Građa atoma - WordPress.com · 2018. 10. 17. · Razne vrste atoma nastaju kombinacijama različitih brojeva protona, neutrona i elektrona. Ukupna masa svih čestica predstavlja

Mašinski/Tehnički materijali - Dr Marko Pantić 1

Osobine (karakteristike) mašinskih materijala

Građa atoma


Najmanja čestica materije koja zadržava karakteristične osobine hemijskog

elementa jeste atom, koji je sastavljen od tri vrste subatomskih čestica:

• protona,

• neutrona i

• elektrona.

Proton i neutron zajedno

obrazuju jezgro atoma (nukleus),

dok spoljne delove atoma čine

elektroni

Atom = Nukleus (protoni i neutroni) + Elektroni

Grčki – Atomos - nedeljiv


Elektron je otkrio 1897.god. Thomson (Tomson)

On je negativno naelektrisan

Ima masu koja je ~1/2000 deo mase protona.

Proton je otkrio 1919. Rutherford (Radeford)

Predstavlja sastavni deo jezgra atoma

Ima pozitivno naelektrisanje

Masa je ~2000 puta veća od mase elektrona

Neutron je identifikovao 1932. Chadwick (Čadvik):

Drugi sastavni deo jezgra

Nema naelektrisanje

Masa je aproksimativno jednaka masi

protona

Delovi atoma


Modeli atoma – istorijski razvoj


U pogledu gradje atoma Nils Bor je 1913. godine predložio planetarnu teoriju kojom se

mogu objasniti spektralne linije vodonika i drugih elemenata sličnih vodoniku. Borova teorija

objašnjava karakteristične spektre i gradju atoma malog atomskog broja (atoma sličnih

vodoniku).

Šredinger (Schrödinger) je 1926. godine, Borov model sferne orbite, po kojoj se elektroni

kao materijalne kuglice obrću oko jezgra, zamenio prostornom ljuskom - elektronskim

oblakom koji može imati više slojeva (nivoa). To znači da jedna ljuska može imati elektrone

rasporedjene po različitim slojevima tj. orbitalama

6

Elektroni su čestice koje kruže oko jezgra

atoma slično Zemlji koja se obrće oko

sopstvene ose dok istovremeno kruži oko

Sunca.

Ta rotacija, kao i ona koju čine planete,

ostvaruje se neprekidno i u savršenom redu

po putanjama koje zovemo orbite.

Da načinimo poređenje između veličine

elektrona i veličine Zemlje:

ako uvećamo atom do veličine Zemlje,

elektron bi bio veličine jabuke.

Solarni sistem

Modeli atoma

Elektroni

Elektroni su sićušne čestice, veličine skoro

dvehiljaditog dela veličine neutrona i protona. Atom

ima isti broj elektrona kao i protona, i svaki elektron

nosi negativno (-) naelektrisanje koje je jednako

pozitivnom (+) naelektrisanju koje nosi svaki proton.

Ukupno pozitivno (+) naelektrisanje u jezgru i ukupno

negativno (-) naelektrisanje elektrona poništavaju

jedno drugo i atom postaje neutralan.

Mašinski/Tehnički materijali - Dr Marko Pantić

7

Jezgro atoma

Proton Neutron Do 1932. godine, smatrano je da se jezgro sastoji

samo od protona i elektrona. Tada je otkriveno da u

jezgru nema elektrona već neutrona koji se nalaze

pored protona. Poznati naučnik Čedvik (Chadwick)

dokazao je 1932. godine postojanje neutrona u

jezgru i bio je nagrađen Nobelovom nagradom za

svoje otkriće). Jezgro atoma se sastoji iz približno

jednakog broja protona i neutrona.

Protoni su pozitivno naelektrisani, a elektroni

negativno, tako da je atom u električnom pogledu

neutralan. U svakom atomu, protoni i neutroni gusto

su zajednički spakovani i čine oko 99.9% ukupne

mase atoma, a ostatak mase čine elektroni.

