MO 3 Chemie

Vývoj názoru na stavbu atomu

Demokritos a Leukippos (atomisté, Staré Řecko, 5. st. př.n.l.) = hmota se skládá z dále nedělitelných částeček = atomů (řec. atomos = nedělitelný); všichni vzdělaní Řekové však nepřijali tuto teorii, Aristoteles, tehdy uznávaný největší filozof ji zavrhl, a tak upadla v zapomenutí až do zač. 19. století

John Dalton

každý z prvků se skládá z nesmírně malých, dále nedělitelných, stejných atomů; (je tolik prvků kolik je různých atomů)

Joseph John Thomson

anglický fyzik; objev elektronu, protože atom je elektroneutrální, musí v něm mimo záporně nabitých elektronů být částice se stejně velkým nábojem kladným... pudinkový model

Experiment, kterým na to přišel

Skleněná trubička s vakuem a elektrodami, po průchodu el.proudu vznikl zářící proud částic, který se pohyboval ke kladné elektrodě...pojmenoval je ELEKTRONY Signup and view all the answers

Thomsonův „pudinkový model“

Thomsonův pudingový (statický) model atomu = atom je tvořen rovnoměrně rozloženou kladně nabitou hmotou, ve které jsou (jako rozinky v pudinku) rozptýleny záporně nabité elektrony Signup and view all the answers

Ernest Rutherford

anglický fyzik, žák Thomsona; Thomsonovu teorii vyvrátil na základě rozptylu radioaktivního záření α při průchodu tenkou zlatou fólií: ostřeloval tenkou zlatou fólii kladnými částicemi alfa a zjišťovali, jakým směrem se šíří po průchodu fólií. Zjistil, že většina částic prolétla prakticky beze změny směru, ale některé se od původního směru více nebo méně odchýlily. Nepatrný počet částic se dokonce vracel zpět. Signup and view all the answers

Rutherfordův planetární model

atom přirovnává ke sluneční soustavě; atom skládá z kladně nabitého jádra, kolem kterého obíhají záporně nabité elektrony v kruhových drahách obdobně jako planety obíhají Slunce, nedostatek = kroužící elektron by ztrácel energii a zanikl by dopadem na jádro Signup and view all the answers

James Chadwick

anglický fyzik; potvrdil Rutherfordův předpoklad, že v jádře existují i elektricky neutrální částice s hmotností přibližně rovnou hmotnosti protonu; za objev neutronu dostal Nobelovu cenu Signup and view all the answers

Niels Bohr

Bohrův model atomu; vysvětlil nedostatek Rutherfordova modelu pomocí kvantové teorie (zakladatel Max Planc, z r. 1900) - elektrony se pohybují po kružnicích (energetických hladinách); pro excitaci (i deexcitaci) je nutné dostat přesné množství E (z fotonů, E je nespojitá = skoková, ve formě kvant „balíčků E“ ) Signup and view all the answers

Bohrův model atomu (I. kvantově mechanický model atomu):

elektrony obíhají atomové jádro jen na některých dovolených drahách; elektrony při pohybu nevyzařují energii (vyzařování energie není spojité); energie může být vyzářena, resp. přijata, pouze při přechodu elektronu z jedné dráhy na druhou; FUNGUJE DOBŘE JEN U VODÍKU Signup and view all the answers

Arnold Sommerfeld

německý fyzik; průkopník rozvoje atomové a kvantové fyziky Signup and view all the answers

Kvantově mechanický model atomu

principy: 1.dualismus částic -elektron má mechanické i vlnové vlastnosti ⇒ korpuskulárně vlnový dualismus (fr. fyzik Louis-Victor de Broglie, 1924); 2.princip neurčitosti (německý fyzik Werner Heisenberg, 1927) - není možné určit přesný popis dráhy elektronu v atomu, jen pravděpodobný výskyt;; Stav částice elektronu je vyjádřen pomocí veličiny vlnové funkce ψ (psí) a je možné je vypočítat podle Schrödingerovy rovnice; Oblast, kde je nejvyšší pravděpodobnost výskytu elektronu – orbital Signup and view all the answers

Orbital

prostor v němž se předpokládá výskyt elektronu s pravděpodobností 90-95%, tvar rotačních těles, je popsán třemi kvantovými čísly (n,l,m) Signup and view all the answers

