•5. století př.nl. Demokritos Ø Filosofická teze o konečné dělitelnosti látek Ø Nejmenší nedělitelnou částicí je atom •První dekáda 19. stol. John Dalton Ø Daltonova atomová teorie Ø Látky se skládají z malých částic zvaných atomy. Atomy nelze vytvořit, zničit ani rozdělit. Ø Atomy jednoho prvku jsou stejné (mají stejnou hmotnost i vlastnosti). Ø Atomy různých prvků mají rozdílné vlastnosti a různou hmotnost. Ø Atomy se slučují na molekuly v poměrech malých celých čísel. •1897 Joseph John Thomson Ø Při studiu katodového záření objevuje elektron à atom přestává být považován za nejmenší částici hmoty Podrobněji •Thomsonův model atomu „pudinkový“ •Elektrony jsou rovnoměrně rozložené v atomu společně s kladným nábojem, takže výsledný náboj je 0 •Ernest Rutherford Ø 1909 Experimentálně objevuje atomové jádro Ø Ostřelování zlaté fólie alfa částicemi Ø Navrhuje nový (planetární) model atomu Ø Většina hmoty v malém jádře s kladným nábojem – •Niels Bohr Ø 1913 Navrhuje nový model atomu Ø Energie musí být kvantována a elektrony mohou obíhat jádro pouze v energeticky dovolených drahách Ø K přechodu mezi hladinami musí elektron přijmout/vyzářit příslušné množství E Ø Pomohl vysvětlit doposud neznámé chování některých atomových spekter •Kvantově mechanický model Ø Využívá poznatků kvantové mechaniky Ø Schrődingerova vlnová rovnice Ø Elektron se nepopisuje jako hmotný bod, ale pomocí vlnové funkce (pravděpodobnost výskytu) Ø Heisenbergovy relace neurčitosti Ø Podrobněji v dalších přednáškách Ø Zavedení pojmu orbital Ø Oblast s největší pravděpodobností výskytu elektronu v obalu •Kvantově mechanický model Ø Kvantová čísla Ø Hlavní Ø Vedlejší Ø Magnetické Ø Spinové •Kvantově mechanický model Ø Hlavní kvantové číslo elektronu Ø Popisuje energii elektronu v obalu Ø Dá se srovnat se vzdáleností elektronu od jádra Ø n = 1,2,3… Ø pro chemiky n = K,L,M… • •Kvantově mechanický model Ø Vedlejší kvantové číslo elektronu Ø Popisuje velikost momentu hybnosti Ø Dá se srovnat s tvarem orbitalu Ø l=0,1,2…n-1 Ø Pro chemiky l=s,p,d… Podrobněji •Kvantově mechanický model Ø Magnetické kvantové číslo elektronu Ø Popisuje složku momentu hybnosti Ø Dá se srovnat s prostorovou orientací orbitalu v magnetickém poli Ø m = -l,-l+1…0…l-1,l (-l≤m≤l) SàL=0 M=0 P-1àL=1 M=-1 D1àL=2 M=1 F-2àL=3 M=-2 •Kvantově mechanický model Ø Spinové kvantové číslo elektronu Ø Popisuje projekci spinu do osy Ø Spin je vnitřní moment hybnosti a nabývá hodnot 0, 1/2, 1, 3/2 … Ø Elektrony mají hodnotu spinu s = ±½ •Wolfgang Pauli Ø 1925 Formuluje vylučovací princip. Bylo mu 25 let. Ø Žádné 2 nerozlišitelné fermiony nemohou být současně ve stejném kvantovém stavu (nemohou mít shodná všechna kvantová čísla) Ø Fermiony jsou částice, které se řídí Pauliho vylučovacím principem Ø Mají poločíselný spin (proton, elektron, neutron..) Ø Bosony se jím neřídí Ø Mají celočíselný spin (foton, boson W,α částice…) •Výstavbový princip Ø Orbitaly s nižší energií se zaplňují dřív než orbitaly s vyšší energií Ø Orbitaly s nižším součtem n+l se zaplňují dřív Ø Pokud je součet shodný, přednost má ten s nižším n Ø 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f… •Hmotnosti Ø Molární hmotnost Ø SI jednotka kg/mol, ale lépe se pamatuje g/mol Ø Číselně je totiž totožná s relativní atomovou hmotností Ø Například Ar(1H) = 1,00797 Ø Mm(1H) = 1,00797 g/mol Ø •Stabilita Zeleně jsou vyznačeny stabilní izotopy, okrově ty nestabilní. •Dmitrij I. Mendělejev Ø 1869 – Seřadil prvky podle