Mašinski/Tehnički materijali - Dr Marko Pantić


Atomski broj (Z) pokazuje broj protona (pozitivno naelektrisanih čestica) u jezgru

atoma i u neutralnom atomu atomski broj je takođe jednak broju elektrona u

njegovom naelektrisanom oblaku. Svaki element ima svoj vlastiti karakteristični

atomski broj koji određuje hemijske osobine elementa i prema tome atomski broj

određuje element.


Razne vrste atoma nastaju kombinacijama različitih brojeva protona, neutrona i

elektrona. Ukupna masa svih čestica predstavlja atomsku masu.

Relativna atomska masa je broj koji se dobija upoređivanjem sa masom nekog

drugog atoma, odnosno delom mase atoma koji je uzet za standard. Danas se

kao standard koristi 1/12 mase ugljenika C12. Relativna atomska masa pokazuje

koliko je puta masa atoma određenog elementa veća od 1/12 mase atoma C12.

Osnovna jedinica za količinu materije je mol. Mol je količina materije koja sadrži

onoliki broj osnovnih čestica koliko ima atoma ugljenika u 12 g izotopa C12. Taj

broj je uvek 6,023 × 1023 i naziva se Avogadrov broj.


Najprostiji atom, atom vodonika

sastoji se iz jednog protona i jednog

elektrona te mu je atomski broj 1.

Vodonik je najlakša materija koju

poznajemo; u tečnom vodoniku

potonuće čak i pluta.

Atom vodonika


Elementi sa 90 i više protona

(npr. uranijum) imaju

nestabilne izotope - jezgra im

se raspadaju i nastaju atomi

drugih elemenata.

Hemijski elementi koji se razlikuju

po broju neutrona, a imaju isti broj

protona nazivaju se izotopima

datog elementa.

Mase izotopa su različite, ali su im

identične hemijske osobine. Tako

npr. stabilan izotop ugljenika C12

ima 6 protona i 6 neutrona, a

radioaktivni ugljenik C14 ima 6

protona i 8 neutrona

Ugljenik CUgljenik C12 14

Izotopi


-

Prva ljuska (orbita) Najniži energetski nivo

Druga ljuska (orbita) Viši energetshi nivo

Treća ljuska (orbita) Još viši energetshi nivo

Elektroni se obrću samo u elektronskim ljuskama. Postoji sedam elektronskih

ljuski. Svaka elektronska ljuska ima određen nivo energije koji varira u skladu sa

udaljenošću ljuske od jezgra.

Orbite, orbitale i energetski nivoi


Svaka elektronska ljuska ima

"podljuske“ (orbitale), u okviru kojih se

elektroni te ljuske neprestano kreću.

Elektron mora da primi spoljašnju

energiju da bi mogao da putuje

između ljuski. Izvor te energije je

"foton".

Što je elektronska ljuska bliža jezgru,

njeni elektroni imaju manje energije, a

što je dalja od jezgra, njeni elektroni

imaju veću energiju.

orbita orbitala


Glavni kvantni broj n predstavlja pozitivne cele

brojeve od 1 do 7 (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) i definiše

energetski nivo elektrona (označava se i slovima

K, L, M, N, O, P, Q);

Što je veća vrednost n, to je ljuska dalja od jezgra,

Udaljeniji elektroni poseduju veću energiju,

Glavni kvantni broj

Kvantni brojevi elektrona i atoma

Orbitalni elektroni: n = glavni kvantni broj

n=3 2 1

K

L

M


-

Prva ljuska

broj e- = 2(1)2 = 2 e-

Druga ljuska

broj e- = 2(2)2 = 8 e-

Treća ljuska

broj e- = 2(3)2 = 18 e-

Postoji sedam elektronskih ljuski oko jezgra atoma. Broj elektrona u ovih sedam

elektronskih ljuski, koji se nikad ne menja, određen je matematičkom formulom:

Maksimalan broj elektrona koji može da bude prisutan u svakoj elektronskoj ljusci

oko atoma fiksiran je tom formulom. (Slovo "n" označava broj elektronske ljuske.)