Schrödingerova kočka

Kočka je zavřena v krabici se zařízením sestávajícím ze vzorku radioaktivního materiálu a ampulkou s jedem (kyanovodík). Celá soustava pracuje takto: když se v radioaktivním vzorku rozpadne atom, je to zaregistrováno a zařízení uvnitř krabice rozbije ampulku s jedem a kočka zemře. Podle běžných měřítek je kočka buď živá nebo mrtvá, ale podle kvantové mechaniky je systém složený z krabice a jejího obsahu popsán vlnovou funkcí. Pokud přijmeme zjednodušující předpoklad, že systém může být pouze v jednom ze dvou kvantově mechanických stavů - kočka je živá nebo mrtvá - pak vlnová funkce systému obsahuje kombinaci těchto dvou možných a vzájemně se vylučujících pozorovaných událostí. Kočka je tedy živá i mrtvá zároveň, a to v každém časovém okamžiku. Dokud někdo neotevře víko krabice, aby se na kočku podíval, Schrödingerova rovnice říká, že časový vývoj existence kočky je matematicky popsán jako fyzicky (a fyziologicky) nepopsatelná kombinace obou zmíněných stavů. Tak jako elektron není ani vlna, ani částice do té doby, než provedeme příslušný experiment, nešťastná kočka není ani živá ani mrtvá do té doby, dokud se někdo nepodívá dovnitř. Signup and view all the answers

Kvantová čísla

Elektron– obyvatel činžovního domu; Pomocí kvantových čísel můžeme upřesnit, kde ho konkrétně budeme hledat (n, l, m) Signup and view all the answers

Hlavní kvantové číslo (n)

určuje základní energii orbitalu a nabývá hodnot celých kladných čísel; elektrony se stejným hlavním kvantovým číslem tvoří elektronovou sféru (vrstvu) el. obalu (n = 1 2 3 4 5 6 7 ... Sféra (vrstva, slupka): K L M N O P Q ...); největší energii mají valenční elektrony (v poslední vrstvě) – určují chemické a optické vlastnosti atomů (max. počet těchto elektronů je 8 = tzv. elektronový oktet); odpovídá číslu periody v níž se prvek nachází; Valenční elektrony (A podskupina) - 1 až 3 elektrony kovy-vodiče (Na, Cu, Al, Fe); 4 až 5 elektronů polovodiče (C,Si, Ge); • 6 až 7 elektronů nekovy- nevodiče (S, Br, Cl); 8 elektronů - netečné plyny (Ar,Ne,Xe) Signup and view all the answers

Vedlejší kvantové číslo (l)

určuje tvar orbitalu a energii, nabývá hodnot 0 až n-1; udává typ podslupky (podslupka = systém elektronů se stejnou hodnotou n a l ) – s, p, d, f; I = 0 - s; 1-p; 2-d; 3-f Signup and view all the answers

Magnetické kvantové číslo (m)

určuje prostorovou orientaci orbitalu vzhledem k osám souřadnic; - l ≦ m ≦ + l (včetně nuly); (l = 0 - 1 s-orbital; l = -1, 0, 1 - 3 p-orbitaly; l = - 2, -1, 0, 1, 2 - 5 d-orbitalů; l = -3, - 2, -1, 0, 1, 2, 3 - 7 f-orbitalů) Signup and view all the answers

Spinové kvantové číslo (s)

charakterizuje magnetický moment (vnitřní moment hybnosti), snáze představitelný jako „směr rotace elektronu“; s = + 1⁄2, - „pravotočivý“ ; - 1⁄2 - „levotočivý“; dva elektrony s opačným spinem vytvářejí v témže orbitalu elektronový pár Signup and view all the answers

Degenerované orbitaly

mají stejnou hodnotu n a l (stejnou energii), liší se pouze v m, např. 3p: 3px, 3py, 3pz Signup and view all the answers

Na co to všechno?

