STRUKTURA ATOMA

Dalton (1803)

Tomson (1904)

Raderford (1911)

Bor (1913)

Šredinger (1926)

STRUKTURA ATOMA

OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMA

Do početka XX veka važila je Daltonova atomska teorija o nedeljivosti atoma.

Karjem XIX i početkom XX veka došlo se do otkrića subatomskih čestica.

ELEKTRON

Tomson odredio specifično naelektrisanje elektrona

me= 1,76 ∙1011 C kg–1

Miliken odredio naelektrisanje elektrona

e = 1,602 ∙10–19 C 

PROTON

Tomson je otkrio da je vodonikov jon najmanja čestica sa pozitivnimnaelektrisanjem i da je verovatno prisutna u svim vrstama atoma. Ova čestica dobila je naziv proton (od grčke reči protos‐prvi). 

Dalton (1803)

Tomson (1904)

Raderford (1911)

Bor (1913)

Šredinger (1926)

Dalton (1803)

Tomson (1904)

Raderford (1911)

Bor (1913)

Šredinger (1926)

me = 9,109 ∙10–31 kgMasa elektrona

STRUKTURA ATOMA

OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMANakon otkrića elektrona i protona:

Tomsonov model atoma

Pozitivno naelektrisanje je ravnomerno raspoređeneo po celoj zapremini atoma i neutralisano je elektronima utopljenim u “moru pozitivnog elektriciteta”.

Dalton (1803)

Tomson (1904)

Raderford (1911)

Bor (1913)

Šredinger (1926)

Dalton (1803)

Tomson (1904)

Raderford (1911)

Bor (1913)

Šredinger (1926)

STRUKTURA ATOMA

OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMARaderfordov ogled: bombardovanje listića metala α‐česticama (2He2+)

Raderfordov model atomaPlanetarni model atoma

Dalton (1803)

Tomson (1904)

Raderford (1911)

Bor (1913)

Šredinger (1926)

Dalton (1803)

Tomson (1904)

Raderford (1911)

Bor (1913)

Šredinger (1926)

U slučaju ravnomerno raspoređenog pozitivnog i negativnog naelektrisanja, α‐čestice bi imale skoro pravolinijsku putanju uz malo skretanje pri prolazu korz listićmetala

Eksperiment je pkazao da pored α‐čestica koje ne menjaju pravac ili malo skreću, postoji i mali broj onih koje skreću pod uglom > 90 o.

Pozitivno naelektrisanje je skoncentrisano na malom prostoru atoma – jezgro atoma.

Elektroni kruže oko jezgra.Rutherford.exe

4

STRUKTURA ATOMA

OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMA

NEUTRON

Čedvik je 1932. otkrio čestice koje su nenaelektrisane i imaju masu približno jednaku masi protona. Dobile su naziv neutron. 

Atom je složena čestica i sastoji se iz elektrona, protona i neutrona.

Jezgro atoma(protoni i neutroni)

Elektroni

~ 10 – 10 m

~ 10 – 14 m

nukleoni

Čestica Simbol Masa, kg Naelektrisanje, C

Proton p 1,672 10‐27 + 1,602 10‐19

Neutron n 1,674 10‐27 0 0

Elektron e 9,109 10‐31 ‐ 1,602 10‐19

STRUKTURA ATOMA

IZOTOPI

Atomski broj (redni broj) – broj protona u jezgruZ

Maseni broj – broj protona i neutrona u jezgruA

A = Z + N

Nuklearni simbol elementa  X XAZ

Broj neutrona u jezgruN

Hemijski element se sastoji od atoma istog atomskog broja, Z.

Z određuje položaj elementa u Periodnom sistemu elemenata i predstavlja broj protona, odnosno elektrona.

STRUKTURA ATOMA

IZOTOPI

Nuklearni simbol izotopa vodonika protijuma, deuterijuma i   tricijuma

H11 H21 H31

Jednaki atomski broj = vodonik = H

Različiti maseni broj = IZOTOPI vodonika

STRUKTURA ATOMA

IZOTOPI

IZOTOPI ‐ atomi koji sadrže isti broj protona, a različit broj neutrona.‐ razlikuju se po masi, ali imaju ista hemijska svojstva.

