Atomy, cząsteczki i budowa atomu

1.Ziarnista budowa materii

Każda substancja składa się z bardzo małych drobin (atomów, cząsteczek lub jonów). Między drobinami są wolne przestrzenie, drobiny są w ciągłym ruchu i wzajemnie się przyciągają.

2.Atom

Najmniejsza część pierwiastka chemicznego, która zachowuje jego właściwości. Składa się z dodatnio naładowanego jądra i krążących wokół niego elektronów. Nazwa pochodzi od greckiego słowa „atomos”, czyli „niepodzielny”.

3.Cząsteczka

Drobina zbudowana z co najmniej dwóch atomów połączonych wiązaniami chemicznymi. Atomy mogą być jednakowe, np. $\mathrm{O_2}$, $\mathrm{H_2}$ (cząsteczki pierwiastków), albo różne, np. $\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{CO_2}$ (cząsteczki związków chemicznych).

4.Pierwiastek chemiczny

Substancja zbudowana z atomów o tej samej liczbie atomowej $Z$, czyli o tej samej liczbie protonów w jądrze. Np. wszystkie atomy tlenu mają 8 protonów.

5.$\mathrm{H}$, $\mathrm{2H}$, $\mathrm{H_2}$, $\mathrm{2H_2}$

$\mathrm{H}$ to jeden atom wodoru, $\mathrm{2H}$ to dwa oddzielne atomy wodoru, $\mathrm{H_2}$ to jedna cząsteczka wodoru zbudowana z dwóch atomów, a $\mathrm{2H_2}$ to dwie cząsteczki wodoru (razem cztery atomy).

6.Dyfuzja

Samorzutne mieszanie się drobin jednej substancji z drobinami drugiej, wynikające z ich ciągłego, chaotycznego ruchu. Przykłady: zapach perfum rozchodzi się po pokoju, woda wokół torebki herbaty sama się zabarwia.

7.Wpływ temperatury na dyfuzję

Im wyższa temperatura, tym szybciej poruszają się drobiny i tym szybciej zachodzi dyfuzja. Kryształek barwnika, np. manganianu(VII) potasu, szybciej zabarwia ciepłą wodę niż zimną.

8.Dyfuzja w różnych stanach skupienia

Dyfuzja jest najszybsza w gazach, wolniejsza w cieczach i najwolniejsza w ciałach stałych. W gazach drobiny są najdalej od siebie i poruszają się najswobodniej.

9.Mieszanie wody z etanolem

Po zmieszaniu $50\,\mathrm{cm^3}$ wody i $50\,\mathrm{cm^3}$ etanolu otrzymuje się mniej niż $100\,\mathrm{cm^3}$ cieczy. Drobiny jednej cieczy wnikają w wolne przestrzenie między drobinami drugiej, co dowodzi ziarnistej budowy materii.

10.Model atomu Daltona

Na początku XIX wieku John Dalton uznał, że atomy to maleńkie, niepodzielne kulki, a wszystkie atomy danego pierwiastka są jednakowe. Ten model nie przewidywał żadnych cząstek wewnątrz atomu.

11.Model atomu Thomsona

Joseph John Thomson odkrył elektron (1897) i przedstawił atom jako dodatnio naładowaną kulę, w której tkwią ujemne elektrony. Model nazywa się „ciastem z rodzynkami”.

12.Model atomu Rutherforda

Ernest Rutherford ostrzeliwał cienką złotą folię cząstkami alfa. Większość przelatywała na wylot, a nieliczne odbijały się. Wniosek (1911): w środku atomu jest małe, dodatnie jądro skupiające prawie całą masę, a elektrony krążą wokół niego. Atom to głównie pusta przestrzeń.

13.Model atomu Bohra

Niels Bohr (1913) zaproponował, że elektrony krążą wokół jądra tylko po określonych orbitach, czyli powłokach elektronowych, a każdej powłoce odpowiada określona energia. Na tym modelu opiera się szkolne rysowanie powłok K, L, M.

