You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
9. OTKRIĆE STRUKTURE ATOMA<br />
•Demokrit-atomi-nedjeljiv<br />
•Daltonova atomska teorija i Avogadrova hipoteza o molekulama -<br />
do sredine 19. stoljeća<br />
•Daltonovi potulati<br />
•Atomska jezgra i elektronski omotač<br />
•promjer <strong>atoma</strong> 10 4 veći od promjera jezgre<br />
•u jezgri sva masa <strong>atoma</strong><br />
•masa elektrona 1/2000 mase protona<br />
promjer<br />
masa<br />
ATOM<br />
atomska jezgra<br />
10 -14 m<br />
99.95 % mase<br />
<strong>atoma</strong><br />
elektronski<br />
omotač<br />
10 -10 m<br />
zanemariva<br />
1
9.1 Struktura materije-elektron<br />
• H. Davy, J.J. Berzelius i M. Faraday - kemijski spojevi mogu<br />
razložiti na elemente utjecajem električne struje<br />
• za dobivanje 1.008 g vodika H 2<br />
mora upotrijebiti količina struje od<br />
96500 kulona (C)<br />
1 C = 1 A × s<br />
• 1,008 g vodika sadrži 6,022·10 23 <strong>atoma</strong> za koju je vezana ista<br />
količina struje od 96485 C<br />
• svaki pojedini atom vodika vezana tačno određena količina<br />
struje 96485 C<br />
−19<br />
= 1.602· 10<br />
23<br />
6,022· 10<br />
• 1891. Stoney elementarna jedinica struje - elektronom.<br />
2
9.1 Struktura materije-elektron<br />
•J.J.Thomson 1897. g.<br />
•Otkriće elektrona i njegovog ponašanja omogućeno je otkrićem katodne<br />
cijevi (Braunova , 1887)<br />
•Katoda - negativno nabijena elektroda<br />
•Anoda - pozitivno nabijena elektroda<br />
•katodne zrake<br />
•Braunova<br />
(Crooksova) cijev<br />
•J.J.Thomson odredio je brzinu kretanja katodnih zraka i odnos<br />
između naboja i njihove mase, e/m , tzv. specifični naboj<br />
•Plinovi su izolatori<br />
•Kada se iz cijevi ukloni plin struja teče<br />
•Negativno nabijene čestice (elektroni) emitiraju se sa katode i putuju prema<br />
pozitivnoj anodi-katodne zrake<br />
•Rupa na anodi omogućava prolaz elektronima kroz nju<br />
3
•Kraj cijevi premazan fluorescentnim materijalom (ZnS), koji pokazuje emisiju<br />
svjetla kada elektroni padnu na njega<br />
•Kondenzatorske ploče i magnet omogućavaju djelovanje električnog i<br />
magnetnog polja na zrake<br />
•Električnim poljem (E) uravnotežava se magnetno polje (B)<br />
•B×e×v = E×e → v = E / B= 5 x 10 7 m/s (1/6 brzine svjetlosti)<br />
•Ako je napon u katodnoj cijevi U, elektron u električnom polju ima<br />
energiju eU koja se pretvara u kinetičku energiju:<br />
•eU = m v 2 /2 → e/m = v 2 / 2U Specifični naboj: naboj po jedinici mase<br />
•5 x 10 7 m/s (1/6 brzine svjetlosti); napon se mjeri voltmetrom<br />
•Thomson: bez obzira na plin u cijevi i bez obzira na materijal katode<br />
e / m e = 1.7589 x 10 8 C / g<br />
•elektrolizom vode : za 1.008 g vodika potrebno 96485 C<br />
•e / m H = 95718 C / g<br />
•masa elektrona je 1837 puta manja od mase vodika<br />
•Millikan je eksperimentom s uljnim kapljicama odredio naboj elektrona<br />
•e = 1.6 x 10 -19 C te je m e = 9.1 x 10 -31 kg<br />
4
9.2 Otkriće rendgenskih zraka i radioaktivnosti<br />
• neophodno za otkriće protona<br />
• Röntgen 1895 otkrio je nevidljive zrake u Crooksovoj cijevi koje<br />
izazivaju flurescenciju, prolaze kroz materiju, zacrne fotografsku<br />
ploču, izbijaju nabijeni elektroskop, a magnet ih ne otklanja<br />
• nazvao ih je X-zrakama ili rendgenskim zrakama (x-nepoznanica)<br />
• valna duljina 0.01 do 1 nm<br />
• porijeklo x-zraka<br />
•Nastaju u rendgenskoj cijevi<br />
•Nasuprot katode nalazi se antikatoda (bakar)<br />
•Sudarom elektrona visoke energije s antikatodom nastaju rendgenske<br />
zrake koje se šire u prostor s antikatode<br />
5
• H. Becquerel (1896.) - uranove rude i spojevi zrače<br />
• Marie i Pierr Curie (1898.) izolirali polonij i radij<br />
• Pojavu isijavanje zraka M. Curie nazvala je radioaktivnošću<br />
• Ernest Rutherford otkrio je da se u radioaktivnom zračenju nalaze α i<br />
β zrake , a P. Villard γ-zrake<br />
• Ispitivanja radioaktivnog zračenja u magnetnom polju (otklon)<br />
• α - zrake pozitivno nabijene (He) (Rutheford) (čestice)<br />
• β - zrake negativno nabijene (struja elektrona) (čestice)<br />
• γ - ne otklanjaju se u magnetnom polju, identične su rendgenskim<br />
zrakama, ali kraće valne duljine (0.001 do 0.1 nm) (EM valovi)<br />
