DALTONOV ATOMSKI MODEL

Nastao je čitavih 2300 godina posle DEMOKRITA!

Polazna znanja – zakoni o:

Održanju mase Stalnom (utvrdjenom) sastavu Umnoženim odnosima

Zakon o održanju mase masa supstance ne menja se tokom hemijske reakcije. Može se menjati broj supstanci i njihove osobine, ali ukupna količina materije ne. 180 g glukoze + 192 g O2 264 g CO2 + 108 g H2O 372 g pre 372 g posle

Opšteprimećeno iskustvo: “Na osnovu svih hemičarskih iskustava, može se tvrditi da materija ne može biti stvorena ili uništena”.

Zakon stalnog sastava bez obzira kako je nastalo, odredjeno hemijsko jedinjenje je sastavljeno uvek od istih elemenata u istom medjusobnom odnosu masa.

Primer: CaCO3

20 g CaCO3 1 g CaCO3 % ima: 8 g Ca 0.4 g Ca 40% Ca 2.4 g C 0.12 g C 12% C 9.6 g O 0.48 g O 48% O

Primer: 2 jedinjenja nastala od C i O: CO CO2

g O/100 g 57.1 72.7 g C/100 g 42.9 27.3 g O/ g C 57.1/42.9 = 1.33 72.7/27.3 = 2.66

g O/g C u jedinjenju II (CO2) = 2 g O/g C u jedinjenju I (CO) 1

Jedinjenje II sadrži 2 puta više kiseonika na istu masu

ugljenika u odnosu na jedinjenje I.

Zakon umnoženih odnosa Jonh Dalton ako elementi A i B reaguju stvarajući 2 različita jedinjenja

onda različite mase supstance B koje reaguju sa istom masom supstance A mogu biti izražene kao odnos malih celih brojeva.

1. Sva materija sastoji se od atoma, sićušnih nedeljivih čestica jednog elementa koje ne mogu biti stvorene niti uništene ( preuzeto od Demokritovih večnih, neuništivih atoma i u saglasnosti je sa Lavoisier-ovim zakonom održanja mase). Danas znamo da se atomi mogu deliti na subatomske čestice.

2. Atomi jednog elementa ne mogu se pretvoriti u atome drugog elementa. U hemijskoj reakciji, jedinjenje se može podeliti na atome od kojih je nastalo; od istih atoma može nastati drugo jedinjenje. ( ova tvrdnja nastala je nasuprot alhemičarima i magičnoj transformaciji elemenata). Danas znamo da se atom jednog elementa može pretvoriti u atom drugog elementa, ali isključivo u nuklearnim reakcijama, dok se to nikada ne dogadja u hemijskim reakcijama.

3. Atomi jednog elementa imaju identične mase i ostale osobine, i ove osobine se razlikuju od osobina atoma drugih elemenata ( danas znamo da izotopi imaju različite mase). Ovaj postulat je originalno Daltonova ideja.

4. Jedinjenja nastaju kombinovanjem atoma različitih elemenata u specifičnim odnosima. Ovo je Daltonov zaključak, proistekao direktno iz zapažanja o stalnom sastavu.

DALTONOVA ATOMSKA TEORIJA John Dalton, bez formalnog obrazovanja; matematiku počeo da uči u 12. godini. Bavio se gasovima (zakon), matematikom, meteorologijom i problemom slepila za boje daltonizam.

Daltonovi postulati objasnili su prethodno uočene zakone:

Zakon održanja mase:

Atomi ne mogu biti stvoreni niti uništeni (postulat 1) ili prevedeni u atome drugih elemenata (postulat 2). Kako svaka vrsta atoma ima fiksnu masu (postulat 3) u hemijskoj reakciji se ne može desiti promena mase.

Zakon stalnog sastava:

Jedinjenje je kombinacija specifičnih odnosa različitih atoma (postulat 4) od kojih svako ima svoju atomsku masu (postulat 3). Zato svaki element u jedinjenju uvek čini stalni udeo od ukupne mase.

Zakon umnoženih odnosa:

Atomi jednog elementa imaju istu masu (postulat 3) i nedeljivi su (postulat 1). Kada se različiti broj atoma elementa B vezuje sa jednim atomom elementa A nastaju dva različita jedinjenja. Tada, mase elementa B koje reaguju sa istim masama elementa A stoje u celobrojnom odnosu.

ATOMSKA TEORIJA DANAS

Atom čini nukleus ili jezgro satavljeno od protona i neutrona i elektronski omotač koji je sastavljen od elektrona.

