Атоми, МолекулиАтоми, Молекулии Јони

1

Како што видовме претходно, Атомите и молекулите се составен дел од Како што видовме претходно, Атомите и молекулите се составен дел од материјата.материјата. Огромна била желбата уште од дамнешни времиња да се Огромна била желбата уште од дамнешни времиња да се осознае од што е изградена материјата и каква е нејзината стурктура. Ако осознае од што е изградена материјата и каква е нејзината стурктура. Ако пред 20тина години беше тешко или невозможно да се набљудуваат атомите, пред 20тина години беше тешко или невозможно да се набљудуваат атомите, денес постојат техники, како денес постојат техники, како Scanning Tunneling MicroscopeScanning Tunneling Microscope техника со која техника со која може да се гледаат атоми.може да се гледаат атоми.

2

Атоми и МолекулиАтоми и Молекули

АтомиАтоми

�� НајмалатаНајмалата неделливанеделлива честичкачестичкаодод еденеден хемискихемиски елементелемент

�� МожатМожат дада егзистираатегзистираат какокакоМожатМожат дада егзистираатегзистираат какокакоиндивидуалнииндивидуални единкиединки илиили дадавлезатвлезат вово хемискахемиска комбинацијакомбинација

МолекулиМолекули

�� СеСе комбинацијакомбинација одод повеќеповеќеатомиатоми

3

Структура на атомот и материјатаСтруктура на атомот и материјата

--Историски прегледИсториски преглед--

�� СтарогрСтарогрчкитечките филозофифилозофи верувалеверувале декадека материјатаматеријата сесе состоисостои одод ситниситнинеделивинеделиви честичкичестички нареченинаречени атомиатоми (“(“атомосатомос” ” -- неделивнеделив))

�� АтомскоАтомско молекулскамолекулска теоријатеорија нана англичанецотангличанецот ЏонЏон ДалтонДалтон ((првапрваполовинаполовина нана XIX XIX веквек) е ) е првапрва теоријатеорија сосо современисовремени гледиштагледишта заза материјатаматеријатаи и атомитеатомите

ПостулатиПостулати::

�� МатеријатаМатеријата сесе состоисостои одод ситниситни, , неуништивинеуништиви и и неделивинеделиви честичкичестички�� МатеријатаМатеријата сесе состоисостои одод ситниситни, , неуништивинеуништиви и и неделивинеделиви честичкичестичкинареченинаречени атомиатоми..

�� АтомитеАтомите нана еденеден истист елементелемент сесе идентичниидентични..�� АтомитеАтомите нана различнитеразличните елементиелементи имаатимаат различниразлични својствасвојства и и различниразлични

масимаси..�� ХемискитеХемиските соединенијасоединенија сесе образуваатобразуваат сосо сврзувањесврзување нана атомиатоми нана различниразлични

елементиелементи..�� ПриПри хемискитехемиските реакцииреакции доаѓадоаѓа додо прегрупирањепрегрупирање нана атомитеатомите и и добивањедобивање нана

новинови супстанцисупстанци. . ПриПри тоатоа неманема нитуниту создавањесоздавање, , нитуниту уништувањеуништување нанаатомитеатомите..

4

Откривањето на Структурата на Атомот -

е една од најголемите мистерии, воопшто

5

Втора половина на Втора половина на XIX XIX веквек--

значајни настани што довеле до откривањто на значајни настани што довеле до откривањто на

структурата на атомитеструктурата на атомите

�� 1877 1877 годгод. . JohnstoneJohnstone StoneyStoney, , електриелектричнатачната струјаструја ее составенасоставена одод ситниситничестичкичестички нареченинаречени ЕЛЕКТРОНИЕЛЕКТРОНИ коикои сесе деловиделови одод атомотатомот;;

�� 1895 1895 год.год. германскиот физичар германскиот физичар Wilhelm Wilhelm KonradKonrad RondgenRondgen ги откриваги открива XX--зраците кои се нарачени рендгенски зраци;зраците кои се нарачени рендгенски зраци;

�� 1896 1896 годгод. Henry Becquerel. Henry Becquerel -- радиоактивнострадиоактивност;;�� 1897 1897 годгод. J. Thomson. J. Thomson -- катоднитекатодните зрацизраци сесе честичкичестички сосо негативеннегативен

електриченелектричен полнежполнеж ((електрониелектрони) ) чијачија масамаса ее 1836 1836 патипати помалапомала одод масатамасатанана најлеснотонајлесното атомскоатомско јадројадро јадротојадрото нана водородотводородотелектриченелектричен полнежполнеж ((електрониелектрони) ) чијачија масамаса ее 1836 1836 патипати помалапомала одод масатамасатанана најлеснотонајлесното атомскоатомско јадројадро--јадротојадрото нана водородотводородот;;

