ŠTRUKTÚRA ATÓMOV A IÓNOV (Chémia pre 1. roč. gymn. s.40-53; -2- História atómu siaha v skutočnosti do veku asi 100 000 rokov po Veľkom tresku. Predstava, že všetky látky sú zložené z maličkých, nezničiteľných a nedeliteľných čiastočiek – atómov (atomos- gr. nedeliteľný), je stará takmer dva a pol tisícročia. Vyslovili ju už grécki učenci LEUKIPOS a DEMOKRITOS (polovica 5. stor. p. n. l.). Táto atómová hypotéza (hypothesis- gr. predpoklad) prináša veľký rozvoj fyziky a chémie až v 17. storočí. K jej priekopníkom patrili napr. I. NEWTON a M. V. LOMONOSOV. Na začiatku 19. storočia už mohol anglický učenec J. DALTON vysvetliť základné zákonitosti pozorované pri chemickom rozbore látok a  pri sledovaní ich chemických reakcií pomocou svojej atómovej teórie. Snaha o potvrdenie tejto teórie otvorila vo vede obrovský priestor na pozorovanie, experimenty a výpočty, ktorých cieľom bolo okrem samotného dôkazu existencie atómov aj hľadanie častíc menších než atómy. Dnes je opísaných takýchto častíc veľmi veľa, v chémii pre opis atómu stačia tri základné častice. Sú to, ako už dobre viete, elektrón, protón a neutrón. Začiatkom 20. stor. použil anglický fyzik E. RUTHERFORD (razrford , 1871-1937) na výskum štruktúry atómov žiarenie  , ktoré nechal prechádzať cez tenké kovové fólie zo zlata (r. 1911). Väčšina častíc prechádzala fóliou priamo, odchyľoval sa len nepatrný počet, ale niektoré sa odrážali späť ( obr. 2). Zo zistených údajov usúdil, že celý kladný náboj atómu a prakticky celá jeho hmotnosť sú sústredené v maličkom jadre s polomer asi 100 000-krát menším ako polomer atómu. Na základe týchto pozorovaní a výsledkov anglický fyzik E. RUTHERFORD navrhol oficiálne zaznamenaný prvý model atómu (nazývaný aj planetárny), ktorý následne v roku 1913 upravil a doplnil dánsky fyzik N. BOHR. Neskôr v roku 1919 uskutočnil E. RUTHERFORD mnohé ďalšie podobné experimenty, pri ktorých kladne nabitými časticami ( žiarenie ) „ostreľoval“ čistý dusík. Objavil tak, že súčasťou jadier je protón (gr. protos – prvý). Približne v prvej tretine 19. storočia objavil anglický vedec M. FARADAY(1791-1867) zákony, ktoré vysvetľujú elektrolýzu, z nich vyplynulo, že jednotlivé ióny prenášajú elementárny náboj, alebo jeho celé násobky. A tak koncom 19.stor.(r.1897) objavil anglický fyzik J. J. THOMSON (tomson, 1856-1940) elektrón. Tento objav viedol k predpokladu, že elektrón je súčasť atómu. Zároveň objav rádioaktivity(RA) poukázal na to, že atómy pravdepodobne obsahujú menšie častice. Rádioaktivitu prvý raz pozoroval francúzsky fyzik H. BECQUEREL(r.1896) (bekerel 1852-1908) u zlúčenín uránu. Názov rádioaktivita pochádza od objaviteľov rádioaktívnych prvkov – rádia a polónia, M. CURIE-SKLODOWSKEJ a jej manžela P. CURIE. U prirodzených rádionuklidov (RN) sa zistili tri druhy prenikavého, neviditeľného jadrového žiarenia (obr. 1) : -  t.j. jadrá hélia, -  t.j. prúd elektrónov -  t.j. elektromagnetické vlnenie. Al Pb a b papier g RN L P B Obr. 1 Prenikavosť žiarenia , ,γ Obr. 2 Dráhy častíc α v blízkosti jadra atómu Tretia základná častica atómu bola objavená experimentmi, ktorých cieľom bolo objasniť nezrovnalosti medzi experimentálnymi výsledkami a teóriou, zakladajúcou sa na poznatku, že jadrá atómov všetkých prvkov sú zložené iba z protónov. Tento objav v roku 1932 sa pripisuje J. CHADWICKOVI , ktorý časticu pomenoval neutrón (lat. neuter – žiadny z dvoch). Nikto však vtedy netušil, že neutrón sa stane kľúčovou časticou riadenej štiepnej reakcie využívanej napr. v reaktoroch jadrových elektrární. Starogrécky filozof Demokritos (450 – 420 p. n. l.) Látky sú zložené z veľmi malých, ďalej nerozdeliteľných častíc - atómov Anglický vedec John Dalton (1766 - 1844) Všetky látky sa skladajú z veľmi malých, ďalej nerozdeliteľných častíc -atómov. Atómy majú tvar gule. Atómy jedného prvku sú rovnaké a odlišujú sa od atómov iných prvkov veľkosťou a hmotnosťou. Predstavy o stavbe látok v priebehu storočí Joseph John Thomson (1856-1940) Henry André BECQUEREL (1852-1908) Objavil v r. 1896 rádioaktivitu Ernest Rutherford (1871-1937) v r. 1911 jadro atómu M. Curie Sklodowska (1867-1934) spolu s manželom skúmali rádioaktivitu, objavili prvky Ra a Po Niels Bohr (1885-1962) V r.1913 vypracoval prvý kvantový model atómu vodíka. Michael Faraday (1791 - 1867), anglický fyzik Hmotnosť elektrónu Atóm sa skladá z kladne nabitého jadra, ktoré obsahuje protóny a neutróny a je v ňom sústredená takmer celá hmotnosť atómu. Z objemu atómu zaberá však jadro veľmi malú časť (priemer jadra je asi 100 000-krát menší ako priemer atómu). Obal atómu tvoria elektróny. Častica Názov Symbol Pokojová hmotnosť m / kg Náboj Q / C elektrón e– protón p neutrón n 9,1091.10-31 –1,602.10-19 9,6729.10-27 +1,602.10-19 9,6749.10-27 0 Základné charakteristiky častíc atómu ŠTRUKTÚRA ATÓMOV A IÓNOV -1- Seminár z CH 4 (6. vyuč. hod.)