Kolik má atom elektronů a v jaké slupce rozhoduje o reaktivitě a typu vazby; seřazení orbitalů dle E (vzestupně) : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p; 7 vrstev el.obalu; Madelungovo pravidlo (vyšší E má orbital s vyšším součtem n+l) Signup and view all the answers

pravidla výstavby elektronových obalů atomů (zaplňování orbitalů elektrony):

řídí se 3 základními pravidly: 1. Pauliho princip; 2. Výstavbový princip; 3. Hundovo pravidlo Signup and view all the answers

Pauliho princip

v každém orbitalu mohou být maximálně 2 elektrony, které se liší spinem (ve čtverečku jsou max. dvě šipky opačného směru) Signup and view all the answers

Výstavbový princip

orbitaly s nižší energií se obsazují dříve než orbitaly s vyšší energií; energie orbitalů vzrůstá v pořadí : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f... Signup and view all the answers

Hundovo pravidlo

pro orbitaly o stejné energii (=degenerované orbitaly); platí: nejprve se obsadí každý z nich stejným spinem (stejný směr šipky!) a až potom se vytváří elektronové páry Signup and view all the answers

Znázornění orbitalů:

1.prostorovým tvarem – velmi náročné a nepraktické; 2.písmeny a čísly – např. 3s2 ( 3 –hlavní kvantové číslo, s-typ orbitalu, 2- počet elektronů); 3.graficky pomocí rámečků – s-orbital: 1, p-orbital: 3, d-orbital: 5, f-orbital: 7; opačný spin v témže orbitalu vyznačíme protisměrnými šipkami; elektronová konfigurace - popisuje uspořádání elektronů uvnitř el. obalu Signup and view all the answers

Excitovaný stav

dodáním energie menší než ionizační přejde atom ze stavu stacionárního do excitovaného (absorpcí tepla nebo fotonu); elektron se přesune do kvantové dráhy s vyšší energií. Signup and view all the answers

Valenční elektrony

= elektrony s nejvyšší energií, nacházejí se: 1. u nepřechodných prvků s-prvky - ns; p-prvky - ns a np; 2. u přechodných (d) prvků ns a (n-1)d; 3. f-prvky - ns, (n-2)f a (n-1)d; valenční elektrony se účastní chemických vazeb a tím určují chemické chování prvků Signup and view all the answers

Elektronová hustota

hodnota pravděpodobnosti výskytu elektronu v daném místě Signup and view all the answers

Historie PSP

zlom v 18. a 19. století -> snaha zařadit prvky do systému; Antoine Laurent de Lavoisier - 18. stol., kovy/nekovy; Jacob Berzelius - prvky do řady podle chemické reaktivnosti; Wolfgang Döbereiner - triády (trojice) atomová váha prostředního prvku triády se přibližně = arit. průměru atomových vah krajních členů triády, prostřední prvek nese vlastnosti krajních (S, Se, Te); (Cl, Br, I); Béguyer de Chamcourtois - „Zemský šroub“ = jeho práce - uspořádal prvky do šroubovice podle stoupajících atomových vah; Dmitrij Ivanovič Mendělejev (ruský vědec) - roku 1869 sestavil tehdy 63 známých prvků do periodické tabulky podle vzrůstající atomové hmotnosti (dnes protonové číslo) - podle podobných vlastností, nechal volná místa pro dosud neobjevené prvky a předpověděl jejich vlastnosti (Ga, Sc, Ge); Bohuslav Brauner (český vědec) - podílel se na pozdějších úpravách tabulky, stojí za českým názvoslovím, přítel Mendělejeva Signup and view all the answers

Periodický zákon

fyzikální a chemické vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí protonových čísel → vlastnosti prvků jsou závislé na Z, grafickým vyjádřením = dlouhá forma PSP (118 prvků); prvky - 7 vodorovných period (1,2,3,…7) + 18 svislých skupin (I.A - VIII.A; I.B - VIII.B); A skupiny: hlavní, nepřechodné prvky (s a p-prvky), B skupiny: vedlejší, přechodné prvky (d-prvky), vnitřně přechodné prvky - f-prvky, lanthanoidy (6. perioda; 14 prvků) + aktinoidy (7. perioda; 14 prvků); výskyt - 94 přirozeně, 24 jen laboratorně; kovy (80%), nekovy, polokovy Signup and view all the answers

Souvislosti mezi strukturou el obalu a chemickými a fyzikálními vlastnosti:

<ol> <li>Podobné chemické chování: podobné uspořádání vnějších (valenčních) elektronových vrstev - (alkalické kovy, kovy alkalických zemin, halogeny, vzácné plyny); 2. Stálost: nejstálejší (nejméně reaktivní) jsou atomy prvků s plně obsazenými valenč. vrstvami (vzácné plyny); 3. Reaktivita - nejreaktivnější - prvky, které svým uspořádáním el. obalu se nejvíce blíží k vzácným plynům; zastoupení nejrozšířenějších prvků v přírodě:</li> </ol> <ul> <li>O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti; hustota prvků: nejvyšší hustota - U, Np, Pu</li> </ul> Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP

