Atomy, cząsteczki i budowa atomu - Chemia Nowej Ery 7

1.Ziarnista budowa materii

Cała materia składa się z maleńkich cząstek, które są w ciągłym ruchu. Substancje takie jak metale czy woda tylko sprawiają wrażenie, że mają budowę ciągłą.

2.Dyfuzja

Samorzutne wnikanie cząstek jednej substancji między cząstki drugiej substancji, gdy są one w bezpośrednim kontakcie ze sobą. Dyfuzja świadczy o ziarnistej budowie materii i ciągłym ruchu cząstek.

3.Obserwowanie zjawiska dyfuzji w doświadczeniu

Kryształy manganianu(VII) potasu wrzucone do wody zanikają i barwią wodę, kropla atramentu barwi wodę, a zapach rozpylonego odświeżacza po chwili czuć w całej sali. Wniosek: zaszła dyfuzja - substancje samorzutnie wymieszały się z wodą lub z powietrzem.

4.W jakich substancjach zachodzi dyfuzja?

W gazach, cieczach i substancjach stałych. Najszybciej zachodzi w gazach, a najwolniej w substancjach stałych.

5.Teoria atomistyczno-cząsteczkowej budowy materii

Teoria o budowie materii z atomów i cząsteczek, która pojawiła się na początku XIX wieku i została potwierdzona doświadczalnie. Jej najważniejsze założenia przedstawił w 1803 roku John Dalton.

6.Założenia teorii Daltona o atomach

Atomy tego samego pierwiastka chemicznego są identyczne pod względem masy i rozmiarów. Atomy mają kształt kulisty. Atom jest najmniejszą cząstką pierwiastka chemicznego, która ma wszystkie cechy tego pierwiastka. Atomy łączą się, tworząc cząsteczki.

7.Założenia teorii Daltona o pierwiastku i związku chemicznym

Pierwiastek chemiczny jest zbiorem takich samych atomów, a związek chemiczny jest zbiorem takich samych cząsteczek. Rozwój nauki sprawił, że niektóre idee Daltona trzeba było później doprecyzować.

8.Atom

Najmniejsza część pierwiastka zachowująca jego właściwości chemiczne.

9.Cząsteczka

Układ złożony z połączonych ze sobą atomów tego samego pierwiastka chemicznego lub różnych pierwiastków. Na przykład cząsteczka tlenu $\ce{O2}$ składa się z dwóch atomów tlenu.

10.Atom a cząsteczka na przykładzie azotu

Atom azotu $\ce{N}$ to pojedyncza drobina pierwiastka. Cząsteczka azotu $\ce{N2}$ powstaje z połączenia dwóch atomów azotu.

11.Rozmiary atomów

Atomy są bardzo małe: średnica atomu jest rzędu $10^{-10}~\mathrm{m}$. Gdyby atom miał wielkość piłki tenisowej, dłoń byłaby tak duża, że zmieściłaby się w niej kula ziemska. Spośród wodoru, tlenu i węgla najmniejszy jest atom wodoru.

12.Masy atomów wyrażone w gramach

Są bardzo małymi liczbami, np. atom węgla ma masę $1{,}99 \cdot 10^{-23}~\mathrm{g}$, a atom tlenu $2{,}66 \cdot 10^{-23}~\mathrm{g}$. Najmniejszą masę ma atom wodoru. Dlatego gram jest zbyt dużą jednostką, by wygodnie porównywać masy atomów.

13.Jednostka masy atomowej (u)

Jednostka odpowiednia dla świata atomów: $1~\mathrm{u}$ to $\frac{1}{12}$ masy atomu izotopu węgla $\ce{^{12}C}$. $1~\mathrm{u} = 0{,}166 \cdot 10^{-23}~\mathrm{g}$. Nazwa u pochodzi od angielskiego unit - jednostka.

14.Masa atomowa

Masa atomu pierwiastka chemicznego wyrażona w jednostkach masy atomowej (u). Masy atomowe są liczbami większymi od jedności, a najmniejszą masę atomową ma wodór ($m_{\ce{H}} = 1~\mathrm{u}$).

15.Jak odczytać masę atomową z układu okresowego?

Znajdujemy pole pierwiastka i odczytujemy liczbę podaną w nim jako masę atomową (na dole pola), np. węgiel - 12,01, tlen - 16,00. Wynik podajemy w jednostkach masy atomowej: $m_{\ce{C}} = 12{,}01~\mathrm{u}$.

16.Zaokrąglanie mas atomowych do jedności

W obliczeniach chemicznych najczęściej używa się mas atomowych zaokrąglonych do jedności. Gdy pierwsza cyfra po przecinku jest równa 5 lub większa, cyfrę jedności zwiększamy o 1; gdy jest mniejsza od 5, zostawiamy ją bez zmian.

17.Co oznaczają zapisy H2, 2H i 2H2?

$\ce{H2}$ - jedna cząsteczka wodoru złożona z dwóch atomów wodoru. $\ce{2H}$ - dwa pojedyncze atomy wodoru. $\ce{2H2}$ - dwie cząsteczki wodoru, czyli razem cztery atomy wodoru. Liczba przed symbolem mówi, ile jest drobin, a mała liczba za symbolem - ile atomów jest w cząsteczce.

18.Z czego składa się atom?

Z dwóch obszarów: dodatnio naładowanego jądra atomowego w centrum i ujemnie naładowanych powłok elektronowych wokół niego, w których z dużą szybkością poruszają się elektrony.