Proton je pozitivno naelektrisana čestica koja ima naelektrisanje jednako naelektrisanju elektrona i masu m= 1. 673 x 10 -24 g

Neutron je neutralna čestica sa masom koja je približno jednaka masi protona m= 1.675 x10 -24 g

Elektron je negativno naelektrisana čestica sa masom koja je oko 1836 puta manja od mase protona m= 9.109 x10 -28 g

Atom je neutralan jer je u njemu broj protona u jezgru jednak broju elektrona u atomskom omotaču.

Jezgro p + n

elektronski omotač

Broj neutrona u jezgru je ili jednak ili je veći od broja protona u jezgru.

Atomski broj nekog hemijskog elementa predstavlja broj protona u njegovom jezgru i on je jednak broju elektrona u njegovom omotaču.

Atomska masa svakog elementa je relativni broj koji je izražen u odnsu na 1 amu = 1.655056 x 10 -24 g što predstavlja 1/12 mase 12 C

Različiti elementi imaju različit broj izotopa. Izotopi nekog elementa imaju različitu zastupljenost u prirodi.

Maseni broj je zbir broja protona i neutrona u atomskom jezgru.

Izotopi nekog elementa imaju u svom sastavu isti broj protona i elektrona a različit broj neutrona.

Otkriće elektrona ‘Elektron je otkriven proučavanjem katodnih zraka

“Zraci” su emitovani sa katode – katodni zraci.

Kada se na put ovim “katodnim zracima” stavi prepreka od fluorescentnog materijala, uočava se da oni putuju pravolinijski ka suprotno naelektrisanoj elektrodi.

- “katodni zaraci” skreću u električnom i magnetnom polju → negativno su naelektrisani

- “katodni zraci” nastaju sa katodama od različitih materijala; takodje, sve vrste materijala apsorbuju ovo zračenje, oni su opšti sastavni delovi materije.

atomi su deljivi na manje čestice

e=1,6 x 10 -19 C me = 9.1 10-31 kg

Otkriće atomskog jezgra

Francuska - otkrivena radioaktivnost → Rutherford u Engleskoj ispituje interakciju čestica (jezgro helijumovog atoma), sa čvrstim materijalima.

čestica je jezgro He atoma

sastoji se od 2 protona i 2 neutrona;

Naelektrisanje +2.

Otkriće atomskog jezgra

- Jezgro zauzima 99.97% mase a samo 10-13 deo njegove zapremine. - Dijametar atoma je oko 10-10 m, dok je dijametar jezgra oko 10-14 m. -Broj protona jednak je broju elektrona u atomu, koji je stoga neutralan.

-Atom se predstavlja sa: A - maseni broj (zbir protona i neutrona) Z - redni (atomski) broj elementa X

Izotopi su atomi nekog elementa koji imaju isti redni broj (isti broj protona) a različit broj neutrona u jezgru, a time i različit maseni broj.

XA

Z

12C koji ima 6 p+ 6 e- i 6 n0

13C koji ima 6 p+ 6 e- i 7 n0

14C koji ima 6 p+ 6e- i 8 n0

Sada, 4 četiri Daltonova postulata mogu da glase: 1. Sva materija sastavljena je od atoma. Mada su atomi

sastavljeni od manjih čestica (e-, p+ i n0), atom je najmanje telo koje ima osobine odredjenih elemenata.

2. Atomi nekog elementa mogu se pretvoriti u atome drugog

elementa, ali samo u nuklearnim procesima, a nikada u hemijskoj reakciji.

3. Svi atomi nekog elementa imaju isti broj protona i elektrona,

što odredjuje ponašanje elementa. Izotopi elementa razlikuju se po broju neutrona, a time i po masenom broju (A), tako da se uzorak nekog elementa tretira kao da atomi imaju srednju masu.

4. Jedinjenja nastaju hemijskom kombinacijom 2 ili više elemenata

u specifičnom odnosu (ovaj postulat je originalno Daltonov).

NUKLEARNE REAKCIJE, RADIOAKTIVNOST

U nuklearnim procesima:

Učestvuju jezgra atoma. Može doći do pretvaranja jednog elementa u drugi. Energija koja se oslobađa je milion puta veća od

energije hemijske reakcije.

Radioaktivna transformacija je ireverzibilna. Radioaktivna transformacija i njena brzina ne zavise od spoljnih fizičkih i hemijskih faktora.

