OTKRIĆE STRUKTURE ATOMAOTKRIĆE STRUKTURE ATOMA

Dalton: atomska teorijaDalton: atomska teorija Avogadro: molekuleAvogadro: molekule

19. stoljeće:19. stoljeće:

atomi su strukturiraniatomi su strukturirani

sastavljeni su od sitnijih česticasastavljeni su od sitnijih čestica

antičko doba: Grci uočili da jantar privlači lagane antičko doba: Grci uočili da jantar privlači lagane tvaritvari

Wiliams Gilbert u 16. stoljeću pojavu imenovao Wiliams Gilbert u 16. stoljeću pojavu imenovao “elektron” (grč: jantar); “elektron” (grč: jantar); corpora electricacorpora electrica

1747. Benjamin Franklin iz Amerike i William 1747. Benjamin Franklin iz Amerike i William Watson iz Engleske:Watson iz Engleske:• svi materijali posjeduju određeni dio tzv. električnog svi materijali posjeduju određeni dio tzv. električnog

"fluida“ (nisu ništa znali o elektronima i atomima, pa su "fluida“ (nisu ništa znali o elektronima i atomima, pa su ih nazvali fluidom)ih nazvali fluidom)

• smatrali su da fluid može slobodno ulaziti u materijal i smatrali su da fluid može slobodno ulaziti u materijal i da ne može biti stvoren niti uništen, te da trljanje (poput da ne može biti stvoren niti uništen, te da trljanje (poput jantara o krzno) pomiče taj nevidljivi fluid s jednog jantara o krzno) pomiče taj nevidljivi fluid s jednog predmeta na drugi, elektrizirajući ih obapredmeta na drugi, elektrizirajući ih oba

ELEKTRICITETELEKTRICITET

svojstvo materije koje potječe od viška pozitivnih svojstvo materije koje potječe od viška pozitivnih ili negativnih električnih nabojaili negativnih električnih naboja

stakleni štapić se naelektrizira ako se tare o svilustakleni štapić se naelektrizira ako se tare o svilu ako se umjesto staklenog štapića uzme štapić ako se umjesto staklenog štapića uzme štapić

načinjen od drugog materijala (npr. smole), štapići načinjen od drugog materijala (npr. smole), štapići se međusobno se međusobno privlačeprivlače

naelektrizirani stakleni štapići se međusobno naelektrizirani stakleni štapići se međusobno odbijajuodbijaju

dvije vrste naboja: pozitivni i negativni nabojdvije vrste naboja: pozitivni i negativni naboj

krpicom koja u sebi sadrži vune ili sintetike krpicom koja u sebi sadrži vune ili sintetike natrljajte plastični češaljnatrljajte plastični češalj

na češalj se nakon toga bez imalo problema lijepe na češalj se nakon toga bez imalo problema lijepe sitni komadići papira sitni komadići papira

Pokus 1:Pokus 1:

Pokus 2:Pokus 2: Trljajte balon ispunjen zrakom o vunenu vestu ili o Trljajte balon ispunjen zrakom o vunenu vestu ili o

kosu. Postavite ga blizu zida. Balon će ostati priljubljen kosu. Postavite ga blizu zida. Balon će ostati priljubljen uz zid.uz zid.

Povežite dva kraja balona. Sada trljajte jedan i drugi Povežite dva kraja balona. Sada trljajte jedan i drugi balon, držite ih za vezu i pustite da se približe jedan balon, držite ih za vezu i pustite da se približe jedan drugom. Nakon približavanja razdvojit će se.drugom. Nakon približavanja razdvojit će se.

• Trljanjem balona predaje im se statički elektricitet. Kada Trljanjem balona predaje im se statički elektricitet. Kada se trlja balon on preuzima na sebe dodatne elektrone s se trlja balon on preuzima na sebe dodatne elektrone s vunene veste ili kose, te postaje blago negativno nabijen.vunene veste ili kose, te postaje blago negativno nabijen.Negativno nabijeni balon privlači pozitivni naboj u zidu.Negativno nabijeni balon privlači pozitivni naboj u zidu.Dva balona koja vise na svojoj vezi su oba negativno Dva balona koja vise na svojoj vezi su oba negativno nabijena. Negativni naboji se odbijaju, isto kao što nabijena. Negativni naboji se odbijaju, isto kao što pozitivni naboj odbija pozitivni naboj. pozitivni naboj odbija pozitivni naboj.