hmotnosti Ø Nové poznatky à úprava tabulky Ø Prvky ve skupinách (sloupce) = stejný počet valenčních elektronů, podobné chemické vlastnosti Ø Prvky v periodách (řádky) = stejné n Ø Z levého dolního do pravého horního roste elektronegativita Podrobněji •Rozdílnosti ve skupinách Ø Pravidlo podobných vlastností ve skupinách neplatí vždy Ø Ve skupinách mohou být i velmi významné fyzikální rozdíly. Jeden z nich ovlivňuje život na celé zemi Podrobněji •Prvky se mohou slučovat do molekul Ø Důvodem je minimalizace potenciální energie mezi atomy Ø Pokud jsou atomy moc blízko, převládá odpudivá síla nad přitažlivou Ø Naopak, když jsou moc daleko, je přitažlivá síla příliš slabá obr Potenciální energie jader prvků v závislosti na vzájemné vzdálenosti •1869 objev katodového záření (Hittorf) v upravených Geisslerových trubicích •Ohýbá se v mag. poli •Má záporný el. náboj • •Co to je? • zpět •1897 Thomsonův experiment zpět Tlak v trubici je minimální (minimalizace ztrát katodového záření) Napětí mezi anodou a katodou nám určuje rychlost katodového záření. Magnetické pole vychyluje svazek záření s poloměrem křivosti r. Při znalosti U,r,B jsme schopni určit poměr mezi Q a m záření. •Záporně nabytá částice získá v elektrickém poli potenciální energii E=Q U zpět •Víme, že se proud záření ohýbá po kružnici zpět •Po dosazení za rychlost / umocníme / ÷Q ×m zpět •Thomson vypočítal náboj katodového záření rovný kationtu vodíku •Hmotnost částice katodového záření vypočítal přibližně 1000x menší než atomu vodíku •Usuzoval, že se jedná o částici, která se nachází uvnitř atomu • • •Konec 1. dodatku zpět zpět Jedná se o abstraktní, neměřitelnou fy veličinu, která popisuje rotační pohyb (popisuje projev „hybnosti po kružnici“). Platí zákon zachování momentu hybnosti!!! Podrobněji bude vysvětleno na 7. přednášce (MRI) •Periodická tabulka prvků Ø Prvky ve stejné skupině („sloupci“) mají stejný počet valenčních elektronů. Proto většinou vykazují podobné chemické vlastnosti Ø Prvky v 18. skupině (vzácné plyny) mají zcela zaplněné všechny orbitaly. Mají nejvyšší ionizační energii a je velmi obtížné je ionizovat a dlouho nebyly známy jejich sloučeniny. Proto se jim říkalo inertní (netečné) prvky. Zpět •Ionizační energie prvků Zpět •Periodická tabulka prvků Ø Oproti tomu, prvky z 1. skupiny (alkalické kovy) mají ve valenční vrstvě 1 volný elektron, který je „nadbytečný“ oproti vysoce stabilní elektronové konfiguraci vzácných plynů a mají tendenci lehce se jej zbavovat. Proto je jejich ionizační energie minimální. Ø Všechny velmi rychle a bouřlivě reagují s vodou Zpět •Periodická tabulka prvků Ø Prvkům ze 17. skupiny (halogeny) chybí 1 elektron do elektronové konfigurace vzácných plynů. Proto se ho snaží získat což se projevuje na jejich vysoké elektronegativitě. Ø Jejich podobné reakce jsou zde –https://www.youtube.com/watch?v=u2ogMUDBaf4 – – –Konec 3. dodatku Zpět •Všechny prvky z 16. skupiny (chalkogeny) tvoří sloučeniny s vodíkem • • • • •Proč tak odlišná teplota u H2O? Zpět Molekula T tání [°C] T varu [°C] H2O 0 100 H2S -82 -60 H2Se -65 -41 H2Te -49 -2 •Vodíková vazba Ø Je slabší než iontová nebo kovalentní, ale silnější než ostatní vazby Ø Silně ovlivňuje teplotu tání a varu Ø Ke vzniku musí být přítomen vodík navázaný na silně elektronegativním prvku a další prvek s volným elektronovým párem Ø Na vodíku vzniká kladný parciální náboj, na který se může navázat elektron z nevazebného elektronového páru Zpět Zpět Konec 4. dodatku