Radioaktivnost može biti prirodna i veštačka

Radioaktivni raspad je skup spontanih procesa tokom kojih se nestabilno atomsko jezgro raspada, emitujući pritom subatomske čestice ili visokoenergetsko elektromagnetno zračenje.

Tokom radioaktivnog raspada, od jezgra (atoma) jednog elementa može nastati jezgro (atom) drugog elementa.

Jezgro koje se raspada naziva se roditelj, dok se nastalo jezgro naziva potomak (ćerka).

PRIRODNA RADIOAKTIVNOST

Radioaktivnost je 1896 otkrio francuski naučnik Henri Becquerel, radeći sa fosforescentnim materijalima. Po njemu, osnovna SI jedinica za radioaktivnost, koja označava količinu radioaktivnog materijala koji daje jedan radioaktivni raspad u jednoj sekundi, dobila je naziv becquerel (Bq). Ovakva radioaktivnost je vrlo mala. Za razliku od bekerela, radioaktivnost od jednog kirija (curie), koja je definisana kao radioaktivnost jednog grama čistog radijuma, iznosi 37 gigabekerela.

Najpre je izgledalo da je novootkriveno zračenje slično prethodno otkrivenom X-zračenju. Medjutim, dalja istraživanja Becquerel-a Marie Curie, Pierre Curie, Ernest Rutherford i ostalih pokazalo je da je radioaktivnost mnogo komplikovanija pojava, i da postoji više različitih vrsta zračenja.

Električno polje deli to zračenje na

3 različta zraka. alfa, beta, i gama,

KOJE ZRAČENJE SE EMITUJE?

čestice nose pozitivno naelektrisanje,

čestice nose negativno naelektrisanje

zraci neutralni.

Iz veličine otkolona u električnom polju, zakljušeno je takodje da su čestice masivnije od čestica.

Dodatni eksperimenti su pokazali da su čestice jezgra He atoma, a da je radijacija slična katodnim zracima, odnosno da je to zapravo struja elektrona.

Takodje uočena je sličnost izmedju radijacije i X - zračenja.

RADIOAKTIVNI ELEMENATI SPONTANO EMITUJU

Emisija iz jezgra

Gama zraci su elektromagnetni zraci velike energije

Alfa čestica se sastoji od dva protona i dva neutrona, što znači da je dvostruko pozitivno naelektrisana čestica, može da jonizuje druge nenaelektrisane čestice

čestice su zapravo elektroni emitovani iz jezgra

Alfa raspad je oblik radioaktivnog raspada kod koga jedno

radioaktivno jezgro emituje česticu, a samo se transformiše u jezgro sa masom za 4 broja manjom i atomskim brojem manjim za 2.

Alfa čestica je jezgro helijuma; pa se alfa raspad može shvatiti i kao nuklearna fisija, proces u kome se jezgro roditelj deli na dva jezgra potomka.

Beta raspad β - raspad neutron se konvertuje u proton pri čemu se emituje elektron i jedan anti-neutrino: Jedno jezgro se transformiše u drugo, za 1 većeg rednog broja, ali istog masenog broja.

Beta raspad β + raspad proton se konvertuje u neutron pri čemu se emituje pozitron i jedan neutrino:

p+ → n0 + β+ + νe Jedno jezgro se transformiše u drugo, za 1 manjeg rednog broja, ali istog masenog broja.

eNaMg 23

11

23

12

Elektronski zahvat je pojava u kojoj jezgro privuče elektron iz

omotača, najčesšće iz K ili L sloja. Tada se od tog elektrona i jednog protona iz jezgra formira neutron:

n e p e

-

nastaje jezgro-potomak koje ima broj Z manji za 1, dok je maseni broj A nepromenjen.

Mn e Fe 55

25

-55

26 ev

Gama raspad Emisija zračenja iz ekscitovanog jezgra – prati druge raspade, nuklearne reakcije...

Gama zraci () su elektromagnetno zračenje visoke enegrije

Može li se predvideti koja su jezgra stabilna a koja ne?

Izmedju protona medjusobno postoje odbojne elektrostatičke interakcije i te odbojne interakcije bi prevladale i dovele do destrukcije jezgra da u njemu nema neutrona i privlačnih sila koje vladaju izmedju protona i neutrona, a koje su nazvane jakim silama.

Ova sila je oko 100 puta ”jača “ od odbojnih sila koje vladaju izmedju protona, ali ona dejstvuje samo na veoma kratkim rastojanjima.

Pravilnosti:

•Postoje samo dva stabilna nuklida koji imaju odnos N/Z < 1: proton i He-3.