M. Faraday:M. Faraday:• elektrolizaelektroliza• mogućnost dijeljenja atoma tijekom kemijske reakcijemogućnost dijeljenja atoma tijekom kemijske reakcije

C. CoulombC. Coulomb• odredio je silu između dva nabojaodredio je silu između dva naboja

Q1 Q2r

F =

0 = dielektrična konstanta vakuuma

r = dielektrična konstanta medija

SI jedinica coulomb C (čit: kulon) 1 C = A s Coulomb je količina električnog naboja koja u

sekundi prođe kroz presjek vodiča kojim teče stalna električna struja od 1 A.

14π0r

Q1Q2

r2

elektroskopelektroskop

OTKRIĆE ELEKTRONAOTKRIĆE ELEKTRONA

ISTRAŽIVANJE RADIJACIJEISTRAŽIVANJE RADIJACIJEuvelike je pridonijelo razumijevanju atomske strukture.uvelike je pridonijelo razumijevanju atomske strukture.

J. J. THOMPSON - POKUSI S KATODNOM CIJEVI:J. J. THOMPSON - POKUSI S KATODNOM CIJEVI: staklena cijev iz koje je isisan zrak (plinovi su izolatori, pa kad sestaklena cijev iz koje je isisan zrak (plinovi su izolatori, pa kad se

iz cijevi ukloni plin, struja teče)iz cijevi ukloni plin, struja teče) dvije metalne pločice povezane s izvorom visokog napona:dvije metalne pločice povezane s izvorom visokog napona: negativno nabijena pločica = negativno nabijena pločica = katodakatoda (emitira nevidljivo zračenje) (emitira nevidljivo zračenje) zraka je usmjerena prema pozitivno nabijenoj pločici = zraka je usmjerena prema pozitivno nabijenoj pločici = anodaanoda

na anodi je okrugli otvor, koji omogućava prolaz na anodi je okrugli otvor, koji omogućava prolaz zrake kroz anoduzrake kroz anodu

kad zraka udari u površinu ekrana sa nanesenim kad zraka udari u površinu ekrana sa nanesenim slojem ZnS, nastaje fluorescencija ili jasno svjetloslojem ZnS, nastaje fluorescencija ili jasno svjetlo

magnet i kondenzatorske ploče omogućuju magnet i kondenzatorske ploče omogućuju djelovanje magnetnog i električnog polja na zrakudjelovanje magnetnog i električnog polja na zraku

magnetno polje uravnotežuje se električnim magnetno polje uravnotežuje se električnim poljempoljem

Kad su vanjsko magnetsko i električno polje isključeni ili podešeni da poništemeđusobni utjecaj, zraka se ne otklanja.

Katodnu zraku privlači pločica štonosi pozitivan naboj → zraka se morasastojati od negativno nabijenih čestica→ ELEKTRONI!

John J. Thomson

Odredio je brzinu kretanja katodnih zraka i specifični naboj e/m(odnos između naboja i mase).

Thomsonov atom

Maria Sklodowska-Curie i Robert A. Millikan

odredio jenaboj elektrona

uvela pojam zaradioaktivnost

puhaljkom je raspršio ulje u sitne kapljicepuhaljkom je raspršio ulje u sitne kapljice pomoću rendgenskih zraka je ionizirao zrak između kondenzatorskih pločapomoću rendgenskih zraka je ionizirao zrak između kondenzatorskih ploča nastali nabijeni ioni skupljali su se oko kapljica ulja i nabili ih električnim nastali nabijeni ioni skupljali su se oko kapljica ulja i nabili ih električnim

nabojemnabojem mikroskopom je promatrao kapljice kako padaju pod utjecajem sile težemikroskopom je promatrao kapljice kako padaju pod utjecajem sile teže kada je na pločekada je na ploče

kondenzatora staviokondenzatora stavio

napon, nabijenenapon, nabijene

kapljice su se kretalekapljice su se kretale

pod utjecajem silepod utjecajem sile

teže i pod utjecajemteže i pod utjecajem

el. poljael. polja

Ө kapljica v kapljica

jakost el. polja

naboj elektrona

MASA I NABOJSUBATOMSKIH ČESTICA

masa elektrona 9,109 x 10masa elektrona 9,109 x 10-28-28 g = 9,109 x 10 g = 9,109 x 10-31-31 kg kg naboj elektrona 1,6 x 10naboj elektrona 1,6 x 10-19-19 C C

