⚛️ Stavba atomu a izotopy

Měřítkem

O čem to je

Všechno kolem tebe – vzduch, voda, tvoje ruka – je složené z atomů. Jsou tak malé, že přes šířku tečky za větou by se jich vedle sebe vešlo několik milionů.

Když pochopíš, z čeho se atom skládá, pochopíš, proč je zlato zlatem a kyslík kyslíkem, jak funguje jaderná elektrárna a jak archeologové určí stáří kostí.

Nové pojmy

AtomNejmenší částice prvku, která má ještě jeho vlastnosti. Skládá se z jádra uprostřed a elektronového obalu kolem.
Proton (p⁺)Částice v jádře s kladným nábojem +1. Hmotnost asi 1 u.u = atomová hmotnostní jednotka, asi 1,66 · 10⁻²⁷ kg – zhruba hmotnost jednoho protonu.
Neutron (n⁰)Částice v jádře bez náboje. Hmotnost také asi 1 u.
Elektron (e⁻)Částice v obalu se záporným nábojem −1. Je asi 1836× lehčí než proton.
NukleonSpolečný název pro částice v jádře – protony a neutrony.

Zvětšíme atom

Kdyby bylo jádro velké jako zrnko máku, celý atom by byl velký jako fotbalový stadion. Mezi jádrem a elektrony je skoro prázdný prostor.

Přitom jádro nese přes 99,9 % hmotnosti atomu. Elektrony jsou tak lehké, že jejich hmotnost skoro nehraje roli.

Jaký náboj má atom, který má 11 protonů a 11 elektronů?
Každý proton +1, každý elektron −1. 11 · (+1) + 11 · (−1) = 0. Atom je elektricky neutrální. Tak je to u každého atomu: protonů je stejně jako elektronů.

Co určuje prvek

Protonové číslo ZPočet protonů v jádře. Určuje, o jaký prvek jde. Prvek je látka z atomů se stejným Z.Z = 6 je vždy uhlík, Z = 8 vždy kyslík.
Nukleonové číslo APočet všech nukleonů – protonů a neutronů dohromady.Uhlík ¹²C má A = 12: 6 protonů + 6 neutronů.
IzotopyAtomy téhož prvku (stejné Z), které mají různý počet neutronů (a tedy různé A). Chemicky se chovají skoro stejně.Vodík: ¹H protium (0 neutronů), ²H deuterium (1), ³H tritium (2).
IonAtom, který ztratil nebo získal elektrony, a má tedy náboj. Kladný = kation, záporný = anion.Mg²⁺ ztratil 2 elektrony, S²⁻ získal 2.
Kolik elektronů má ion Mg²⁺ (Z = 12)?
Neutrální hořčík má 12 elektronů. Náboj 2+ znamená, že 2 elektrony ztratil. 12 − 2 = 10 elektronů.

Nestabilní jádra

RadioaktivitaNěkterá jádra jsou nestálá a sama se rozpadají. Vyzařují přitom záření: α (jádra helia ⁴He), β⁻ (elektrony), γ (elektromagnetické záření s velkou energií).Izotop uhlíku ¹⁴C se rozpadá pomalu a známým tempem (polovina za asi 5 730 let) – proto se jím určuje stáří kostí a dřeva.

Klepni na karty a zopakuj si částice.

  • proton – v jádře, náboj +1, asi 1 u
  • neutron – v jádře, bez náboje, asi 1 u
  • elektron – v obalu, náboj −1, 1836× lehčí než proton
  • izotopy – stejné Z, různý počet neutronů
✗Izotopy se liší počtem protonů.
✓Izotopy mají stejný počet protonů, liší se počtem neutronů.

Kdyby se změnil počet protonů, změnilo by se Z – a byl by to jiný prvek.

Atom = malé těžké jádro (protony + neutrony) a lehký obal z elektronů. Prvek určuje protonové číslo Z. Izotopy se liší počtem neutronů.

Zápis nuklidu

O čem to je

Chemici potřebují o každém druhu atomu říct dvě věci: který je to prvek a jak je těžký. Vymysleli na to krátký zápis s dvěma čísly u značky prvku.

Když ho umíš číst, spočítáš z něj protony, neutrony i elektrony – a to se hodí v chemii, fyzice i medicíně (radioaktivní izotopy).

Nové pojmy

Částice atomuJádro tvoří protony (náboj +1, hmotnost ≈ 1 u) a neutrony (bez náboje, ≈ 1 u). Obal tvoří elektrony (náboj −1, asi 1836× lehčí než proton).u = atomová hmotnostní jednotka ≈ 1,66 · 10⁻²⁷ kg.
Protonové číslo ZPočet protonů. Píše se vlevo dole u značky. Určuje prvek a jeho místo v periodické tabulce.
Nukleonové číslo APočet protonů + neutronů (nukleonů). Píše se vlevo nahoře.
NuklidDruh atomů s určitým Z i A.²³Na (Z = 11) je nuklid sodíku s 23 nukleony.
IzotopyNuklidy téhož prvku – stejné Z, různé A (jiný počet neutronů).

Jak zápis číst

Zápis vypadá jako ᴬ_Z X: nahoře A, dole Z, vpravo značka prvku. Z se často vynechává, protože ho určuje už značka.

Protony = Z (najdeš i v periodické tabulce).
Neutrony N = A − Z.
Elektrony v neutrálním atomu = Z.
U iontu: kladný náboj → elektrony ubyly; záporný náboj → přibyly.
VeličinaVýznamPro ²³Na (Z = 11)
Zpočet protonů11
Aprotony + neutrony23
N = A − Zpočet neutronů12
elektronyv neutrálním atomu = Z11
Kolik neutronů má ³⁵Cl (Z = 17)?
N = A − Z = 35 − 17 = 18 neutronů.
Kolik elektronů má ion S²⁻ (Z = 16)?
Neutrální síra má 16 elektronů. Náboj 2− znamená, že 2 elektrony přibyly: 16 + 2 = 18.

Izotopy v praxi

NuklidNázev / užití
¹Hprotium – běžný vodík
²Hdeuterium – těžká voda
³Htritium – radioaktivní
¹²Cnejběžnější uhlík
¹⁴Cradioaktivní, datování nálezů
Radioaktivní rozpadSamovolná přeměna nestálého jádra za vzniku záření. α = jádra helia ⁴He (2 p + 2 n), β⁻ = elektrony, γ = elektromagnetické vlnění.¹⁴C se rozpadá s poločasem asi 5 730 let – podle toho, kolik ho v kosti zbylo, se určí její stáří.

Procvič si to: roztřiď údaje podle toho, k čemu patří.

✗Prvek se pozná podle nukleonového čísla A.
✓Prvek určuje protonové číslo Z.

Například ¹⁴C a ¹⁴N mají stejné A = 14, ale jsou to různé prvky (Z = 6 a Z = 7).

Z = protony = prvek. A = protony + neutrony. Neutrony N = A − Z. Elektrony = Z minus náboj iontu.
🌀Elektronový obal a konfigurace