He32

IZOTOPI HELIJUMA

Broj protona = Z = 2

Broj neutrona = A – Z = 1

He42

Broj protona = Z = 2

Broj neutrona = A – Z = 2

STRUKTURA ATOMA

IZOTOPI Još neki primeri izotopa

Element  Simbol Atomski broj

(Z)Maseni broj

(A)Zastupljenost

(%)

H 1 1 99,985

D 1 2 0,015Izotopi vodonika

T 1 3 nepostojan (radioaktivan)

16O 8 16 99,75917O 8 17 0,037

Izotopi kiseonika

18O 8 18 0,204234U 92 234 0,0055235U 92 235 0,7200

Izotopiurana

238U 92 238 99,2745

STRUKTURA ATOMA

IZOTOPI

Dolazi do transmutacije elemenata (pretvaranja jedne atomske vrste u drugu) i gubitka mase koja se pretvara u energiju

C96 C106 C11

6 C126 C13

6 C146 C15

6 C166C96C

96 C10

6C106 C11

6C116 C12

6C126 C13

6C136 C14

6C146 C15

6C156 C16

6C166

Jedini stabilni izotopi

Nestabilni izotopi se vremenom spontano raspadaju ‐ RADIOAKTIVNOST

Praćeno oslobađanjem:α‐čestica (He2+),β‐čestica (elektroni),γ‐zraka (elektromagnetno zračenje malih λ ).

STRUKTURA ATOMA

IZOTOPI

Pojas stabilnosti jezgara atoma

Stabilnost jezgra zavisi od odnosa brojaprotona i neutrona.‐ za lakša jezgra (do Z = 20) optimalno je Z = N‐ za teža jezgra optimalno je Z < N (N = 1,5Z)

STRUKTURA ATOMA

SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA

Porast energije

Porast energije Porast talasne dužine

Elektromagnetno zračenje je talasne prirode

λ∙ν = cνc

λ =

Vidljiva oblast

STRUKTURA ATOMA

Maks Plank kvantna priroda zračenja

E =  h ∙ν

OSNOVNE POSTAVKE KVANTNE TEORIJE

Intenzitet emitovan

og zračenja

Talasna dužina, nm

Ultarljubičasta katastrofa

Spektar zračenja crnog tela

Energija kvanta zavisi od frekvencije

Energija koja se emituje može biti samo celobrojni umnožak kvanta

E = n∙ h ∙ν n = 1, 2, 3 ,... 

Energija koju zrači atom koji osciluje je diskontinualna.Emituje se u kvantima energije.

h = 6,626∙10–34 Js Plankova konstanta

STRUKTURA ATOMA

Albert Ajnštajnfotoelektrični efekat

OSNOVNE POSTAVKE KVANTNE TEORIJE

UpadnaEvakuisanaposuda

Pločica odfotoosetljiviogmetala

Elektron

Anoda

Galvanometar

ν < νo‐ Za  nema emisije elektrona‐ Broj emitovanih elektrona ∼ intenzitetu svetlosti‐ Kinetička energija elektrona ∼ ν

Ajnštajnova pretpostavka:‐ svetlost se emituje u “česticama energije” (fotoni)

E = h ∙ν

Nema emitovanih elektrona

700 nm 550 nm 440 nm

Metal

vmax = 2,96∙105m/s

vmax = 6,22∙105m/s

svetlost

STRUKTURA ATOMA

Albert Ajnštajnfotoelektrični efekat

OSNOVNE POSTAVKE KVANTNE TEORIJEAjnšatajnova pretpostavka:‐ svetlost se emituje u “česticama energije” (fotoni)

E = h ∙ν

2vm

Ei +=h ∙ν = Ei + EkEi – izlazni rad elektronaEk – kinetička energija elektrona

Energija potrebna da se izbaci elektron (Ek = 0) E = Ei = h ∙νo

Ek = hν – EiSa porastom ν (opada λ)

raste i kinetička energija e–.

2

Nema emitovanih elektrona

700 nm 550 nm 440 nm

Metal

vmax = 2,96∙105m/s

vmax = 6,22∙105m/sν < νo

STRUKTURA ATOMA

Porast energije

Porast energije Porast talasne dužine

Porast energije

Porast energije Porast talasne dužine

ATOMSKI SPEKTRI

Intenzite

t emito

vano

g zracenja

Talasna dužina, nm

Intenzite

t emito

vano

g zracenja

Talasna dužina, nm

KONTINUALNI SPEKTRI

Supstance u gasovitom stanju daju LINIJSKE SPEKTRE

Talasna dužina

Vidljiva oblast

Talasna dužina

STRUKTURA ATOMA

ATOMSKI SPEKTRI

Cev sa pobuđenim H2

gasom

Sočivo

Uski prorez Uzani snop svetlosti

Prizma

Ekran

STRUKTURA ATOMA

SPEKTAR ATOMA VODONIKA

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

22

1211

nR

λ ∞Ridbergova jednačina

Zavisnost talasnih dužina linija u atomskom spektru vodonika opisuje:

n > 2

R∞ ‐ Ridbergova konstanta

Poreklo spektralnih linija u atomskom spektru vodonika razrešio je Nils Borpostavljajući kvantno‐mehanički model atoma.

n – ceo nroj

u vidljivoj oblasti spektra

STRUKTURA ATOMA

BOROV MODEL ATOMA VODONIKA

PRVI BOROV POSTULAT

Elektron se oko jezgra kreće po kružnoj putanji – orbiti,pri čemu ne emituje i ne apsorbuje energiju.Orbita najbliža jezgru – stacionarno energetsko stanje elektrona. 