X – ZRAKEX – ZRAKEWILHELMWILHELM KONRAD RKONRAD RÖÖNTGENNTGEN

OTKRIĆE RENDGENSKIH ZRAKAOTKRIĆE RENDGENSKIH ZRAKAI RADIOAKTIVNOSTII RADIOAKTIVNOSTI

visok električni napon na katodi i anodi (50 000 V)visok električni napon na katodi i anodi (50 000 V) elektroni se velikom brzinom kreću i udaraju u anoduelektroni se velikom brzinom kreću i udaraju u anodu metalna meta emitira X-zrakemetalna meta emitira X-zrake X-zrake (X-zrake ( 0,01 do 1 nm) su nevidljive zrake koje: 0,01 do 1 nm) su nevidljive zrake koje:

• izazivaju fluorescencijuizazivaju fluorescenciju• prolaze kroz materijuprolaze kroz materiju• zacrne fotografsku pločuzacrne fotografsku ploču• magnet ih ne otklanja, a izbijaju nabijeni elektroskopmagnet ih ne otklanja, a izbijaju nabijeni elektroskop

H. Becquerel: ubrzo nakon otkrića rendgenovih zraka H. Becquerel: ubrzo nakon otkrića rendgenovih zraka otkriveno je da uranove rude također zacrnjuju fotografsku otkriveno je da uranove rude također zacrnjuju fotografsku pločuploču

polonijpolonij radijradij

Ernest Rutherford: Ernest Rutherford: otkrio u radioaktivnom zračenju otkrio u radioaktivnom zračenju αα i i ββ – zrake – zrake

P. Villard: P. Villard: γγ – zrake – zrake

3 vrste zraka u radioaktivnom zračenju:3 vrste zraka u radioaktivnom zračenju: αα - zrake pozitivno nabijene (jezgra helija) - zrake pozitivno nabijene (jezgra helija) ββ - zrake negativno nabijene (struja elektrona) - zrake negativno nabijene (struja elektrona) γγ – zrake identične rendgenskim, ali kraćih valnih duljina – zrake identične rendgenskim, ali kraćih valnih duljina

RADIOAKTIVNOST:RADIOAKTIVNOST: Marie i Pierre CurieMarie i Pierre Curie

Ernest RutherfordErnest Rutherford

α, β, γ ZRAKE

OTKRIĆE RADIOAKTIVNOSTI I OTKRIĆE RADIOAKTIVNOSTI I ELEKTRONA NEDVOJBENO JE ELEKTRONA NEDVOJBENO JE POKAZALO DA SE ATOMI POKAZALO DA SE ATOMI ELEMENATA SASTOJE OD JOŠ ELEMENATA SASTOJE OD JOŠ MANJIH ČESTICA.MANJIH ČESTICA.

STRUKTURA ATOMSKE JEZGRE

RUTHERFORD-ov eksperiment s RUTHERFORD-ov eksperiment s tinjcem ili zlatnim listićem je pokazao tinjcem ili zlatnim listićem je pokazao da je masa atoma skupljena u čestici da je masa atoma skupljena u čestici koja je 10 000 puta manja od atoma.koja je 10 000 puta manja od atoma.

Da li je atom čvrst po cijelom volumenu?Da li je atom čvrst po cijelom volumenu?

ATOMSKA JEZGRAATOMSKA JEZGRA

Kada bi atom bio čvrst po cijelom svom volumenu, nijedna α-čestica ne bi

prošla kroz metalni listić a da se ne bi otklonila zbog

sudara s atomom.

ERNEST RUTHERFORDERNEST RUTHERFORD

Masa atoma mora biti

skupljena u vrlo malu česticu.

