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

Atom

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

dále

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

dále

Pro fungování makrosvěta jsou důležité procesy v mikrosvětě:

• vznikají v něm chemické a biologické struktury nutné pro život

• vzniká zde záření

Mikrosvět

dále

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

Obr.1

Megasvět

• je část přírody, která tvoří strukturu vesmíru

Mikrosvět

• pracuje z velkými rozměry, řádově 106 světelných let

• popisuje ho obecná teorie relativity

Obr.2

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.

Atom

dále

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

dále

Obr.3

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?

Atomy

dále

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.

Atomy

další kapitolazpět na obsah

• 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

dále

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

Jádro atomu

dále

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

dále

Složení neutronu:

Jádro atomu

Obr.5

další kapitolazpět na obsah

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

Elektronový obal atomu

dále

Elektronový obal atomu

• 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

Elektronový obal atomu

dále

Atomový orbital

• popisuje prostorové rozložení pravděpodobného výskytu elektronu

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

Elektronový obal atomu

dále

Obr.6

Příklady jednotlivých orbitalů s, p a d ukazují obrázky.

Elektronový obal atomu

koneczpět na obsah

Obr.9

Obr.8

Obr.7

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