☺ Premena prvkov pri rádioaktívnom rozpade Osobitné názvy a symboly majú izotopy vodíka: - prótium, ľahký vodík (gr. protos – prvý) -3- -4- Jadro atómu Atómové jadrá sú zložené sústavy - protóny a neutróny – nukleóny ( lat. nucleus – jadro ). X - všeobecná značka prvku Z - protónové (atómové číslo) A - nukleónové číslo N - neutrónové číslo Z ≥ 1 A = Z+N N = 143 N ≥ 1 Z = 92 A = 235 Platí, že protónové číslo atómu udáva zároveň aj počet elektrónov v elektrónovom obale atómu. Udáva aj poradie prvku v periodickom systéme prvkov. Nuklidy, izotopy Nuklid je látka zložená z atómov, ktoré majú rovnaké protónové číslo Z aj rovnaké nukleónové číslo A. symbol prvku nukleónové číslo protónové číslo Keďže chemický prvok je zložený z atómov s rovnakým protónovým číslom, potom všetky nuklidy, ktoré majú toto protónové číslo rovnaké, sú umiestnené v periodickej tabuľke prvkov na rovnakom mieste. Takéto nuklidy dostali názov izotopické nuklidy, skrátene izotopy (gr. isos – rovnaký, topos – miesto). IZOTOPY sú nuklidy toho istého prvku s rovnakým protónovým a rôznym nukleónovým číslom. Izotop je užší pojem ako nuklid a mal by sa preto používať iba vtedy, ak hovoríme o nuklidoch toho istého prvku. Napríklad izotopy uhlíka, kyslíka, síry a pod. 17O a 18O sú izotopy, 18O a 12C sú nuklidy. Izotopy daného prvku majú takmer rovnaké chemické vlastnosti, nie je možné ich oddeliť pomocou chemických reakcií. Väčšina prvkov sa v prírode vyskytuje ako zmes niekoľkých izotopov, z ktorých jeden výrazne prevyšuje. Zastúpenie jednotlivých izotopov v určitom prvku je zvyčajne stále. Urán má napríklad šesť izotopov s nukleónovým číslom 232, 233, 234, 235, 236, 238. Najvýznamnejšie z nich sú izotopy a , používajú sa ako jadrové palivo. Hlavný biogénny prvok uhlík je zmesou troch izotopov, a to: najväčšie zastúpenie má izotop s nukleónovým číslom 12. Jeden prirodzený nuklid má napríklad hliník, hovoríme, že je mononuklidický. - deutérium, ťažký vodík (gr. deuteros – druhý) - trítium (gr. tritos – tretí) Rádioaktivita (RA) Rádioaktivitu (RA)prvý raz pozoroval francúzsky fyzik H. BECQUEREL(r.1896) (bekerel 1852-1908) u zlúčenín uránu. Názov rádioaktivita pochádza od objaviteľov rádioaktívnych prvkov – rádia a polónia, M. CURIE-SKLODOWSKEJ a jej manžela P. CURIE. U prirodzených rádionuklidov sa zistili tri druhy prenikavého, neviditeľného jadrového žiarenia: - t.j. jadrá hélia, - t.j. prúd elektrónov - t.j. elektromagnetické vlnenie. - schopnosť atómových jadier samovoľne vysielať žiarenie. Takéto nuklidy nazývame rádionuklidy alebo rádioizotopy. Rádionuklidy (RN) 1. prirodzené (vyskytujú sa v prírode), 2. umelé (vznikli reakciami v laboratórnych podmienkach). ☺ Premena prvkov pri rádioaktívnom rozpade ► Pri a-rozpade emituje rádioaktívne jadro časticu, ktorá obsahuje dva protóny a dva neutróny. Nové jadro má o dva protóny a dva neutróny menej. ► Pri b--rozpade emituje rádioaktívne jadro elektrón. V jadre nastáva rozpad neutrónu na elektrón a elektrónové antineutríno. Nové jadro má o jeden protón viac. Príkladom b--žiariča je nestabilný uhlík: ►Pri g rozpade emituje rádioaktívne jadro vysokoenergetický fotón g. V jadre sa nezmení počet nukleónov a protónov. Príkladom g-žiariča je nestabilný kobalt: Príkladom a-žiariča je rádium: Rádioaktívne jadrá sú produktom jadrovej reakcie. Pri ožarovaní nerádioaktívneho hliníka Al časticami α , vzniká rádioaktívny fosfor P, ktorý sa spontánne mení na kremík Si. V roku 1934 dcéra manželov CURIEOVCOV, IRENA a jej manžel F. JOLIOT–CURIE objavili umelú rádioaktivitu. Fréderic (1900-1958) a Iréne (1897-1956) Joliot-Curieovci Reakcie, pri ktorých dochádza k interakcii atómového jadra s iným jadrom (alebo časticou), pričom vzniká jedno alebo viacero nových jadier a uvoľní sa jedna alebo viac častíc, sa nazývajú jadrové reakcie. ŠTRUKTÚRA ATÓMOV A IÓNOV Seminár z CH 4 (6. vyuč. hod.)