MASA ATOMA JE SKUPLJENA U ČESTICI

KOJA JE ~ 10 000 x MANJA OD SAMOG ATOMA

ATOMSKA JEZGRAATOMSKA JEZGRA

AKO SE -ČESTICA NE OTKLANJA, VEĆI DIO PROSTORA ATOMA JE PRAZAN.

kut otklona -čestica ukazuje da je jezgra pozitivno nabijena

masa atoma je skupljena u vrlo malu česticu

JEZGRA ATOMAJEZGRA ATOMA

Rutherford je odredio promjer jezgre uspoređujući Rutherford je odredio promjer jezgre uspoređujući broj otklonjenih broj otklonjenih -čestica s debljinom listića zlata-čestica s debljinom listića zlata

promjer atomske jezgre 10promjer atomske jezgre 10-12-12 cm cm promjer atoma 10promjer atoma 10-8-8 cm cm

OTKRIĆE KANALNIH ZRAKAOTKRIĆE KANALNIH ZRAKA

Goldstein: postojeGoldstein: postoje

zrake koje se uzrake koje se u

Crookesovoj cijeviCrookesovoj cijevi

šire od anode išire od anode i

prolaze krozprolaze kroz

katodu ako jekatodu ako je

probušena poputprobušena poput

kanalakanala

pozitivno nabijene česticepozitivno nabijene čestice PROTONIPROTONI

cijev punjena vodikomcijev punjena vodikom

naboj jednak ali suprotannaboj jednak ali suprotannaboju elektronanaboju elektrona

specifični naboj (e/m) manji nego kod e-

masa puno veća od mase elektrona pozitivan naboj jednak, ali suprotan naboju

elektrona masa čestice jednaka masi vodika kanalne zrake: atomske jezgre vodika, koje je

Rutherford nazvao protonom Vodikov atom:1 proton (jezgra atoma) i 1 elektron

Rutherfordov atomRutherfordov atom

prisjetimo se Thomsonovog modela atoma...prisjetimo se Thomsonovog modela atoma...

““PROBLEM” U STRUKTURI ATOMA:PROBLEM” U STRUKTURI ATOMA:

VODIKVODIK HELIJHELIJ

1 proton1 proton 2 protona2 protona OMJER MASA TREBAO BI BITI 2 : 1 (elektrone zbog mase OMJER MASA TREBAO BI BITI 2 : 1 (elektrone zbog mase

zanemarimo)zanemarimo) U STVARNOSTI OMJER JE 4 : 1U STVARNOSTI OMJER JE 4 : 1 mora postojati još nekakav tip čestica u jegri atoma mora postojati još nekakav tip čestica u jegri atoma → James → James

Chadwick otkrio Chadwick otkrio NEUTRONENEUTRONE u eksperimentu bombardiranja tankog u eksperimentu bombardiranja tankog lista berilija lista berilija αα-česticama-česticama

OTKRIĆE NEUTRONA

Berilij bombardiran Berilij bombardiran αα-česticama emitira jak energetski tijek radijacije. Poput -česticama emitira jak energetski tijek radijacije. Poput γγ--zraka, ove zrake iznimno snažno prodiru, a budući da se ne otklanjaju kod prolaska zraka, ove zrake iznimno snažno prodiru, a budući da se ne otklanjaju kod prolaska kroz magnetsko polje, neutralne su. Međutim, za razliku od kroz magnetsko polje, neutralne su. Međutim, za razliku od γγ-zraka-zraka, ove zrake ne , ove zrake ne ispražnjuju nabijene elektroskope.  Irene Curie i njen suprug Frederic Joliot otkrili ispražnjuju nabijene elektroskope.  Irene Curie i njen suprug Frederic Joliot otkrili su da kad zraka ove radijacije pogodi tvar bogatu protonima, poput parafina, su da kad zraka ove radijacije pogodi tvar bogatu protonima, poput parafina, protoni bivaju izbačeni, što se lako detektira Geigerovim brojačem. protoni bivaju izbačeni, što se lako detektira Geigerovim brojačem.

MODELI ATOMA

ATOMSKI BROJ

SVAKI ATOM JEDNOG TE ISTOG ELEMENTA KARAKTERIZIRAN JE ODREĐENIM BROJEM PROTONA U JEZGRI. TAJ BROJ NAZIVAMO ATOMSKIM BROJEM (Z).

