Struktura hmoty

Hmota a energie

Ø Vše je tvořeno částicemi hmoty (látkou) a energetickými poli/silami, což znamená, že základní
strukturní prvky organického a anorganického světa jsou totožné.



Ø Živá hmota se liší od hmoty neživé pouze svým mnohem vyšším stupněm uspořádanosti.

Elementární částice hmoty

Ø  Elementární (tj. nemající vnitřní strukturu) částice hmoty jsou leptony a kvarky



Ø  Leptony – elektrony, miony, neutrina a jejich antičástice – lehké částice bez vnitřní struktury



Ø  Kvarky (u, c, t, d, s, b) – těžší částice bez vnitřní struktury



Ø  Hadrony – těžké částice tvořené kvarky, např. proton (u, u, d), neutron (d, d, u)



                         Čtyři základní interakce / energie / silová pole

Fotony

Ø Fotony – energetická kvanta elektromagnetického pole, nulová klidová hmotnost



Ø Energie (jednoho) fotonu: E = h.f = h.c/l

h je Planckova konstanta (6.62 x 10^-34 J.s),

f  je frekvence,

c rychlost světla ve vakuu

l vlnová délka

Částice a energetická kvanta pole

Částice látky a energetická kvanta mají schopnost vzájemné transformace (např. elektron-pozitronový
pár se transformuje ve dva fotony záření gama – tohoto jevu se využívá v zobrazení pomocí PET).

Kvantová mechanika

Chování souborů určitého druhu částic lze popsat rovnicemi, které se podobají rovnicím pro popis
vlnění.

Kvantová mechanika
tunelový jev:

Kvantová mechanika: Heisenbergovy relace (vztahy) neurčitosti

                                           dr.dp ≥ h/2p

                                           dE.dt ≥ h/2p



Poloha r a hybnost p částice nemohou být současně změřeny s na sobě nezávisející přesností
(jestliže neurčitost polohy částice – dr – je zmenšena, neurčitost hybnosti částice – dp –
automaticky roste). To stejné platí pro současné měření změny energie dE a času dt nutného pro tuto
změnu.

Schrödingerova rovnice
(k obdivování)

Řešení Schrödingerovy rovnice

Ø  Řešení Schrödingerovy rovnice pro elektron ve vodíkovém atomu vede k hodnotám energie
orbitálního elektronu.



Ø  Řešení Schrödingerovy rovnice často vede k číselným koeficientům, které určují možné hodnoty
energie. Tyto numerické koeficienty se nazývají kvantová čísla.

Kvantová čísla vodíku

Ø Hlavní  n = 1, 2, 3 …. (K, L, M, ….)

Ø Vedlejší – pro každé n   l = 0, 1, 2, …. n – 1 (s, p, d, f …)

Ø Magnetické – pro každé l     m = 0, ±1, ±2, …±l

Ø Spinové magnetické – pro každé m  s = ±1/2





Ø Pauliho vylučovací princip – v jednom elektronovém obalu atomu nemohou být přítomny dva nebo více
elektronů se stejnou kombinací kvantových čísel.

Ionizace atomů

Emisní spektra

Spektrum vodíku ještě jednou
fialová, modrozelená a červená čára
podle:
http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH07/FG07_
19.JPG

Excitační (absorpční) spektra atomů

Excitační (absorpční) spektrum molekul

Jádro atomu

Hmotnostní defekt jádra

= měřítko stability jádra:

                                   dm = (Z.m[p] + N.m[n]) - m[j]

Nuklidy

Ø nuklid – jádra se stejnými hodnotami A, Z a energie



Ø Izotopy - nuklidy se stejným Z ale různým A



Ø Izobary – nuklidy se stejným A ale různým Z



Ø Izomery – nuklidy se stejným Z a A, avšak s různou energií (např. Tc^99m používané při zobrazení
pomocí gama kamery)

Izotopové složení rtuti
% zastoupení izotopu v závislosti na A

Co je ještě nutné znát?

Ø Radionuklidy – nuklidy schopné radioaktivní přeměny





Ø Jaderný spin:

    Jádra mají vlastnost zvanou spin. Jestliže je hodnota spinu nenulová, jádra mají magnetický
moment, tj. chovají se jako malé magnety - NMR – nukleární magnetická resonanční spektroskopie a
zobrazení pomocí magnetické rezonance v radiologii jsou metody založené na této vlastnosti.

Autor:
Vojtěch Mornstein
Obsahová spolupráce:
Carmel J. Caruana
Grafika:
Lucie Mornsteinová
Poslední revize: březen 2008