Budowa atomu

Rozmiary atomów o kulistym kształcie, są rzędu 10-7 m. Atomem o największym promieniu jest frans (87Fr).

W centralnej części atomu znajduje się jądro o bardzo małych rozmiarach (ok. 100 tys. razy mniejsze niż sam atom). Zawiera ono prawie całą masę (99,9%). Składa się ono z dodatnio naładowanych protonów oraz obojętnych elektrycznie neutronów. Komponenty jądra noszą nazwę nukleonów. Składniki te utrzymywane są dzięki siłom jądrowym. Tendencja do rozpadu rośnie w miarę wzrostu liczby protonów. Neutrony oraz protony mogą wymieniać ładunek między sobą na wskutek zderzeń. Energia związana z oddziaływaniami między składnikami jądra została określona jako energia wiązania jądra. Można wyznaczyć ją z różnicy masy przewidywanej np. w atomie helu (2p, 2n) wynoszącej 4,0319 u oraz doświadczalnej 4,0015 u. Wartość 0,03039 u nazwano defektem (inaczej niedoborem) masy. Energię wylicza się z równania Einsteina:

E = mc2

Jej wartość wskazuje na to jaka energia musi być dostarczona, by rozbić jądro albo jaka ilość jest wydzielona podczas jego tworzenia. Wzrost energii wiązania oraz defektu masy czyni jądro bardziej trwałe stabilne.

Wokół jądra znajdują się elektrony (cząstki naładowane ujemnie) w postaci gazu (chmury) elektronowej.

Pierwiastek charakteryzuje się dwoma liczbami:

Liczba atomowa jest równa ilości protonów znajdujących się w jądrze atomowym. Stanowi ona zarazem liczbę porządkową.

Liczba masowa stanowi sumę nukleonów jądra atomowego.

Pierwiastek jest zbiorem atomów o identycznej liczbie atomowej.

Pierwiastki mogą występować a postaci różnych izotopów (są to atomy danego pierwiastka o różnej masie, co spowodowane jest różną ilością neutronów wchodzących w skład jądra). Izotopy danego pierwiastka mają różne własności fizyczne, a zbliżone - chemiczne. Terminem nuklidy określa się rodzaj atomów o określonym jądrze, to znaczy o określonej liczbie protonów i neutronów w jądrze.

Masę atomową danego pierwiastka wyraża średni skład procentowy jego izotopów występujących w naturze:

gdzie:

%m1, %m2 - procentowy udział izotopów

A1, A2 - liczby masowe izotopów

Izotopy wodoru (ułożone według malejącej zawartości w przyrodzie):

1H, P - prot

2H, D - deuter

3H, T - tryt

Izobary posiadają identyczną liczbę masową, a różną atomową, zatem stanowią atomy różnych pierwiastków.

Przykład: 13H (tryt) oraz 23 He.

Izotony stanowią atomy różnych pierwiastków posiadających identyczną liczbę neutronów.

Układ okresowy pierwiastków

W 1869 rosyjski uczony, Dymitr Mendelejew uszeregował pierwiastki według wzrastających mas atomowych. W tak powstałej tablicy stwierdzi on pewną zależność: właściwości chemiczne oraz fizyczne powtarzają (zmieniają) się okresowo.

Struktura elektronowa atomów

Skład elektronowy atomu decyduje o jego właściwościach chemicznych. Umieszczone są one na powłokach oraz podpowłokach. Zapis rozmieszenia to konfiguracja elektronowa.

Poszczególne powłoki oznacza się za pomocą liter:

Nr powłoki

1

2

3

4

5

6

7

Symbol

K

L

M

N

O

P

Q

Podpowłoki opisuje się przy pomocy małych liter: s, p, d, f, g.

Znaczący wpływ mają tzw. elektrony walencyjne znajdujące się na końcowej powłoce.

W zależności od grupy pierwiastków elektrony walencyjne znajdują się na:

  • Ostatniej powłoce, dla grup 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17, 18

Przykład: 12Mg: 1s2 2s2p63s2

Przedostatniej i ostatniej powłoce, dla grup 3 - 12

Przykład: 23V: 1s2 2s2p6 3s2p6d3 4s2

Drugiej od końca, przedostatniej oraz ostatniej, dla aktynowców oraz lantanowców

Przykład: 64Gd: [Xe] f7 5s2p6d1 6s2

W zależności od występowania elektronów walencyjnych pierwiastki można podzielić na bloki:

  • Blok s - 1 i 2 grupa
  • Blok p - grupy 13 - 18
  • Blok d - grupy 3 - 12
  • Blok f - Aktynowce oraz Lantanowce
Promieniotwórczość

Zjawisko to polega na samorzutnym rozpadzie jąder atomowych pierwiastków radioaktywnych. Taka zdolność posiadają szczególnie pierwiastki o znacznych masach atomowych.

Rodzaje przemian:

Promieniowanie α

Jest charakterystyczne dla pierwiastków o liczbie masowej większej od 210. Proces ten można zapisać schematem:

Cząstka α stanowi jądro helu.

  • Promieniowanie ß-

Występuje w atomach zawierających więcej neutronów niż protonów. Przemianę tą można przedstawić jako:

Promieniowanie ß+

Taki rodzaj emisji występuje w izotopach promieniotwórczych wytworzonych sztucznie.

p - pozyton

Reakcje jądrowe są wynikiem zderzenia jądra z innym jądrem albo z cząstką elementarną, np.

Pierwiastki o nietrwałych jądrach mogą ulec rozczepieniu, np.

Niektóre jądra, należące zwłaszcza do pierwiastków lekkich mogą połączyć się (fuzja jądrowa), np.

Masy atomowe i cząsteczkowe

Masy atomów bądź cząsteczek wyrażone są w specjalnych jednostkach masy unitach [u]. 1u odpowiada 1/12 masie atomu węgla izotopu 12C. Przy obliczaniu stosuje się przeliczniki:

1 u = 0,166 * 10-23 g

1 g = 6,023 * 10 23 u

Masa bezwzględna jest podawana w gramach.

Masa atomowa danego pierwiastka jest wyrażona w jednostkach masy atomowe [u], stanowi masę atomu tego pierwiastka.

Masa cząsteczkowa danego pierwiastka jest wyrażona w jednostkach masy atomowe [u], stanowi masę cząsteczki tego pierwiastka.

Masa cząsteczkowa danego związku chemicznego wyrażona jest w jednostkach masy atomowe [u], stanowi masę tego związku, jest sumą składników wchodzących w skład związku.

Każda reakcja chemiczna podlega prawu zachowania masy, mówiącym, że masa substratów reakcji jest równa masie produktów tej reakcji.

W chemii wprowadzono jednostkę liczności materii w postaci mola. 1 mol substancji zawiera

6,02 x 1023 atomów albo cząsteczek (w zależności czy jest odpowiednio pierwiastkiem, czy związkiem chemicznym). Wartość 6,02 x 1023 została określona jako liczba Avogadro (NA).

Masa molowa danego pierwiastka równa jest masie atomowej, dla danego związku - masie cząsteczkowej.