MASENI BROJ

MASENI BROJ (A) JE BROJ PROTONA I NEUTRONA U JEZGRI.

obični vodik (procij) teški vodik (deuterij) tricij

1 proton 1 proton 1 proton 0 neutrona 1 neutron 2 neutrona

IZOTOPI

•IZOTOPI SU ATOMI KOJIH JEZGRA SADRŽI ISTI BROJ PROTONA,IZOTOPI SU ATOMI KOJIH JEZGRA SADRŽI ISTI BROJ PROTONA,

ALI RAZLIČIT BROJ NEUTRONA.ALI RAZLIČIT BROJ NEUTRONA.

Ionizirajuće zračenje je oblik energije, poput svjetlosti ili topline. Uključuje čestice i zrake koje emitiraju radioaktivni materijali, zvijezde, visokonaposka oprema i nuklearni reaktori. Većina ionizirajućeg zračenja je prirodna pojava, a dio je proizvod ljudskih aktivnosti. Vrste ionizirajućeg zračenja koje su važne za zdravlje su:

alfa čestice beta čestice gama zrake X-zrake Alfa i beta čestice su subatomske čestice velike brzine koje

radioaktivni materijali emitiraju pri raspadu. Gama zrake i X-zrake su vrste elektromagnetskog zračenja. Ove čestice i zrake imaju dovoljno energije da pri sudaru izbace elektron iz ljuske atoma. Taj se proces naziva ionizacija, a zračenje koja ga uzrokuje ionizirajuće zračenje.

Alfa čestice         Alfa čestica identična je jezgri helija, a sastoji se od dva

protona i dva neutrona. To je relativno teška i visoko-energetska subatomska čestica sa pozitivnim nabojem +2 zbog svoja dva protona. Brzina alfa čestice u zraku je otprilike jedna dvadesetina brzine svjetlosti.

        Kad je omjer neutrona i protona u jezgri određenih atoma prenizak, oni emitiraju alfa česticu kako bi uspostavili ravnotežu. Naprimjer: polonij-210 ima 126 neutrona i 84 protona što je omjer od 1.50 naprema 1. Nakon radioaktivnog raspada emitiranjem alfa čestice, omjer postaje 124 neutrona naprema 82 protona ili 1.51 naprema 1. Budući da broj protona u jezgri određuje element, polonij-210 nakon emisije alfa čestice postaje olovo-206 koji je stabilan element.

-čestice Beta čestice su ekvivalentne elektronima. Razlika je u tome

što beta čestice potječu iz jezgre, a elektroni se nalaze u omotaču. Beta čestice imaju električni naboj -1. Masa beta čestice iznosi otprilike 1/2000 mase protona ili neutrona. Brzina pojedinačne beta čestice ovisi o tome koliko energije ima i varira u širokom opsegu.

Iako beta čestice emitiraju radioaktivni atomi, one same po sebi nisu radioaktivne. Njihova energija u obliku brzine nanosi štetu živim stanicama tako što razbija kemijske veze i stvara ione.

Emisija beta čestice događa se kada je omjer neutrona i protona u jezgri prevelik. Znanstvenici smatraju da se neutron transformira u proton i elektron, s tim da proton ostaje u jezgri, a elektron se izbacuje. Proces smanjuje broj neutrona za jedan i povećava broj protona za jedan i tako nastaje novi element. Beta čestica često je praćena i emisijom gama zrake. Nakon izbacivanja beta čestice jezgra još uvijek ima višak energije koju otpušta u obliku gama fotona.

X-zrake X-zrake su elektromagnetsko zračenje slično svjetlosti, ali s

višom energijom. Strojevi za generiranje X-zraka imaju vakuumiranu staklenu cijev na čijim krajevima su postavljene elektrode, negativna katoda i pozitivna anoda. Na elektrode je doveden visoki napon koji može biti u rasponu od nekoliko tisuća volti do nekoliko stotina tisuća volti. Razlika potencijala tada elektrone nakupljene na katodi ubrzava prema anodi te oni udaraju u metalnu ploču s velikom energijom. Pri sudaru s metalnom pločom elektrone će privući pozitivno nabijena jezgra atoma metala, pri čemu se smanjuje energija elektrona, tj. dolazi do emisije X-zraka, koje imaju veliku moć prodiranja.