•Od lakših nuklida sa odnosom N/Z 1 stabilni su: C-12, O-16,He-4 i Ne-20.

•Kako vrednost Z raste, tako i odnos N/Z raste, kod stabilnih nuklida. Nema stabilnih nuklida sa vrednošću N/Z = 1, za Z > 20.

•Svi nuklidi sa Z > 83 su nestabilni.

• Nuklidi bogati neutronima (visoka vrednost N/Z) biće podložni β raspadu, u kome se neutron transformiše u proton i tako smanjuje vrednost N/Z.

• Nuklidi siromašni neutronima (niska vrednost N/Z) biće podložni pozitronskom raspadu ili elektronskom zahvatu, jer će na oba načina proton biti konvertovan u neutron i odnos N/Z povećan.

• Teški nuklidi sa Z > 83 podležu raspadu, čime se i vrednost Z i vrednost N smanjuju za dve jedinice.

Radioaktivni niz Serija raspada – do stabilnog jezgra

Brzina radioaktivnog raspada (Zakon radioaktivnog raspada) Radioaktivna jezgra raspadaju se karakterističnim brzinama, nezavisno od toga u kojim se supstancama nalaze. Brzina raspada, ili drugačijim imenom, aktivnost (A) radioaktivnog uzorka je promena broja radioaktivnih jezgara (N) u jedinici vremena (t).

dt

dN - A

N A

N - dt

dNdt -

dN

dN

tN

N

dd

0

t

0

t N

N

t N

Nln

t

0

ln2

t1/2

Konstanta radioaktivnog raspada i vreme poluživota su karakteristične vrednosti za svaki radioaktivni element.

Efekti nuklearnih reakcija na materiju. Detekcija i merenje brzine radioaktivnog raspada.

Nuklearne reakcije prouzrokuju hemijske promene u okružujućoj materiji!

•Ekscitacija. U ovakvim procesima, radijacija relativno slabe energije interaguje sa atomima neke supstance čiji atomi apsorbuju jedan deo energije zračenja i re-emituju je.

Jonizacija. U procesima jonizacije, dešava se sudar atoma iz okružujuće materije sa zrakom ili česticom iz radioaktivnog materijala (,β ili γ), koji ima dovoljnu energiju da izbaci elektron iz tog atoma:

-jonizacija e Jon Atom

Jonizacioni detektor “uočava” radioaktivno zračenje preko jonizacije koju ono vrši u okruženju. Jonizacija proizvodi slobodne elektrone gasnih katjona, koji onda bivaju privučeni od strane elektrode, tako da nastane struja koja se može meriti. Najpoznatija vrsta ovakvog detektora je Gajger-Milerov brojač.

Scintilacioni brojač Upadno zračenje izaziva ekscitaciju ili jonizaciju atoma scintilatora. Ekscitovani atom emituje foton (300 – 500 nm). Foton dalje pogadja katodu i iz nje izbija elektron putem fotoelektičnog efekta; nastali elektroni formiraju strujni tok koji se može detektovati.

čestice su masivne i naelektrisane sa 2 jedinice pozitivnog naelektrisanja, što dovodi do toga da one interaguju sa materijom intenzivnije od ostalih tipova zračenja. Ova interakcija dešava se na veoma kratkom rastojanju, uz jonizaciju okoline čime nastaju značajne promene na okolnim biomolekulima. Zbog ovoga njihov domet u vazduhu nije veliki: potpuno su absorbovane vrlo tankim (m) mrtvim slojem kože, papirom ili tkaninom, odnosno sa nekoliko cm vazduha. Medjutim, alfa čestice su veoma opasan oblik zračenja ukoliko se nadju UNUTAR živog organizma, jer izazivaju jonizaciju i time veoma opasne promene, čak i genetske transformacije.

β čestice i pozitroni imaju manje naelektrisanje i značajno manju masu od čestica, pa zbog toga uočljivo manje interaguju sa materijom, to jest, imaju manji jonizacioni potencijal. Medjutim, β čestice prodiru dublje u materiju pa je potreban sloj metala od oko 0,5 cm (na primer aluminujuma), ili specijalna (teška) odela za zaštitu, da bi bile zaustavljene.

Efekti jonizujućeg zračenja na živi svet.

zraci, bez mase i naelektrisanja prodiru najviše u materiju. Iz tog razloga, mada gama zračenje vrši jonizaciju u manjoj meri nego i zračenje, ono je naojopasnije jer može da ošteti više slojeva tkiva.