(mv) (2rπ) = nh

Impulselektrona

Dužinaorbite

Celobrojni umnožak Plankove konstante

Prvi kvantni uslov

πh2

=ħ Borova jedinica mvr = nħ

STRUKTURA ATOMA

Izjednačavanjem centripetalne i Kulonove sile elektrostatičkog privlačenjauz korišćenje mvr = nħ Bor je dobio:

BOROV MODEL ATOMA VODONIKA

kmenrn 2

22= ħ

ħ

rn = n2 r1

Poluprečnik bilo koje orbite

Za n = 1

kvantni brojglavni kvantni broj

r1

r2= 4r1

r3= 9r1

r4= 16r1

proton

pm9522

2

1 ,kme

r ==

STRUKTURA ATOMA

Energija elektrona je jednaka zbiru kinetičke (kruženje elektrona oko jezgra) i potencijalne energije (položaj elektrona u odnosu na jezgro). Bor je dobio da je:

BOROV MODEL ATOMA VODONIKA

2nRhc

E −=nEnergija ektrona na bilo kojoj orbiti

R – konstanta proporcionalnosti R = R∞ = 1,09677 ∙107 m–1

Za n = 1 E1 = – 2,1788 ∙10–18 J Energija potrebna da se atom jonizuje

(energija potrebna da se ukloni e– sa prve orbite)

ENERGIJA JONIZACIJE (Ei)

Za 1 mol H Ei(H) = – E1 = 2,1788 ∙10–18 J ∙ 6,022∙1023 mol–1 = 1312 kJ mol– 1

STRUKTURA ATOMAEn

ergija

21

nE

En =

BOROV MODEL ATOMA VODONIKA

Za n →∞ E → 0

Kvan

tni broj

E1 = – 2,18∙10–18 J 

E2 = E1/4 = – 5,45∙10–19 J 

E3 = E1/9 = – 2,42∙10–19 J 

E4 = E1/16  E5 = E1/20  E6 = E1/36  

Osnovno stanje e–

STRUKTURA ATOMA

ΔE = hν

BOROV MODEL ATOMA VODONIKA

DRUGI BOROV POSTULATElektron može da apsorbuje ili emituje energiju samo ako je ispunjen drugi kvantni uslov:

E3 – E2 = ΔE = hνE3 – E2 = ΔE = hν

E3 – E2 == – 146 – (–328) == 182 kJ mol–1

emisija

Emituje se zračenjekarakteristično za dati prelaz 

apsorpcija

STRUKTURA ATOMA

BOROV MODEL ATOMA VODONIKA

DRUGI BOROV POSTULATElektron može da apsorbuje ili emituje energiju samo ako je ispunjen drugi kvantni uslov:

Osnovno stanje Osnovno stanjePobuđeno stanje

Apsorbovnaenergija

Emitovanaenergija

/mol /mol

STRUKTURA ATOMA

BOROV MODEL ATOMA VODONIKABor je izveo jednačinu:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

111

pk nnR

λ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

I 11Δ

pk nnRE

ΔE = (hc)/λ

nk = 2

Ukoliko se posmatraju nivoi

i np > 2 

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

1211

nR

λn > 2

dobija se Ridbergova jednačina

R = R∞ = 1,09677 ∙107 m–1

STRUKTURA ATOMA

BOROV MODEL ATOMA VODONIKA⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

111

pk nnR

λ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

1111

pnR

λ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

1211

pnR

λ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

1311

pnR

λ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

1411

pnR

λ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 22

1511

pnR

λ

Lajman

Balmer 

Pašen  

Breket   

– 1312 kJ mol–1

– 328 kJ mol–1

– 146 kJ mol–1

– 82 kJ mol–1Pfund  

Lajmanova serijank = 1 i np >1

Balmerovank = 2 i np >2

Pašenova serijank = 3 i np >3

Breketova serijank = 4 i np >4

Pfundova serijank = 5 i np >6

STRUKTURA ATOMA

KVANTNI BROJEVI

Prvi ili glavni kvantni broj, n

Određuje glavni energetski nivo i udaljenost od jezgra.

Vrednosti glavnog kvantnog broja  n = 1, 2, 3,...

Elektroni sa istom vrednošću n su u istoj elektronskoj ljusci.

