Chemické látky, zloženie a štruktúra atómu

1. maturitná téma

Chemické látky, zloženie a štruktúra atómu

· Vysvetlite pojem prvok
Prvok je súbor atómov s rovnakým protónovým číslom Z. Napríklad prvok draslík je súbor atómov, ktorých protónové číslo Z = 19. Atómy toho istého prvku môžu mať rôzne nukleónové čísla A. Napríklad prvok draslík tvoria atómy draslíka s nukleónovým číslom
A = 39, A = 40, A = 41 (atómy draslíka sa odlišujú počtom neutrónov v jadre)

· Charakterizujte pojmy atómová hmotnosť, molekulová hmotnosť, látkové množstvo, mólová hmotnosť
- hmotnosť atómu je jednou z jeho základných charakteristík, označuje sa m
- hmotnosť jedného atómu chemického prvku je veľmi malá (10-24 až 10-27), vyplýva z počtu protónov, neutrónov a elektrónov, ktoré sa nachádzajú v atóme
- keďže neexistujú váhy na presné odváženie jedného atómu, bol zavedený nový spôsob vyjadrenia hmotnosti atómov a molekúl – hmotnosť vieme určiť v porovnaní s iným atómom
= pomerná (relatívna) atómová hmotnosť
- za porovnávací štandard hmotností bola zvolená atómová hmotnostná konštanta - mu
mu = m(12C)/12
mu = 1,6605 .10-27 kg = 1,6605 . 10-24 g

- relatívna atómová hmotnosť Ar je pomer priemernej hmotnosti atómov istého prvku m a atómovej hmotnostnej konštanty mu
- Ar je bezrozmerné číslo

Ar = m(X) / mu

= pomerná (relatívna) molekulová hmotnosť Mr je pomer strednej hmotnosti molekuly istej zlúčeniny k atómovej hmotnostnej jednotke

Mr = m molekuly / mu

- Mr je bezrozmerné číslo, ktoré udáva, koľkokrát je hmotnosť molekuly väčšia ako hmotnosť štandardu, t.j. mu
- Mr možno vypočítať ako súčet relatívnych atómových hmotností všetkých atómov tvoriacich molekulu

- na vyjadrenie veľkého počtu častíc (atómov, molekúl, iónov, elektrónov...) v látke sa zaviedla veličina látkové množstvo n, ktorej jednotkou je 1 mol

- 1 mol látky obsahuje toľko základných častíc, koľko atómov uhlíka je presne v 12 g nuklidu 12C
- 1 mol = 6,022 . 1023 častíc –– Avogadrovo číslo/ konštanta NA

- 1 mol molekúl ľubovoľného plynu zaberá pri normálnych podmienkach (0°C a 101,3 kPa) objem 22,41 dm3 (Vm = 22,41 dm3 mol-1)

- hodnotu látkového množstva n vyjadríme
n = N/NA
- N je celkový počet častíc v sústave a NA počet častíc v látkovom množstve 1 mol

alebo n = m (kg) / M (kg.mol-1)
- m je celková hmotnosť častíc danej látky, M je hmotnosť 1 molu tejto látky – molová hmotnosť
- molová hmotnosť M je hmotnosť častíc, ktorých látkové množstvo je jednotkové (M je hmotnosť 1 molu látky)
M = m/n
- udáva sa v jednotkách kg.mol-1 alebo g.mol-1

· Objasnite zloženie a štruktúru atómového jadra a elektrónového obalu
JADRO ATÓMU
Atómové jadro je zložené z mikročastíc, z ktorých najdôležitejšie sú protóny a neutróny - tieto časti nazývame nukleóny. V jadre je sústredená skoro celá hmotnosť atómu, polomer jadra je 5.10-15 m.
Protón p+ je mikročastica, ktorá je nositeľom elementárneho kladného náboja. Náboj protónu je najmenší známy elektrický náboj a nazýva sa elementárny náboj
(el. náboje protónu a elektrónu majú rovnakú veľkosť, odlišujú sa len znamienkom)
- všetky atómy obsahujú v jadre protóny, ich počet je charakteristický pre každý prvok
- atómy sú navonok elektroneutrálne, počet protónov v jadre sa rovná počtu elektrónov v obale
- počet protónov jadre atómu udáva protónové číslo Z, ktoré sa zhoduje s poradovým čslom prvku v periodickej sústave prvkov
Neutrón n je elektricky neutrálna mikročastica, ktorá sa hmotnosťou približnevyrovná protónu.
- počet protónov a neutrónov v jadre udáva nukleónové číslo A

ELEKTRÓNOVÝ OBAL
- môže obsahovať jeden alebo viac elektrónov
Elektrón e- je mikročastica, ktorá je nositeľom elementárneho záporného náboja, jeho hmotnosť v porovnaní s hmotnosťou protónu alebo neutrónu je zanedbateľne malá
- elektrón ma dvojaký – dualistický charakter = vlnovo-časticový (vlnovo-korpuskulárny) charakter, t.z. za experimentálnych podmienok sa správa ako častica, za iných ako vlnenie
- nemožno s rovnakou presnosťou určiť, kde sa elektrón v danom okamihu nachádza a a kou rýchlosťou sa pohybuje
- oblasť s najväčšou pravdepodobnosťou výskytu elektrónov v okolí jadra atómu nazývame orbitál
- vlastnosti každého elektrónu charakterizujú 4 kvantové čísla

· Charakterizujte stav elektrónu kvantovými číslami
Hlavné kvantové číslo – n
- vyjadruje energiu orbitálu a jeho veľkosť, nadobúda hodnoty 1 až 7
- orbitály s rovnakou hodnotou hlavného kvantového čísla tvoria jednu elektrónovú vrstvu
- elektrónové vrstvy sa podľa hodnoty n označujú veľkými písmenami K, L, M, N, O, P, Q

Vedľajšie kvantové číslo – l
- vzťahuje sa na určité hlavné kvantové číslo n, nadobúda hodnoty od 0 do (n-1)
-udáva tvar orbitálu a pri viacelektrónových atómoch aj energiu orbitálu
Orbitály, ktoré majú:
l = 0, nazývame s orbitály
l = 1, nazývame p orbitály
l = 2, nazývame d orbitály

Magnetické kvantové číslo – ml
- udáva smerovú orientáciu orbitálu v magnetickom poli, vzťahuje sa na vedľajšie kv. číslo, nadobúda hodnoty –l ..0... +l , teda celkom (2l + 1) hodnôt
l = 0, ml = 0 zodpovedá jednému orbitálu typu s
l = 1, ml = -1,0,+1 zodpovedá trom orbitálom typu p
l = 2, ml = -2,-1,0,+1,+2 zodpovedá piatim orbitálom typu d

Spinové kvantové číslo - ms
- skrátene nazývané spin, môže mať len dve hodnoty: -1/2 a +1/2
- v jednom orbitále určenom tromi kvantovými číslami môžu byť maximálne dva elektróny líšiace sa hodnotou spinové čísla, ktoré tvoria elektrónový pár