�� 1908 1908 годгод. . новозеландскиотновозеландскиот физичарфизичар Ernest Ernest RutherfodRutherfod утврдилутврдил декадекарадиоактивноторадиоактивното зрачењезрачење сесе состоисостои одод αα ((хелиумовихелиумови јадрајадра) ) ииββ((струјаструја одод електрониелектрони) ) зрацизраци;;

�� 1909 1909 годгод. R. A. Millikan. R. A. Millikan -- полнежотполнежот нана електронотелектронот изнесуваизнесува 1,602 1,602 ×× 1010--1919

C C ((кулоникулони). ). ОваОва количествоколичество електричествоелектричество сесе сметасмета заза единеченединеченелектриченелектричен полнежполнеж;;

�� 1919 1919 годгод. . RutherfodRutherfod: : сосо бомбардирањебомбардирање нана атомиатоми одод азотазот сосо αα честичкичестички сесеобразуваатобразуваат водородниводородни јадрајадра, , нареченинаречени ПРОТОНИПРОТОНИ; ;

�� 1932 1932 годгод. James Chadwick . James Chadwick -- вово атомскотоатомското јадројадро постојатпостојат честичкичестички коикоинемаатнемаат полнежполнеж ии сесе нареченинаречени НЕУТРОНИНЕУТРОНИ. .

6

Радиоактивност Радиоактивност -- што енормно придонесува за што енормно придонесува за откривање на структурата на атомите откривање на структурата на атомите

Радиоактивност - е спонтана емисија на зрачење

од јадрата на некои хемиски елементи

Раздвојување Раздвојување на α, β. и γ зраци

7

Алфа зраци-јадра на хелиум-

составени од два протони и два

неутрони

Бета-електрони со голема

енергија

Гама-енергија што се ослободува

при премин од една во друга

нуклеарна состојба

��RaRa226226 �� Rn222 + HeRn222 + He44((αα))

Видови на зрачење

8

Експериментот на RutherfordRutherford

Најбитниот експеримент што довелНајбитниот експеримент што довел

До откривање на структурата на атомотДо откривање на структурата на атомот

Rutherford извел експеримент во кој на патот на извор од алфа зраци ставил парче од злато и со помош на микроскоп ставен зад површината на металот набљудувал што се случувало со првобитните алфа зраци кои паѓале на површината од златото-дали тие биле одбиени под некој агол или пак го задржале својот правец. Тој забележал дека најголем дел одалфа зраците (позитивни честички) не го смениле својот правец, што имплициралодека позитивните зраци без проблем поминувале низ атомите на злато на дека позитивните зраци без проблем поминувале низ атомите на злато на металната фолија, а само мал дел од зраците биле одбиени и го смениле правецот.Заклучок: делот од кој се одбиваат позитивните алфа честички мора да е

позитивен, и тој дел од атомот е многу многу мал!

Извор на αзраци

Подвижен микроскоп Зlатна

плочка

9

10

јадро

Простор каде се движат електроните

Извор на алфа зраци

злато

зраци

11

�� Атомот Атомот генералногенерално гледаногледано е “е “празенпразен” ” просторпростор

�� ЦелиотЦелиот позитивенпозитивен полнежполнеж и и скороскороцелокупнатацелокупната масамаса е е сместенасместена вово многумногу малмал

Rutherford – ов модел за атомот Главни заклучоци

целокупнатацелокупната масамаса е е сместенасместена вово многумногу малмалпросторпростор нареченнаречен јадројадро. .

�� ЕлектронитеЕлектроните сесе сместенисместени вово еденедентаканаречентаканаречен електронскиелектронски облакоблак штошто гогоопкружуваопкружува јадротојадрото

12

Атомот се Атомот се состоисостои

((главноглавно) ) одод

�� протонипротони

�� неутронинеутрони

�� електрониелектрони

�� ПротониПротони

-- се сместени во јадротосе сместени во јадрото

-- релативен полнежрелативен полнеж +1+1

-- релативна маса релативна маса 1.0073 1.0073 amuamu

�� НеутрониНеутрони

-- се сместени во јадротосе сместени во јадрото�� електрониелектрони -- се сместени во јадротосе сместени во јадрото