2n2.

Broj elektrona u elektronskim ljuskama


Drugi (sekundarni, orbitalni) kvantni broj l = 0, 1, 2, …n-1,

odnosi se na podnivo elektrona (označava se sa s, p, d, f);

ovaj broj prikazuje moment količine kretanja elektrona

(2πr·mv, zamah), kojih u datom energetskom stanju može biti

2(2l+1),

Drugi (sekundarni, orbitalni) kvantni broj

Maksimalni

broj elektrona

u podljusci

s = 2

p = 6

d = 10

f = 14

Glavni kvantni broj, n

Energ

ets

ki niv

o,

→


Povećanje

energ

ije

n=1 n=2

n=3

n=4

Glavni i sekundarni kvantni broj

Glavni

kvantni broj Sekundarni

kvantni broj


Elektronska konfiguracija azota

Z = 7 → neophodno je 7 elektrona

1s

2s

3s

4s

2p

3p

4p 3d 4d

Energija

N 1s2 2s22p3

Prva glavna ljuska Druga glavna ljuska

Dva elektrona u

prvoj glavnoj ljusci

Dva elektrona u

s podljusci druge

glavne ljuske Tri elektrona u

p podljusci druge

glavne ljuske

Prva glavna

ljuska

Druga glavna

ljuska


Element Atomski broj Elektronska konfiguracija

Magnezijum (Mg) 12 1s2, 2s2p6, 3s2

Aluminijum (Al) 13 1s2, 2s2p6, 3s2, p1

Gvoždje (Fe) 26 1s2, 2s2p6, 3s2p6d6, 4s2

Bakar (Cu) 29 1s2, 2s2p6, 3s2p6d10, 4s1

Elektronske konfiguracije glavnih tehničkih metala (Fe, Al, Cu, Mg)


Mg - primer

Valentni elektroni i elektroni u unutrašnjim ljuskama

Valentna ljuska je spoljašnja ljuska atoma po kojoj se kreću elektroni

1s22s22p6

3s2 [Ne]

3s2 Elektroni u valentnoj

ljusci određuju hemijske

osobine

Elektroni u unutrašnjim

ljuskama nemaju značajnog

uticaja na hemijske osobine


Vodonik 1 1s1

Helijum 2 1s2

Litijum 3 1s22s1

Berilijum 4 1s22s2

Bor 5 1s22s22p1

Ugljenik 6 1s22s22p2

Azot 7 1s22s22p3

Kiseonik 8 1s22s22p4

Fluor 9 1s22s22p5

Neon 10 1s22s22p6

Natrijum 11 1s22s22p63s1

Magnezijum 12 1s22s22p63s2

Aluminijum 13 1s22s22p63s23p1

Silicijum 14 1s22s22p63s23p2

Fosfor 15 1s22s22p63s23p3

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

1

2

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

Atomski Elektronska Valentni Lewis-ove

Element broj konfiguracija elektroni tačke


Postoji 109 hemijskih elemenata

koji su do sada otkriveni. Ceo

svemir, naša Zemlja i sve živo i

neživo u našem svetu formirano je

raspoređivanjem tih 109 elemenata

u različitim kombinacijama. Do

sada smo videli da su svi elementi

izgrađeni od atoma koji su slični

jedni drugima i koji su sačinjeni od

istih čestica. Prema tome, ako su

svi atomi koji sačinjavaju elemente

izgrađeni od istih čestica, šta onda

čini da se elementi razlikuju jedni

od drugih i šta je uzrok formiranja

beskrajno različitih supstanci?

Broj protona u jezgru atoma suštinski odvaja elemente jedne od drugih. Postoji jedan proton u

atomu vodonika, najlakšem elementu, dva protona u atomu helijuma, drugom najlakšem

elementu, 79 protona u atomu zlata, 8 protona u atomu kiseonika i 26 protona u atomu gvožđa.