<ol> <li>Atomový poloměr, 2. Iontové poloměry, 3. Ionizační energie, 4. Elektronová afinita, 5. Chování v magnetickém poli, 6. Acidobazické vlastnosti, 7. Radioaktivita, 8. Oxidační číslo = mocenství</li> </ol> Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 1. Atomový poloměr

s-prvky, p-prvky: - v periodě směrem doprava klesá (rostou přitažlivé síly jádra → drží obal více u jádra); ve skupině roste směrem dolů (zvyšuje se počet vrstev v obalu atomu); d-prvky: nepravidelnosti (vlivem konfigurace); f-prvky: tzv. lanthanoidová kontrakce (f elektrony tolik nestíní protony, působí tak větší silou na elektrony) Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 2. Iontové poloměry

kationty - menší než neutrální atomy (silnější náboj jádra); anionty - větší než neutrální atomy; velikost iontových poloměrů stoupá doleva dolů Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 3. Ionizační energie

ionizace = odtržení elektronu z elektroneutrálního prvku; ionizační energie = energie potřebná k odtržení nejvzdálenějšího elektronu (valenčního e-) od jádra; klesá shora dolů a zprava doleva (snaží se dosáhnout el. konfigurace vzácného plynu, na vzdálenější e- má jádro menší vliv); E, kJ/mol Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 4. Elektronová afinita

=množství E, které se uvolní (nebo dodá) při vzniku aniontu z elektroneutrálního atomu (EA, kJ/mol); EA stoupá zleva doprava, zespodu nahoru (nejvyšší u F); elektronegativita je empiricky nalezené číslo vyjadřující schopnost atomu prvku přitahovat vazebné elektrony kovalentní vazby (elektronegativní x elektropozitivní prvek): elektronegativní - nekovy, elektropozitivní - kovy Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 5. Chování v magnetickém poli

přítomnost nepárových elektronů ovlivňuje chování látek v magnetickém poli; paramagnetické látky - látky, které obsahují nepárové elektrony, zvyšují intenzitu magnetického pole, jsou vtahovány do magnetického pole; diamagnetické látky - jsou magnetickým polem odpuzovány, magnetizují se opačně - zeslabují intenzitu magnetického pole; ferromagnetické látky - vykazují magnetismus v nepřítomnosti vnějšího magnetického pole, příčinou je neúplně obsazená vnitřní vrstva (Fe, Co, Ni) Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 6. Acidobazické vlastnosti

více doprava a nahoru roste kyselost, vlevo dolů zásaditost, zásada, amfoterní, kyselina -> v periodě a ve skupině se vzrůstajícím protonovým číslem vzrůstá kyselost hydridů NH3 - H20 -HF, síla: rozhoduje vliv náboje a rozdílu elektronegativit: HF - HCl - HBr - HI; rozhoduje vliv délky vazby i přes opačný vliv elektronegativity Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 7. Radioaktivita

od protonového čísla 84 (Z > 83) Signup and view all the answers

Zákonitosti vyplývající z PSP - 8. Oxidační číslo = mocenství

= elektronový náboj, který by se nacházel na atomu prvku, kdybychom e- v každé vazbě, které vycházejí z daného atomu, přidělili elektronegativnějšímu atomu, značí se římsky, kladné oxidační číslo (I až VIII), nepřechodné: součet n+p elektronů, přechodné: součet n+d elektronů; záporné oxidační číslo (-I až -IV), 13. skupina: B, -III, 14. - 17. skupina: do získání konfigurace vzácného plynu Signup and view all the answers

Skupinové názvy prvků:

Alkalické kovy – I.A; Kovy alkalických zemin – II.A; Triely – III.A; Tetrely – IV.A; Pentely – V.A; Chalkogeny – VI.A; Halogeny – VII.A; Vzácné plyny – VIII.A; Lanthanoidy; Aktinoidy; Triáda železa – železo, kobalt, nikl; Prvky skupiny mědi – měď, stříbro, zlato; Transurany – prvky od Z=93 a více Signup and view all the answers