• x-zrake 0.01 do 1 nm (EM valovi)<br />
6
9.3 Jezgra <strong>atoma</strong><br />
• Rutherford (1911.) je pokazao da je masa <strong>atoma</strong> skupljena u čestici<br />
koja je 10 000 puta manja od <strong>atoma</strong>.<br />
• Pukus s α - zrakama i listićem zlata<br />
• α - zrakama imaju veliku energiju<br />
• Njima je “bombardiran” listić zlata (1000 slojeva)<br />
7
•Ako je atom čvrst po cijelom svom volumenu, ni jedna α- čestica ne<br />
bi prošla kroz metalni listić bez otklona zbog sudara s atomom<br />
•Obratno, većina je prošla<br />
•Masa <strong>atoma</strong> skupljena je u vrlo malu česticu - jezgru <strong>atoma</strong><br />
•α- čestica mala, mala je vjerojatnost sudara s malom jezgrom <strong>atoma</strong><br />
•kut otklona α- čestice ukazuje da je jezgra pozitivno nabijena<br />
•uspoređujući broj otklonjenih α- čestica s debljinom listića zlata<br />
•<br />
•odredio je promjer atomske jezgre<br />
•promjer atomske jezgre 10 -12 cm<br />
•promjer <strong>atoma</strong> 10 -8 cm<br />
9
9.3 Proton<br />
• 1886. Goldstein je otkrio da u Crookesovoj cijevi nastaju i zrake<br />
koje se šire od anode, prolaze kroz katodu probušenu u obliku<br />
kanala (kanalne zrake).<br />
• Kanalne zrake<br />
• pozitivno nabijene čestice<br />
• e/m (specifični naboj) manji nego kod elektrona<br />
• masa im je puno veća od mase elektrona<br />
• odnos e/m varira o prirodi plina u cijevi<br />
• čestice kanalnih zraka imaju pozitivan naboj koji je jednak, ali<br />
suprotan naboju elektrona<br />
• masa čestice jednaka je masi vodika (bez znanja o neutronu)<br />
• zaključilo se da je riječ o atomskoj jezgri vodika koju je<br />
Rutherford nazvao protonom.<br />
• vodikov atom sastoji se od protona kao jezgre i jednog<br />
elektrona<br />
10
9.4 Neutron<br />
•najjednostavniji atom vodika - jedan proton, a atom helija dva<br />
protona<br />
•mase helija i vodika u omjeru 2:1<br />
•Mjerenja pokazivala da je taj omjer 4:1<br />
•1912. Thomson je utvrdio da je neon smjesa <strong>atoma</strong> različitih<br />
masa (razlikuju se u nečemu, a nije broj protona u jezgri)<br />
•J.Chadwick 1932 g. jezgra <strong>atoma</strong> sadrži neutrone- električki<br />
neutralne čestice s masom gotovo jednakom masi protona.<br />
9.5 Ruthefordov model <strong>atoma</strong><br />
• Atom je sastavljen od pozitivno nabijene jezgre, oko koje brzo kruže<br />
elektroni , kao planeti oko Sunca<br />
• broj elektrona je toliki da neutralizira naboj jezgre<br />
• Jezgra vodikova <strong>atoma</strong> ima jedan proton<br />
• jezgre ostalih <strong>atoma</strong> imaju pozitivan naboj koji je višekratnik broja<br />
protona<br />
11
DALTONOVI postulati (1802.) LOSCHMIDT<br />
Avogadrov (Loschmidtov) (1865.)<br />
CHADWIK<br />
neutron (1932.)<br />
AMEDEO AVOGADRO<br />
hipoteza o molekulama (1811.)<br />
THOMPSON<br />
otkriće elektrona (1897.)<br />
1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960<br />
JOSEPH LOUIS GAY-LUSSAC<br />
(spojni volumeni 1805. .)<br />
DAVY, BERZELIUS, FARADAY.<br />
STONE pojam elektron (1891.)<br />
RUTHERFORD<br />
Jezgra <strong>atoma</strong> i proton (1911.)<br />
12
9.6 Atomski i maseni broj<br />
•atomski broj: Z = N(p + ) = N (e - )<br />
•maseni broj: A = N(p + ) + N(n)<br />
•broj neutrona: N(n) =A-Z<br />
A<br />
Z<br />
X<br />
•kemijski element je skup svih <strong>atoma</strong> s istim atomskim brojem Z.<br />
9.7 Izotopi<br />
•109 elemenata 206 <strong>atoma</strong> ????<br />
•razlika u masenom broju A maseni broj: A = N(p + ) + N(n)<br />
•kemijski element: isti Z; različit A<br />
12<br />
C<br />
•izotopi:ista kemijska; različita fizička svojstva (RAZLIKA U MASI)<br />
•Nuklidi-određenog sastava jezgre (atomskog i masenog broja)<br />
•ELEMENT-SMJESA NUKLIDA<br />
13
9.8 Izobari<br />
•Izobari su atomi različitog atomskog broja Z (broj protona) s jednakim<br />
masenim brojem A (protoni+neutroni). (grčki isos = isti, baros = težina)<br />
•različiti kemijski elementi; različita i kemijska i fizička svojstva<br />
Fe<br />
58<br />
Ni<br />
58<br />
26 27<br />
9.8 Određivanje atomskih masa elemenata<br />
•spektrograf masa<br />
•izbiti elektrone, dobiti pozitivno nabijene čestice<br />
•omjer mase i naboja<br />
•magnetno polje<br />
•otklon<br />
14