Teme

Da li ste znali?

Demokrit

Demokrit, grčki filozof koji je cca. 450. godine p.K. zastupao tezu da se tvari sastoje od sitnih, oku nevidljiv i nedjeljivih čestica - atoma.

Tražilica

Atomska struktura tvari

Glossary Link Atom je osnovni i najsitniji sastojak tvari koji sadrži svojstva elementa. Sastoji se od atomske jezgre i elektrona u elektronskom omotaču oko nje. Jezgra je sastavljena od nukleona što je zajedničko ime za protone i neutrone, a njena dimenzija je reda veličine 10-15 – 10-14 m. Atom, odnosno elektronski omotač oko jezgre zauzima prostor promjera reda veličine 10-10 m. Atom kao cjelina električki je neutralan, jer je broju protona (Z), koji nose elementarni pozitivan naboj (+e), pridružen jednak broj (Z) elektrona u elektronskom omotaču, svaki s negativnim elementarnim (-e) nabojem.

Ideja da se tvari sastoje od svojih najsitnijih djelova-atoma-postojala je već u antičkoj Grčkoj, no ona je znanstveno fundirana tek u 19. stoljeću, a za otkriće strukture atoma trebalo je doći u 20. stoljeće. Današnja je slika atoma, da je on nalik našem – Sunčevom planetarnom sustavu, u kojoj ulogu Sunca igra atomska jezgra, a ulogu planeta sustava igraju elektroni. To je dakako vrlo gruba analogija, no dovoljna da bi model atoma zvali planetarnim modelom atoma.

Najveći dio atoma ustvari zauzima prazni prostor, jer dimenzije jezgre u kojoj je sadržano 99,98% mase atoma, reda su veličine 10-15 – 10-14 m, a veličina samog atoma reda je veličine 10-10 m. Prostorom od jezgre do granice atoma gibaju se elektroni, koji su u usporedbi s jezgrom gotovo zanemarive mase (0,02% mase atoma). Veličina elektrona do danas nije izmjerena, no ako uopće imaju neku dimenziju onda promjer elektrona mora biti manji od 10-18 m.

Atom je električki neutralan, što znači da se broj negativnih elementarnih naboja koje posjeduje svaki Glossary Link elektron, poništava s jednakim brojem pozitivnih elementarnih naboja u jezgri atoma. Glossary Link Elementarni naboj, kako sam naziv kaže, najmanji je i nedjeljiv naboj, označava se malim slovom e i iznosi ±1,6 ∙ 10-19 C (kulona). Naboj elektrona je – e, a naboj jezgre iznosi +Ze, gdje Z predstavlja broj elektrona u atomu i ujedno broj pozitivnih elementarnih naboja u jezgri. Jezgra atoma uz protone sadrži i neutrone, neutralne elementarne čestice približno jednake mase masi protona. Neutrona ima najmanje koliko i protona, a kako masa jezgre (atoma) raste, tako broj neutrona sve više nadmašuje broj protona.

Elementi se međusobno razlikuju brojem protona u jezgri (brojem elektrona u omotaču), tako da broj Z odlučuje o kojem se elementu radi. Taj se broj naziva rednim, ili atomskim brojem elementa, jer on u skupu svih poznatih elemenata zauzima redom brojeve 1, 2, 3, 4, ……..103 (dosad najveći otkriven Glossary Link element). Kako jezgre istog elementa (istog broja Z) mogu sadržavati različiti broj neutrona, uveden je i tzv.: „maseni” broj A, jednak ukupnom broju nukleona, kako se jedinstveno zovu protoni i neutroni, u jezgri. Atomi istog rednog broja Z, a različitog broja nukleona A, čine izotope elementa o kojem je riječ. Usvojen je standardan način označavanja izotopa pojedinog elementa, ispred simbola elementa, dva su broja, donji indeks označava redni a gornji indeks Glossary Link maseni broj, primjerice 168O, označava Glossary Link izotop kisika s 8 protona i 16 nukleona (8 protona i 8 neutrona).

Istraživanja Avogadra (Amadeo Avogadro 1811.) dovela su do formuliranja danas opće poznatog zakona: „Jednaki volumeni idealnog plina, na istoj temperaturi i tlaku, sadrže isti broj molekula”. Jedan mol idealnog plina zauzima 22,4 litara (dm3) pod standardnim uvjetima (0 °C = 273 K i tlak od jedne standardne atmosfere – 101,325 kPa) i sadrži NA = 6,022 ∙ 1023 molekula. NA zovemo Avogadrovim brojem.

U bliskoj vezi s Avogadrovim istraživanjem je i definicija „gram-atoma” nekog elementa za kojeg vrijedi da on iznosi onoliko grama kolika je atomska težina dotičnog elementa izražena u atomskim jedinicama mase (u). Gram-atom sadrži Avogadrov broj atoma. Suvremena skala atomskih i molekularnih masa (težina) kao jediničnu atomsku masu (u) uzima 1/12 atomske mase izotopa ugljika 12C (1 u = 1,6605 ∙ 10-27 kg).

Planetarni je model atoma zahtijevao objašnjenje mehanizma koji sprečava elektrone da budu privučeni u jezgru-centralni pozitivni dio atoma, jer među njima vlada jaka privlačna (Coulombova) sila. Smionom pretpostavkom da u mikrosvijetu vladaju drugačiji fizikalni zakoni od onih u našem–makrosvijetu, Niels Bohr je 1913. predložio model atoma koji nosi njegovo ime. Njega je primjenio na vodikov, kao najednostavniji atom sa samo jednim elektronom i dobio je izvanredno slaganje s energijama, odnosno valnim duljinama vodikovog emisijskog spektra. Njegov se model temelji na pretpostavci o postojanju određenih kružnih staza oko jezgre u kojima elektroni kruže bez emitiranja energije. U svakoj stazi elektroni posjeduju energiju karakterističnu za spomenutu stazu, a energija se emitira i apsorbira „skakanjem” - prelaskom elektrona iz jedne u drugu stazu. Te su staze određene zahtjevom da kutna količina gibanja elektrona (mvr) iznosi cijeli broj reducirane Planckove konstante =h/2π (h = 6,6261 ∙ 10-34 Js; = 1,0546 ∙ 10-34 Js):

mvr = n

gdje m predstavlja masu elektrona, v njegovu brzinu, r polumjer staze, a n, zvan kvantnim brojem stanja, cijeli broj, n = 1, 2, 3,...

Time je kvantizacija uvedena u svijet atoma. Razrada Bohrovog modela, omogućila je izračun polumjera svake staze i energiju pojedinog stanja, pri čemu se emisija i apsorpcija energije odvija „skakanjem” elektrona između dozvoljenih staza, odnosno između kvantnih brojeva.

U Bohrovom modelu vodikovog atoma postoje kružne staze označene glavnim kvantnim brojevima (n) u kojima je elektron u stacionarnom stanje, kružeći oko jezgre bez zračenja energije, da bi se zračenje (kao i apsorpcija) energije dogodilo prelaskom – skakanjem između spomenutih staza.

Bohrov model je pokazao vrlo dobro, premda ne i savršeno, slaganje s eksperimentima. Bohrov model nije primjenjljiv na atome s više elektrona.