Ono što čini razliku između zlata i gvožđa, i gvožđa i kiseonika je jednostavno različit broj protona

u njihovim atomima. Vazduh koji dišemo, naše telo, biljke i životinje, planete u svemiru, živo i

neživo, gorko i slatko, čvrsto i tečno, sve... sve ovo je izgrađeno od protona, neutrona i elektrona.


Periodni sistem elemenata

Zakon periodičnosti

Slična fizička i hemijska svojstva periodično se

ponavljaju pri čemu se elementi mogu poređati po

rastućim atomskim brojevima.

Ruski hemičar Dmitrij Mendeljejev predložio je 1869. godine da se svi do tada

poznati hemijski elementi srede prema rastućim atomskim težinama i

periodičnosti njihovih osobina. Docnije se pokazalo da je za postizanje

potpune periodičnosti osobina trebalo poredjati elemente prema rastućem

atomskom broju odnosno ukupnom broju elektrona.


Simbol elementa

Atomski broj

Atomska masa

Atomski broj = broj protona

Periodni sistem elemenata se sastoji od horizontalnih redova (perioda) i

vertikalnih redova (grupa). Periode se označavaju slovima K, L, M, N, O, P, Q

ili brojevima 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, a kolone rimskim brojevima od I - VIII + (nulta)

grupa (0). Kolone I - VII dodatno su podeljene na podgrupe označene slovima

A i B. Sa porastom atomskog broja dolazi do skokovite promene osobina po

kojima se elementi medjusobno razlikuju. Elementi koji se nalaze u istoj koloni

imaju sličnu gradju spoljašnjeg elektronskog sloja te stoga i slične osobine.


Periodni sistem zasnovan na elektronskoj konfiguraciji

Plemeniti gasovi Alkalni metali

Halogeni

elementi

Slična svojstva u

vertikalnim kolonama

koje se nazivaju grupe

Vrs

te s

e z

ovu

peri

od

e

Alkalni zemljani metali

Lantanidi

Aktinidi

K

L

M

N

O

P

Q

Metali

Nemetali

Prelazni metali


Moderan periodni sistem elemenata



Elektropozitivni elementi su po svojoj prirodi metalni i odaju elektrone u

hemijskim reakcijama stvarajući pozitivne jone, ili katjone. Najviše

elektropozitivni elementi su u grupi 1A i 2A Periodnog sistema elemenata.

Elektronegativni elementi su po svojoj prirodi nemetalni i primaju elektrone

u hemijskim reakcijama stvarajući negativne jone, ili anjone. Najviše

elektronegativni elementi su u grupi 6A i 7A Periodnog sistema elemenata.

Neki elementi mogu se ponašati na elektronegativni ili elektropozitivni način

(C, Si, Ge, P itd.).

Elektropozitivni i elektronegativni elementi

Plemeniti gasovi

Hemijska svojstva atoma elemenata zavise u osnovi od reaktivnosti

najudaljenijih elektrona. Najstabilniji ili najmanje reaktivni od svih elemenata su

plemeniti gasovi ili tzv. inertni gasovi (He, Ne, Ar, Kr, Xe i Rn).

Svi oni, osim He, u zadnjoj ljusci imaju s2p6 elektronsku konfiguraciju, koja ima

veliku hemijsku stabilnost što se odražava neaktivnošću plemenitih gasova da

hemijski reaguju sa drugim elementima.

Mašinski/Tehnički materijali - Dr Marko Pantić 29 7

Elektronegativnost se definiše kao stepen kojim atom privlači elektron ka sebi.

Uporedna težnja atoma da pokaže elektropozitivno ili elektronegativno ponašanje

može se kvantitativno izraziti označavanjem svakog elementa elektronegativnim

brojem.

Kreće se u granicama od 0.7 do 4.0,

Veće vrednosti: tendencija ka preuzimanju elektrona.

Manja elektronegativnost Veća elektronegativnost

Elektronegativnost


Sledi nastavak

Documents

Građa atoma - WordPress.com · 2018. 10. 17. · Razne vrste atoma nastaju kombinacijama različitih brojeva protona, neutrona i elektrona. Ukupna masa svih čestica predstavlja