Využitie rádionuklidov -5- -6- Prirodzené aj umelé RN majú rozsiahle použitie, napr. v medicíne (vyšetrovanie, ožarovanie chorých tkanív) a v technike (kontrola výrobkov) atď. Pri práci s RA látkami treba dodržiavať veľmi prísne bezpečnostné opatrenia, lebo jadrové žiarenie je veľmi nebezpečné a škodlivé zdraviu. Využitie rádionuklidov -5- -6- Jadrovými reakciami sa pripravilo veľa umelých rádionuklidov, v súčasnosti je ich vyše 1500. Takýmto spôsobom sa pripravili napríklad transurány (prvky nachádzajúce sa v periodickej tabuľke prvkov za uránom). - zisťovanie skrytých chýb materiálov, - bezdotykové meranie hrúbky papiera, plechu... Kde všade je rádioaktivita užitočná MP D RN - spomalenie rozmnožovania zhubných buniek, - sterilizácia lekárskych nástrojov, - zabránenie klíčeniu zemiakov... 1. Zmena vlastnosti látky pri ožiarení Využitie: - elektrické batérie (malá hmotnosť, veľká životnosť), - v družiciach, meteorologických staniciach... 5. Teplo produkované rádionuklidmi + – Bi Sb Zisťuje sa: - ako rýchlo rastlina fosfor prijíma, - z akej hĺbky fosfor berie a pod. 2. Značkované atómy 1. Uhlík v atmosfére obsahuje malý podiel 14C. 2. Uhlík 14C prechádza do rastlín asimiláciou vzdušného CO2 a potom do všetkých živých organizmov. 3. Po odumretí organizmu podiel 14C klesá. 4. Detekciou b--žiarenia z presne odváženej vzorky je možné určiť podiel 14C a z neho vek organizmu. Rádionuklid uhlíka je b--žiarič a má polčas premeny T = 5 370 rokov. 3. Jadrové hodiny - meranie rýchlosti krvného obehu, - činnosť štítnej žľazy. Kobaltová bomba - datovanie veku archeologických vykopávok. Jaskyňa Lascaux Francúzsko Označenie rádioaktívneho materiálu 4. Zoslabenie žiarenia pri prechode látkou Skalné maľby, asi r. 15 000 pred n.l. roztok NaCl s rádiojód - obyčajný - rádiofosfor ŠTRUKTÚRA ATÓMOV A IÓNOV ZHRNUTIE – POJMY: Atóm, molekula, prvok, zlúčenina, nuklid, izotop Atóm je základná stavebná častica látok. Atóm charakterizujeme atómovým číslom Z (protónovým, poradovým číslom prvku v PSP), ( napr. 8O)  a nukleónovým číslom A (hmotnostným číslom), (napr. 16O). Molekula je častica, ktorá sa skladá z dvoch alebo viacerých atómov. Medzi chemické indivíduá (chemicky čisté látky) môžeme zaradiť dve veľké skupiny látok: prvky a zlúčeniny. Prvok je látka zložená z atómov, ktoré majú rovnaké atómové (protónové) číslo. V prírode sa nachádza 92 prirodzených prvkov; ďalšie prvky (transurány) boli pripravené umelo. Zlúčenina je látka, zložená z rovnakých molekúl, ktoré vznikli zlúčením atómov viacerých prvkov. Nuklid je látka zložená z atómov s rovnakým protónovým a rovnakým nukleónovým číslom. Izotopy sú rozličné nuklidy toho istého prvku. Napríklad prvok kyslík sa skladá z troch izotopov : 16O , 17O , 18O . Seminár z CH 4 (6. vyuč. hod.)