2nRhc

E −= rn = n2 r1

n 1 2 3 4 5 6 7

Elektronska ljuska K L M N O P Q

Maks. broj elektrona 2 8 18 32 32 18 8

STRUKTURA ATOMA

Drugi ili orbitalni kvantni broj, l

Zomerfeld je uveo drugi kvantni broj kao objašnjenje cepanja spektralnih linija.

Definiše oblik putanje elektrona i broj energetskih podnivoa.

Nedostaci Borovog modela atoma:‐ elektroni istog glavnog energetskog nivoa imaju isti sadržaj energije,‐ elektronske orbite su kružnog oblika.

Drugi ili azimutski kvantni broj, k, sa vrednostima od 1 do n.

k = n – kružna putanja

k < n – eliptična putanja

Za n = 4,  k = 1, 2, 3, 4

STRUKTURA ATOMA

Definiše oblik putanje elektrona i broj energetskih podnivoa.

l = 0, 1, 2,..., (n – 1) 

Oznaka k je zamenjena oznakom l, a naziv je promenjen u orbitalni kvantni broj.

Vrednosti orbitalnog kvantnog broja:

za n = 1,     l = 0

za n = 2,     l = 0  ili 1

za n = 3,     l = 0, 1  ili  2

za n = 4,     l = 0, 1, 2  ili  3

Drugi ili orbitalni kvantni broj, l

Svaki nivo, određen glavnim kvantnim brojem n, ima n podnivoa.

STRUKTURA ATOMA

Različiti oblici putanja elektrona (različiti orbitalni kvantni brojevi) dobili su posebne nazive.

s – sharp (oštra)p – principal (glavna)d ‐ diffuse (difuzna)f – fundamental (osnovna)

Oznaka podnivoa za prva 4 glavna kvantna broja

Drugi ili orbitalni kvantni broj, l

Vrednost, l Oznaka putanje

0 s1 p2 d3 f

n 1 2 3 4

l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3podnivo 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f

STRUKTURA ATOMA

Treći ili magnetni kvantni broj,   ml

Uveden radi objašnjenja Zemanovog efekta (razdvajanje spektralnih linija pod uticajem spoljašnjeg magnetnog polja).

ml = –l, –(l – 1),..., – 1, 0, 1, ..., (l –1), l

Magnetni kvantni broj određuje pod‐podnivoe i pokazuje usmerenost orbite u prostoru.

Vrednosti magnetnog kvantnog broja:

Degenerisani nivoi – u njima se nalaze elektroni sa istim sadržajem energije (isti n i l).

U magnetnom polju degenerisani nivoi se razdvajaju na pod‐podnivoe.

l = 2

Svaki podnivo (određen kvantnim brojem l) ima 2l +1 pod‐podniva.

STRUKTURA ATOMA

Četvrti ili spinski kvantni broj,   ms

Objašnjenje pojave dubleta spektralnih linija. 

Elektron

Orbitni magnetni momenat

Spinski magnetni momenat (spin elektrona) 

s =1/2 ħ s = – 1/2 ħ

Paralelan spoljašnjem 

magnetnom polju

Antiparalelan spoljašnjem 

magnetnom polju

ms = –1/2,  1/2

Vrednosti spinskog kvantnog broja:

STRUKTURA ATOMA

PAULIJEV PRINCIP ISKLJUČENJA

U atomu ne mogu postojati dva elektrona sa jednakim kvantnim brojevima.

Prvi energetski nivo

n = 1 l = 0

ml = 0ms = – 1/2 

ms = + 1/2 

2 e–

Drugi energetski nivo

n = 2

l = 0

l = 1 ml = 0

ml = 1 

ml = – 1

ml = 0ms = – 1/2 

ms = + 1/2 

ms = – 1/2 ms = + 1/2 

ms = – 1/2 ms = + 1/2 

ms = – 1/2 ms = + 1/2 

8 e–

Maksimalan broj elektrona na podnivoima: s – 2, p – 6, d – 10, f – 14.

STRUKTURA ATOMA

PAULIJEV PRINCIP ISKLJUČENJA

n 1 2 3 4 5 6 7Ljuska K L M N O P QMax. broj e– 2 8 18 32 32 18 8

Maksimalan broj elektrona na podnivou Nivo n Broj e–

s p d f1 2 2 ‐ ‐ ‐2 8 2 6 ‐ ‐3 18 2 6 10 ‐4 32 2 6 10 14

Maksimalan broj elektrona na energetskom nivou: 2n2.

Maksimalan broj elektrona na podnivoima: s – 2, p – 6, d – 10, f – 14.

Nivoi se popunjavaju elektronima po složenijim 

pravilima.