-- немаат полнежнемаат полнеж

-- релативна мса од релативна мса од 1.0087 1.0087 amuamu

�� ЕлектрониЕлектрони

-- Се сместени во електронската Се сместени во електронската обвивка обвивка

-- релативен полнежрелативен полнеж --11

-- релативна маса релативна маса 0.00055 0.00055 amuamu

Честичка Маса Полнеж

протон 1,6726 ×××× 10-27 kg + 1,602 ×××× 10-19 C

неутрон 1,6749 ×××× 10-27 kg 0

електрон 9,109 ×××× 10-31

kg -1,602 ×××× 10-19

C

13

Големина на јадрото во однос на Големина на јадрото во однос на

атомотатомот

Ако јадрото има дијаметар

тогаш дијаметарот на атомот ќе биде 2.5

km.дијаметар1 cm,

Скоро целата маса на атомот е концентрирана во атомското јадро.

Густината на атомското јадро е околу 1014 g/cm3.

(1 cm3 исполнет со атомски јадра би тежел околу 100 милиони тони!!)14

Niels Bohr

Врз база на експериментите на Rutheford, Bohr ја развил првата современа теорија за структура на атомот

Планетарен модел на атом

15

-Атомско јадро “Сонце“- во кое се сместени протоните и неутроните-Орбити-патеки по кои кржат планетите, т.е. електроните

Моделот на Bohr во тоа време бил визуелно добар,

ама.....неодржлив. Еве зошто:

16

-секоја честичка (па и електорнот) што се движи, постепено губи од својата енергија и еден момент треба да падне во јадрото -Последицата од тоа би била – Колапс на атомот, а тоа не се случува во природата

Денес постои Современа теорија за структурата на атомот, развиена во 20-тите години на минатиот век –

Квантно механичка теорија

Според неа, атомот е составен од:

- Јадро – во кое се сместени протони, неутрони, уште многу други честички од познат и непознат вид ...

- Електронска обвивка, во која, состојбата на електроните е определена преку четири квантни броја. Главни заклучоци на квантно-механичката теорија се:Главни заклучоци на квантно-механичката теорија се:

- електроните се сместени во нивоа и секој електрон има точно

определена енергија.

- За да се направи премин на елекронот од едно ниво на друго, потребно

е да се доведе количество на енергија што одговара на разликата во

енергиите помеѓу тие две енергетски нивоа

-Не постојат два електрони во еден ист атом кои што имаат идентична

енергија – тоа значи дека:

- во еден ист атом сите електрони се различни!!!

- На оваа тема повеќе во наредните лекции...17

ДаДа сесе запамтизапамти:: вово нивнатанивната основнаосновна состојбасостојба,, ситесите атомиатоми сесеелектронеутралниелектронеутрални,, тт..ее.. ВоВо електронеутралнитеелектронеутралните атоми,атоми, бројотбројот нана

протонипротони вово јадротојадрото ее секогашсекогаш еднаковеднаков сосо бројотбројот нана електрониелектрони вово

обвивкатаобвивката..

Што ќе се случи кога еден атом ќе испушти или ќе добие еден

електрон?

- Тогаш се добиваат наелектризирани атоми или група од атоми нарачени ЈОНИнарачени ЈОНИ- Јоните кои имаат позитивен нето полнеж се наречени КАТЈОНИ -

Sa+, Li+, SH4+, Fe3+, U6+...

- Јоните со негативен нето полнеж се наречени АНЈОНИ Cl-, SO3-,

PO43-, ...

Атом на Натриум

во основна состојба

на катјон Sa1+

18

Хемиски елементи, изотопи, атомска маса...

Секој атом од било кој хемиски елемент си има сопствено име и симбол

-Симболот најчесто е кратенка од латинското или грчкото име на елементот, или пак-кратенка од името на тој што го открил хемискиот елемент, или од некој заслужен научник, земја на потекло, минерал...или од некој заслужен научник, земја на потекло, минерал...

Пример: Natrium- Na; Thalium- Tl; Einstainium- Es; Polonium- Po; Bohr- B, Europium-Eu…

До сега се познати вкупно 118 хемиски елементи,во течна, цврста и гасовита агрегатна состојба.Многу од нив се вештачкии.