Ovo zračenje je u velikoj upotrebi u medicini i u industriji; ali je NEOPHODNO da primene budu pod striktnom kontrolom!

- čestice potpuno zaustavlja list papira

- čestice zaustavlja Al folija

- zračenje može samo biti oslabljeno (debelim slojem olova!

Uočeni efekti radijacije moraju se iskazati u nekim kvantitativnim iznosima, pa neophodno je najpre definisati jedinicu “primljene” energije

(primljene doze zračenja).

Jonizujuće zračenje dovodi do nastanka parova katjon – slobodni elektron mera energije apsorbovane od strane nekog tkiva. U SI sistemu, jedinica za apsorbovanu energiju jonizujućeg zračenja je grej (gray, Gy): koji je jednak energiji od jednog džula koja je apsorbovana od strane jednog kilograma tkiva živog organizma: 1 Gy = 1 J/kg.

Druga jedinica, nazvana rad (radiation-absorbed dose), a koja je definisana kao 1 rad = 0.01 J/kg = 0.01 Gy, i u češćoj je upotrebi od greja.

RBE faktor (relative biological effectiveness – relativna biološka efikasnost). Jedinica za dozu radijacije koja je prouzrokovala odredjeno oštećenje tkiva, nazvana je rem (roentgen equivalent for man): Broj rem-ova = broj rad-a × RBE Jedinica prihvaćena u SI sistemu je sivert (Sv) koji je definisan sa: 1 rem = 0,01 Sv.

Jonizujuće zračenje interaguje sa molekulom gubitak elektrona iz orbitalne koja čini hemijsku vezu, ili iz nevezujuće orbitale. Slobodni radikali, molekulske ili atomske vrste koje imaju jedan ili više nesparenih elektrona; veoma reaktivne jer imaju lako reaguju sa drugim atomima ili molekulima.

OH H OH2

RCH H CHR= 2RCH CHR

Opasnosti od radioaktivnog zračenja nisu odmah uočene!

--

2 OH H OH ee

Primene radioizotopa

Upotreba malih, kontrolisanih doza. Svi izotopi jednog elementa pokazuju vrlo slično ponašanje u fizičkim i hemijskim procesima.

Primena radioaktivnih izotopa kao OBELEŽIVAČA

-medicinska dijagnostika (131I, tiroidna žlezda)

-praćenje vodenih i vazdušnih tokova

-optimalna upotreba veštačkih đubriva (45Ca, 32P...)

-praćenje mehanizma hemijskih reakcija:

Reakcija kiseline i alkohola:

Drugi primeri primene radionuklida

-tretman ćelija malignih tumora (60Co- GAMA NOŽ)

-sterilizacija (hrane, hirurških instrumenta....)

-sprečavanje razvoja insekata, posebno u predelima gde oni prenose opasne bolesti.

-određivanje starosti:

3H/H 0 – 40 god

14C/12C do 40 000 godina

238U/206Pb i 235U/207Pb starost stena (minerala)

Nuklearne transmutacije, veštačka radioaktivnost.

Pretvaranje jednog jezgra (elementa) u drugi mogu je veštački izazvati

O H N 17

8

1

1

4

2

14

7

Prva veštačka nuklearna transmutacija:

bombardovanje atoma azota alfa česticama dobijenim raspadom (1919, Ernst Raderford):

Kao posledica bombardovanja litijuma, berilijuma ili bora α česticama emituje se novo zračenje koje ima veliku sposobnost prodiranja u materiju, ali koje ne skreće ni u električnom ni u magnetnom polju otkriće neutrona.

1933. godine, Irena i Frederik Žolio-Kiri stvorili su prvi radioaktivni izotop, u nuklearnoj trasmutaciji u kojoj je aluminijumska folija bombardovana α česticama, i u kojoj je stvoren izotop fosfora do tada nepoznat u prirodi – 30P i jedan neutron:

P n He Al 30

15

1

0

4

2

27

13

Fisija i fuzija

• Fisija je proces u kome se nestabilno jezgro deli na dva lakša (čiji je maseni broj bliži vrednosti 60); uz oslobadjanje viška energije.

• Postojanje ovog viška energije objašnjava se na sledeći način: atomska jezgra sastoje se od protona i neutrona, ali je njihova masa manja od zbira masa protona i neutrona koji ih grade.

• Razlika u masama naziva se defekt mase jezgra. Prema teoriji relativnosti, masa je ekvivalentna energiji (E = mc2); pa je ta razlika u masi energija koja drži protone i neutrone “vezane” u jezgru.