14.Jądro atomowe

Bardzo mała, centralna część atomu, zbudowana z protonów i neutronów. Ma ładunek dodatni i skupia prawie całą masę atomu, choć jest dziesiątki tysięcy razy mniejsze od całego atomu.

15.Proton $\mathrm{p^+}$

Cząstka znajdująca się w jądrze atomowym, o ładunku $+1$ i masie około $1\,\mathrm{u}$. Liczba protonów decyduje o tym, jaki to pierwiastek.

16.Neutron $\mathrm{n^0}$

Cząstka znajdująca się w jądrze atomowym, bez ładunku elektrycznego (ładunek $0$), o masie około $1\,\mathrm{u}$, prawie takiej samej jak masa protonu.

17.Elektron $\mathrm{e^-}$

Cząstka o ładunku $-1$, poruszająca się wokół jądra na powłokach elektronowych. Jego masa jest około 1840 razy mniejsza od masy protonu, dlatego prawie nie wpływa na masę atomu.

18.Nukleony

Wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli cząstek tworzących jądro atomowe (łac. nucleus, czyli jądro).

19.Liczba atomowa $Z$

Liczba protonów w jądrze atomu. W obojętnym atomie jest równa liczbie elektronów. To także liczba porządkowa pierwiastka w układzie okresowym, np. tlen ma $Z = 8$, sód $Z = 11$.

20.Liczba masowa $A$

Suma protonów i neutronów (nukleonów) w jądrze atomu. Liczbę neutronów obliczamy ze wzoru $n = A - Z$.

21.Zapis ${}^{A}_{Z}\mathrm{E}$

Liczbę masową $A$ zapisujemy u góry po lewej stronie symbolu pierwiastka, a liczbę atomową $Z$ na dole po lewej. Np. ${}^{23}_{11}\mathrm{Na}$: 11 protonów, 11 elektronów i $23 - 11 = 12$ neutronów.

22.Atom elektrycznie obojętny

Atom ma tyle samo elektronów, ile protonów, więc ładunki dodatnie i ujemne się równoważą, a cały atom nie ma ładunku.

23.Powłoka elektronowa

Obszar wokół jądra, w którym poruszają się elektrony o podobnej energii. Kolejne powłoki od jądra oznacza się literami K, L, M, N. Na powłoce K mieści się najwyżej 2 elektrony, na L najwyżej 8, a na M najwyżej 18.

24.Konfiguracja elektronowa

Rozmieszczenie elektronów na powłokach, zapisywane od powłoki najbliższej jądra. Elektrony rozmieszczamy po kolei, zaczynając od powłoki K, ale na powłoce zewnętrznej może być najwyżej 8 elektronów. Np. sód ($Z = 11$): $\mathrm{K^2L^8M^1}$, chlor ($Z = 17$): $\mathrm{K^2L^8M^7}$, potas ($Z = 19$): $\mathrm{K^2L^8M^8N^1}$, a nie $\mathrm{K^2L^8M^9}$.

25.Elektrony walencyjne

Elektrony z ostatniej, zewnętrznej powłoki atomu. Decydują o właściwościach chemicznych pierwiastka i biorą udział w tworzeniu wiązań. Np. tlen $\mathrm{K^2L^6}$ ma 6 elektronów walencyjnych.

26.Położenie w układzie okresowym a budowa atomu

Numer okresu to liczba powłok elektronowych. W grupach 1 i 2 liczba elektronów walencyjnych równa się numerowi grupy, a w grupach 13-18 jest o 10 mniejsza od numeru grupy (wyjątek: hel ma 2 elektrony walencyjne).

27.Izotopy

Atomy tego samego pierwiastka (ta sama liczba protonów), które różnią się liczbą neutronów, a więc i liczbą masową. Np. izotopy wodoru: prot ${}^{1}_{1}\mathrm{H}$, deuter ${}^{2}_{1}\mathrm{H}$ i tryt ${}^{3}_{1}\mathrm{H}$.