 1989. Pro manipulaci byl použit rastrovací tunelový mikroskop při nízkých teplotách v ultravysokém vakuu.

V atomu působí elektromagnetická síla mezi protonem a elektronem, tato síla drží elektrony v elektronovém obalu. Mezi protony působí odpudivá síla.

• je kladně nabitá část atomu• představuje 99,9% hmotnosti atomu• průměr jádra je 10-15 m, tedy 100 000x méně, než je průměr atomu• obsahuje nukleony (protony a neutrony)• jaderné síly mají malý dosah, omezený pouze na oblast jádra

Proton

• je subatomární jaderná částice s elementárním nábojem 1,6.10-19 C• má klidovou hmotnost přibližně 1,672.10-27 Kg• Je 1836x těžší než elektron• je to stabilní částice• má antičástici – antiproton, který je stejně velký náboj, ale opačného

znaménka• byl objeven v roce 1919 E. Rutherfordem

Jádro atomu

Jádro atomu vodíku má jeden proton. Ostatní jádra mají více protonů.

Jádro atomu

Obr.4 Na obrázku vidíte složení protonu ze tří kvarků.

Neutron

• je subatomární jaderná částice, která nemá elektrický náboj• má klidovou hmotnost přibližně 1,674.10-27kg• mimo atomové jádro je neutron nestabilní a rozpadá se na proton, elektron

a antineutrina• skládá se ze tří kvarků, které se přitahují• má antičástici - antineutron• je obsažen ve všech jádrech atomů mimo jádro atomu vodíku• byl objevem v roce 1932 J. Chadwickem

Jádro atomu

Složení neutronu:

Jádro atomu

Elektron

• je subatomární částice se záporným elektrickým nábojem o velikosti 1,6.10-19 C

• tvoří obal kolem jádra atomu

• umožňuje vedení elektrického proudu v kovech, v polovodičích, v plynech i ve vakuu

• jeho název pochází z řeckého slova

• má klidovou hmotnost 9,1.10-31 kg

• má antičástici, která se nazývá pozitron, která má opačný náboj

• je stabilní částicí

• byl objeven v roce 1897 J.J. Thomsonem

• má poloměr 10-10m a v podstatě odpovídá poloměru celého atomu

• hmotnost elektronového obalu je 0,01% celé hmotnosti atomu

• vlastnosti elektronu v obalu jsou dány řešení Schrödingerovy rovnice pro daný atom

• vlastnosti elektronu lze popsat pomocí čtyř kvantových čísel (hlavního, vedlejšího, magnetického a spinového)

• energie elektronu je charakterizována hlavním a vedlejším kvantovým číslem

• velikost momentu hybnosti je dán vedlejším kvantovým číslem

• směr momentu hybnosti určuje magnetické kvantové číslo

Atomový orbital

• popisuje prostorové rozložení pravděpodobného výskytu elektronu

• jednotlivé orbitaly jsou označeny písmenky s,p,d,f

Příklady jednotlivých orbitalů s, p a d ukazují obrázky.

koneczpět na obsah

POUŽITÁ LITERATURA

ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

CITACE ZDROJŮ

Obr. 1 ULFLUND. Http://en.wikipedia.org/wiki/File:Oxygen_molecule.png: Wikimedia Commons [online]. 18 July 2012 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Oxygen_molecule.png

Obr. 2 NASA. Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:NGC_4414_%28NASA-med%29.jpg: Wikimedia Commons [online]. 23 September 2006 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/NGC_4414_%28NASA-med%29.jpg

Obr. 3 JORGE STOLFI. Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Helium_atom_QM.svg: Wikimedia Commons [online]. 10 June 2011 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Helium_atom_QM.svg

Obr. 4 ARPAD HORVATH. Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Quark_structure_proton.svg: Wikimedia Commons [online]. 16 March 2006 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Quark_structure_proton.svg

Obr. 5 ARPAD HORVATH. Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Quark_structure_neutron.svg: Wikimedia Commons [online]. 16 March 2006 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/Quark_structure_neutron.svg

CITACE ZDROJŮ

Obr. 6 FALCORIAN. Soubor:HAtomOrbitals.png: Wikimedia Commons [online]. 4 July 2009 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/HAtomOrbitals.png

Obr. 7 GEEK3. Soubor:Hydrogen eigenstate n2 l0 m0.png: Wikimedia Commons [online]. 25 August 2010 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9b/Hydrogen_eigenstate_n2_l0_m0.png

Obr. 8 DHATFIELD. Soubor:P2M1.png: Wikimedia Commons [online]. 25 September 2008 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5a/P2M1.png

Obr. 9 DHATFIELD. Soubor:F4M-1.png: Wikimedia Commons [online]. 25 September 2008 [cit. 2013-04-14]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/12/F4M-1.png

Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

Děkuji za pozornost.

Miroslava Víchová

JÁDRO A OBAL ATOMU

Documents