Fuzija je proces u kome se lakša jezgra spajaju (kombinuju) tako da nastane teže stabilno jezgro. Kako je i ovde nastalo jezgro stabilnije od početnih, energija se oslobadja kao rezultat ovog procesa. Prirodni procesi fuzije odigravaju se na zvezdama, čija energija upravo potiče od fuzionisanja jezgara vodonika čime nastaje veoma stabilno jezgro helijuma. Ogromna energija fisije mora biti uporebljena na kontrolisani način!!! (ratne i mirnodopske svrhe).

Čovek još uvek nije osvojio tehnologiju fuzije.

TALASI

MEHANIČKI TALASI

more

Talas se kreće, prelazi velike daljine Čestica se NE KREĆE ZAJEDNO sa talasom Čestica samo OSCILUJE OKO RAVNOTEŽNOG POLOŽAJA Čestica ide gore-dole i levo-desno

Pravac prostiranja talasa Pravac

oscilacija čestica

Transverzalni talasi

Transverzalni talasi

Transverzalni talasi

Longitudinalni talasi

Pravac prostiranja talasa

Pravac oscilacija čestica

T – period (trajanje jedne cele osilacije)

ν - frekvencija (broj osilacija u sekundi)

Ravnotežni položaj

T

1

Ravnotežni položaj

λ – talasna dužina Put koji talas pređe tokom jedne oscilacije

Brzina kretanja talasa

Tvreme

putV

Zvuk

Svetlost – elektromagnetni talas c

SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA

Zračenje iz čitavog spektra elektromagnetnog zračenja putuje istom brzinom, ali se razlikuje po frekvenciji, odnosno talasnoj dužini!

Zračenje samo jedne talasne dužine naziva se MONOHROMATSKO (grčki - “jedna boja”) dok je zračenje sa više talasnih dužina POLIHROMATSKO (“više boja”).

Vidljiva svetlost ( = 380 - 780 nm) je polihromatska.

Početkom XX veka, fizičari su uočili tri fenomena

1) Intenzitet i talasna dužina zračenja koje emituje zagrejano gusto telo (“zračenje crnog tela”);

2) Fotoelektrični efekat - električna struja proizvedena kada zračenje dovoljne energije pada na metal (objašnjenje ovog fenomena je jedan od doprinosa A. Einstein-a) i

3) Atomski spektri - linijski spektri dobijeni od pobudjenih (ekscitiranih) gasova.

Elektromegnetno zračenje (EM) i materija Transmisija - EM prolazi kroz meteriju bez ikakve interakcije

Apsorpcija - EM biva apsorbovan od strane atoma, jona ili molekula

Emisija - oslobadjanje energije od strane atoma, jona ili molekula

PROBLEM 1: Zračenje crnog tela

Svako zagrejano telo emituje elektromagnetno zračenje.

Zračenje je polihromatsko (raznih talasnih dužina) Na različitim Temp Zračenje je različito

Dobro teorijsko objašnjenje nije bilo moguće dok Plank nije postulirao da se

Energija emituje i apsorbuje samo u “porcijama” - KVANTIMA

E = h kvant energije ν je frekvencija h je Plankova konstanta h= 6,62 x 10 -34 Js

PROBLEM 1: Zračenje crnog tela

Kada svetlost pada na katodu koja je napravljena od jednog od elemenata IA grupe dolazi do emisije elektrona, fotoelektrona.

Problem 2: Fotoelektrični efekat

•Emitovani fotoelektroni se detektuju na anodi.

•Sve dok upadna svetlost ne dostigne neku odredjenu energiju nema emisije elektrona.

•Broj emitovanih fotoelektrona ne zavisi od talasne dužine primenjene svetlosti, ali, energija emitovanih elektrona zavisi od talasne dužine upadne svetlosti.

•Broj elektrona zavisi samo od intenziteta svetlosti - porast intenziteta upadne svetlosti dovodi do porasta broja emitovanih elektrona

Problem 2: Fotoelektrični efekat

Energija upadne svetlosti je kvantovana i proporcionalna frekvenci E = h = h c/

Ajnštajn: Svetlost se sastoji od čestica,od kojih svaka nosi odredjenu energiju, ta čestica je nazvana foton.

Svetlost je dualne prirode i ima osobine i talasa i čestice.