19.Jądro atomowe

Najbardziej wewnętrzna, dodatnio naładowana część atomu, zawierająca protony i neutrony. Ładunek dodatni jądra pochodzi od protonów.

20.Proton

Cząstka wchodząca w skład jądra atomowego, oznaczana $\ce{p+}$. Ma masę ok. 1 u i ładunek +1, czyli jeden elementarny ładunek dodatni.

21.Neutron

Cząstka wchodząca w skład jądra atomowego, oznaczana $\ce{n^0}$. Ma masę ok. 1 u i jest obojętna elektrycznie (nie ma ładunku).

22.Elektron

Cząstka o ładunku ujemnym, oznaczana $\ce{e-}$, poruszająca się wokół jądra atomowego w powłokach elektronowych. Ma ładunek -1 (jeden elementarny ładunek ujemny) i masę ok. $\frac{1}{1840}~\mathrm{u}$.

23.Nukleony

Wspólna nazwa składników jądra atomowego - protonów i neutronów (łac. *nucleus* - jądro). Liczba nukleonów w jądrze to liczba masowa A.

24.Gdzie skupiona jest masa atomu?

Praktycznie cała masa atomu jest skupiona w jądrze atomowym. Masa elektronów jest tak mała w porównaniu z masą protonów i neutronów, że właściwie nie wpływa na masę atomu.

25.Powłoki elektronowe

Obszary wokół jądra atomowego, w których poruszają się elektrony. Powłokę najbliższą jądru oznacza się literą K, a kolejne literami L, M, N, O, P, Q - największe znane atomy mają siedem powłok.

26.Maksymalna liczba elektronów w powłokach i kolejność ich zapełniania

Jako pierwsza zapełnia się powłoka najbliższa jądra, potem coraz dalsze. Powłoka K mieści najwyżej 2 elektrony, L - 8, M - 18, a N - 32.

27.Powłoka walencyjna

Dla pierwiastków grup 1., 2. oraz 13.-18. jest to powłoka elektronowa najbardziej oddalona od jądra atomowego, czyli ostatnia powłoka.

28.Elektrony walencyjne

Elektrony w powłoce walencyjnej, czyli najbardziej oddalonej od jądra atomu. Biorą udział w tworzeniu wiązań (dzięki nim atomy łączą się m.in. w cząsteczki) i decydują o właściwościach chemicznych pierwiastka.

29.Rdzeń atomowy

Jądro atomowe razem z elektronami niewalencyjnymi, czyli wszystkimi elektronami oprócz tych z ostatniej powłoki.

30.Dlaczego atom jest elektrycznie obojętny?

Bo liczba protonów w jądrze jest równa liczbie elektronów w powłokach. Ładunki dodatnie protonów i ujemne elektronów się równoważą.

31.Liczba atomowa (Z)

Liczba protonów w jądrze atomowym. W atomie jest ona równa także liczbie elektronów: Z = liczba protonów = liczba elektronów. Liczba atomowa jest jednocześnie liczbą porządkową pierwiastka w układzie okresowym.

32.Pierwiastek chemiczny

Zbiór atomów o takiej samej liczbie atomowej.

33.Liczba masowa (A)

Liczba nukleonów, czyli suma liczby protonów i liczby neutronów w jądrze atomowym: A = liczba protonów + liczba neutronów. Liczbę neutronów obliczamy jako A - Z.

34.Zapis z liczbą masową i atomową przy symbolu pierwiastka

Liczby zapisuje się z lewej strony symbolu chemicznego E: u góry liczbę masową A, u dołu liczbę atomową Z. Na przykład $\ce{^{23}_{11}Na}$ oznacza atom sodu o liczbie masowej 23 i liczbie atomowej 11.

35.Jak ustalić liczbę protonów, neutronów i elektronów w atomie?

Z zapisu odczytujemy liczbę masową A (u góry) i atomową Z (u dołu). Liczba protonów = Z, liczba elektronów = Z, a liczba neutronów = A - Z. Na przykład w atomie $\ce{^{27}_{13}Al}$ jest 13 protonów, 13 elektronów i 14 neutronów.

36.Konfiguracja elektronowa

Rozmieszczenie elektronów w powłokach, czyli liczba elektronów w każdej powłoce. Zapisuje się ją literami powłok z liczbą elektronów w indeksie górnym, np. azot (7 elektronów): $K^2L^5$.

37.Jak narysować uproszczony model atomu?

Z liczby atomowej ustalamy liczbę protonów w jądrze i liczbę elektronów. Elektrony rozmieszczamy od powłoki najbliższej jądra: K mieści najwyżej 2, L - najwyżej 8, a resztę umieszczamy w kolejnej powłoce. Elektrony ostatniej powłoki to elektrony walencyjne.

38.Uproszczony model atomu azotu

Jądro ma ładunek +7 (7 protonów). W powłoce K są 2 elektrony niewalencyjne, a w powłoce L - 5 elektronów walencyjnych. Konfiguracja elektronowa: $K^2L^5$.

39.Diament i grafit - te same atomy, różne substancje

Obie odmiany są zbudowane wyłącznie z atomów węgla, ale atomy są w nich połączone w inny sposób, dlatego mają różne właściwości. Grafit jest ciemnoszary i miękki, a diament to bezbarwny kryształ - najtwardsza substancja występująca na Ziemi.