Struktura hmoty

Hmota a energie

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



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



Ø  Pozn.: Tato přednáška nenahrazuje systematický výklad problémů kvantové fyziky!!☺

Elementární částice hmoty

Ø  Elementární (tj. nemající vnitřní strukturu) částice hmoty jsou leptony a kvarky. Jsou
označovány i jako základní částice.



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, chovají se někdy
jako částice



Ø Energie (jednoho) fotonu: E = hf = hc/l

h je Planckova konstanta (6,62·10^-34 J·s),

f  je frekvence,

c rychlost světla ve vakuu

l vlnová délka

Částice a energetická kvanta pole

Částice látky a energetická kvanta (fotony) mají schopnost vzájemné transformace (např. elektron a
pozitron se při tzv. anihilaci transformují 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

                                            drdp ≥ h/2p

                                            dEdt ≥ 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). h je Planckova konstanta. To stejné platí pro současné měření změny energie dE
a času dt nutného pro tuto změnu. (jde o zjednodušený zápis relací)

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

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 – má pásový charakter

Jádro atomu

Hmotnostní defekt jádra

= měřítko stability jádra:

                                    dm = (Zm[p] + Nm[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 v nukleární
medicíně)

Izotopové složení rtuti
% zastoupení izotopu v závislosti na nukleonovém (hmotnostním) čísle

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 (MR) v radiologii jsou metody založené na této vlastnosti.

Autor:
Vojtěch Mornstein
Obsahová spolupráce:
Carmel J. Caruana
Grafika:
Lucie Mornsteinová
Poslední revize a ozvučení: říjen 2020