Problem 2: Fotoelektrični efekat

Problem 2: Fotoelektrični efekat

Sve dok upadna svetlost ne dostigne neku određenu energiju nema emisije elektrona

Elektron je vezan u materijalu nekom energijom Da bi elektron bio emitovan,

hcEnergije kojom je elektron vezan u metalu

Energija emitovanih elektrona zavisi od talasne dužine upadne svetlosti.

Problem 2: Fotoelektrični efekat

Intenzitet svetlosti je proporcionalan broju čestica koje poseduju istu energiju.

Što više fotona određene energije, to veći broj fotoelektrona.

Broj fotoelektrona zavisi samo od intenziteta svetlosti - porast intenziteta upadne svetlosti dovodi do porasta broja emitovanih elektrona

L. de Broglie:

TALASNO – ČESTIČNA DUALNOST važi za svu materiju

Materija je dualne prirode: čestica ima i talasnu prirodu. I obrnuto, talas poseduje osobine čestice.

E = mc2 E= hc/

=h/mc talasna dužina nekog predmeta obrnuto je proporcionalna njegovoj masi; što znači da i veliki predmeti kao što su nebeska tela, prevozna sredstva, kuće, lopte i slično, imaju talasnu dužinu; ali tako malu da je manja od njihovih dimenzija; pa KOD VELIKIH TELA TALASNA PRIRODA NE DOLAZI DO IZRAŽAJA.

Supstanca (predmet)

Masa (g) Brzina (m/s)

(m)

Spori elektron

9 10 -28 1 7 10-4

Brzi elektron

9 10 -28

5.9 106 1 10-10

čestica 6.6 10 -24 1.5 107 7 10-15

1 g mase 1 0.01 7 10-29

Košarkaška lopta

142

25.0 2 10-34

Planeta Zemlja

6 1027

3.0 104 4 10-63

Problem 3: Linijski spektri atoma

kada se gasovi pobude termičkom ili električnom energijom, oni potom emituju to, prethodno apsorbovano zračenje, ali u vidu linijskih spektara.

Ovo znači da energija koju emituje atom nije kontinualna nego kvantovana. Atom može emitovati samo odredjene količine energije, on može da poseduje samo odredjene energetske vrednosti.

22

11

kncR

n i k celi brojevi, n < k

Uočene su pravilnosti

Ali nije bilo teorije o strukturi atoma koja bi ih objasnila

STRUKTURA ATOMSKOG OMOTACA

Bohr-ov model atoma

1. Elektroni se kreću po kružnom orbitama.

Elektron u orbiti se nalazi u stacionarnom stanju.

2. Atom ne emituje energiju dok se elektroni nalaze u stacionarniom stanju.

Suprotno klasičnom shatanju – svako naelektrisanje koje se kreće emituje energiju. Elektron bi gubio energiju i pao na jezgro!!!

3. Atom apsorbuje ili emituje energiju jedino prilikom skoka elektrona sa jedne dopuštene putanje na drugu.

Ili: atom može preći iz jedne u drugu stacionarnu putanju samo ako apsorbuje ili emituje foton čija je energija tačno jednaka razlici energija izmedju dva stacionarna stanja:

Efotona = E2 - E1

Borovi postulati

2

2 1

nRZEn

Vodonikov atom

Struktura atomskog omotača danas

Elektroni se ne kreću po tačno određenim kružnim ili elipsoidnim putanjama. Tačnu putanju elektrona ne možemo odrediti. Možemo govoriti samo o

PROSTORU U KOME JE NAJVEĆA VEROVATNOĆA NALAŽENJA ELEKTRONA

ORBITALI

Elektroni u atomu su raspoređeni po nivoima, podnivoima i orbitalama. “Raspored” je određen KVANTNIM BROJEVIMA

...posle mnogo “usavršavanja” borovog modela......

Glavni kvantni broj (n) određuje pripadnost nivou.

Ima dominantni uticaj na energiju elektrona.

Vrednosti: n = 0, 1, 2,.....

Azimutalni kvantni broj (l) određuje

pripadnost podnivou.

oblik orbitale.

Vrednosti zavisi od vrednosti glavnog kvantnog broja:

l = 0, 1, 2,... n-1

s orbitala l=0 p orbitala l=1

Magnetni kvantni broj (m) određuje

broj orbitala u podnivou.

orijentaciju orbitale u prostoru.

Vrednosti zavisi od vrednosti azimutalnog kvantnog broja:

m = -l.....l

Primer: n = 2

l = 0 1

m = 0 -1 0 1

drugi nivo

dva podnivoa s i p

jedna s orbitala tri p orbitale m = -l.....l

l = 0, 1, 2,... n-1

Spinski kvantni broj (ms) odredjuje smer rotacije elektrona oko svoje ose. elektroni zapravo nisu loptice koje rotiraju, ali je efekat postojanja spina kao da jesu

Vrednost +1/2 ili -1/2.

Paulijev princip isključenja

Zbog posedovanja spinskog kvantnog broja jedna orbitala ne može imati više od dva elektrona

U jednom atomu ne mogu postojati dva elektrona sa ista sva četiri kvantna broja

Kvantni brojevi i elektronska konfiguracija

n (glavni ) 1, 2, 3, .. Određuje nivo

l (angularni) 0, 1, 2, .. n-1 Određuje podnivo (u nivou)

ml (magnetni) -l..0..+l Određuje orbitalu (u podnivou)

ms (spinski) +1/2, -1/2 Paulijev princip Najviše dva elektrona u jednoj orbitali

Podnivoi su sastavljeni od grupe orbitala u elektronskom nivou

n = 1 1 podnivo (s) 1 n = 2 2 podnivoa (s,p) 1 + 3 = 4 n = 3 3 podnivoa (s,p,d) 1 + 3 + 5 = 9 n = 4 4 podnivoa (s,p,d,f) 1 + 3 + 5 + 7 = 16 n = 5 5 podnivoa (s,p,d,f,g)

Broj orbitala

Izgradnja periodnog sistema

Svaki naredni element u periodnom sistemu ima po jedan proton u jezgru odnosno po jedan elektron u omotaču više od prethodnog elementa.

Taj dodatni elektron se rasporedjuje u raspoloživu orbitalu koja ima najnižu energiju, poštujući pri tome kvantne brojeve i Paulijev princip isključenja.

Sve ovo zajedno naziva se “pravilom izgradnje”

Hundovo pravilo

Mg (12): 1s2 2s2 2p6 3s2

Ca (20): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Sc(21): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

Prvo 4s pa onda 3d (niža energija)

f → d → p → s Posle s: najviša moguća

Izuzeci postoje – primer Cr

1 valentni elektron

2+5=7 valentnih elektrona

8 elektrona

Lewis-ovi simboli elemenata

Lewis je predstavio valentne elektrone tačkama.

Broj valentnih elektrona se poklapa sa grupom u periodnom sistemu

i isti je za elemente u istoj grupi PERIODNOG SISTEMA.

H

Li Be B C N O F Ne

He

Groups 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A

Elementi teže da dostignu stabilnu elektronsku konfiguraciju najbližeg plemenitog gasa

Atomi teže da izgube, da dobiju ili da podele elektrone dok ne dostignu 8 elektrona u ljusci sa najvišim n Pravilo okteta Vodonik je izuzetak jer ima samo jedan elektron. On gradi vezu samo sa jednim elektronskim parom.

Ne

Jonizacioni potencijal, ili energija jonizacije je energija potrebna da se atomu ili molekulu oduzme 1 elektron.

U hemiji, elektron–afinitet je količina energije apsorbovana kada je 1 elektron dodat neutralnom izolovanom atomu gasa da bi se dobio jon gasa sa naelektrisanjem -1. On ima negativnu vrednost ako se energija oslobadja jonizacijom. Većina elemenata ima negativni elektron-afinitet. To znači da većini elemenata nije potrebno dovesti energiju da bi dobili elektron, zapravo, oni jonizacijom oslobadjaju energiju. Hlor najjače privlače “ekstra” elektrone, dok ih radon najslabije privlači.

Elektronegativnost

Elektronegativnost je sposobnost atoma u molekulu da privlači elektron.

Glavna pitanja u razumevanju strukture molekula su: - Zašto se jedinjenja stvaraju?

- Zašto molekuli imaju svoje karakteristične oblike?

- Zašto se neki atomi retko nalaze u jedinjenjima a neki rado prave čitave atomske mreže i lance?

Postoje dva osnovna načina na koji se mogu formirati molekuli: Atom može potpuno predati 1 ili više elektrona drugom atomu. Na taj nači nastaju joni koji

se drže zajedno zbog elektrostatičkog privlačenja razlnoimenih naboja. Na ovaj način nastaje JONSKA VEZA.

Dva atoma mogu deliti (to jest, zajednički posedovati) elektrone. Na ovaj način nastaje

KOVALENTNA VEZA. Jonska i kovalentna veza spadaju u kategoriju HEMIJSKIH VEZA.