-Уште колку ќе бидат синтетизирани? ...19

Главни карактеристики на атомите се АтомскиАтомски (реден) бројброј, Z (Z (илиили A)A)

� Број на протоните во атомското јадро

� Или пак бројот на електроните во електронската обвивка на неутрален атом

� Тоа е редниот број на секој елемент во периодниот систем на елементитесистем на елементите

Масен бројМасен број, , MMе вкупниот број на протони и неутрони е вкупниот број на протони и неутрони

во јадрото на секој атом (тие ја во јадрото на секој атом (тие ја

определуваат скоро целокупната маса определуваат скоро целокупната маса

на секој атом)на секој атом)

Na2311Атомски број

Масен број

20

Има случаи кога атомот на еден ист хемиски елемент Има случаи кога атомот на еден ист хемиски елемент во јадрото има ист број на протони, а различен број на во јадрото има ист број на протони, а различен број на неутрони. Таквите атоми се наречени неутрони. Таквите атоми се наречени ИЗОТОПИИЗОТОПИ

� Ќе ги разликуваме по тоа што имаат ист атомски (реден) број, а различен масен број

H11 H2

1 H31

protiumprotiumprotiumprotium deuteriumdeuteriumdeuteriumdeuterium tritiumtritiumtritiumtritium

Ra22888

Th22890Ac228

89

Атомите, пак, (кои припаѓаат на различни елементи) кои имаат ист масен, а различен атомски број

се нарекуваат ИЗОБАРИ.

21

Релативна атомска масаРелативна атомска маса�� Единицата за мерење на масите на атомите се нарекува Единицата за мерење на масите на атомите се нарекува атомска единица за атомска единица за

маса маса . .

Атомската единица за маса се дефинира како една Атомската единица за маса се дефинира како една дванаесеттинадванаесеттина од од масата на атомот на јаглерод масата на атомот на јаглерод

..

-- масата на еден атом јаглерод со масен број масата на еден атом јаглерод со масен број AA = 12. = 12. �� Вредноста на атомската единица за маса изразена во грами е:Вредноста на атомската единица за маса изразена во грами е:

××××××××

C)(12

1 126mu =

C)(126m

C.126

Симбол за атомска Симбол за атомска единица за маса единица за маса e e uu..

uu = 1,992 = 1,992 ×××××××× 1010--2424 gg

Релативна атомска масаРелативна атомска маса((AArr) ) е број кој покажува колку пати масата на некој е број кој покажува колку пати масата на некој атом е поголема од атомската единица за масаатом е поголема од атомската единица за маса..

�� AArr--бездимензионалнабездимензионална величинавеличина..�� Елементите во природата се јавуваат како смеси од Елементите во природата се јавуваат како смеси од изотпиизотпи. Според тоа, . Според тоа,

релативната атомска маса на некој елемент е просечна релативна атомска релативната атомска маса на некој елемент е просечна релативна атомска маса на сите маса на сите изопотиизопоти што влегуваат во составот на елементотшто влегуваат во составот на елементот..

�� xxii-- количински удел на изотопотколичински удел на изотопот iiEE

u

mA

(E))E(r =

∑=i

irir E)()E( AxA22

Релативна молекулска маса Релативна молекулска маса –– се сретнува кај се сретнува кај

молекулитемолекулите

Релативната молекулска масаРелативната молекулска маса((MMrr) ) е збир од релативните е збир од релативните атомски маси на елементите што влегуваат во атомски маси на елементите што влегуваат во

составот на определена молекула (составот на определена молекула (формулскаформулска единка) единка) помножени со соодветните помножени со соодветните стехиометрискистехиометриски индексииндекси

ПримерПример: : AArr(H) = 1(H) = 1AArr(C) = 12(C) = 12

MMrr(CO(CO22) = ) = AArr(C) + 2(C) + 2AArr(O) = 12 + 2x16 = 44(O) = 12 + 2x16 = 44

MMrr(H(H22O) = 2O) = 2AArr(H) + (H) + AArr(O)=2x1 + 16 = 18(O)=2x1 + 16 = 18

AArr(C) = 12(C) = 12AArr(O) = 16(O) = 16Овие податоци сеОвие податоци се

земаат одземаат од

таблицата на таблицата на

периодниотпериодниот

систем на систем на

елементитеелементите

23

Концепт за Количество супстанцаКонцепт за Количество супстанца

Физичката величина количество супстанца (n) е една од најзначајнитевеличини во хемијата. Количеството супстанца е величина што го покажувабројот (множеството) на ист вид единки во одреден систем.

Оваа величина дава одговор на прашањето:

“Колку има од некоја супстанца?”.

Примери: Во чинијата има 3 јаболка; Во училницата има 25 студенти; Вочашата со вода има 7 × 1024 молекули вода.чашата со вода има 7 × 1024 молекули вода.

Единица за физичката величина количество супстанца мол (mol).

Еден mol е количество супстанца што содржи ист број единки колку сто има атоми јаглерод во маса од 2 grama12C.

Единките може да бидат атоми, молекули, јони, електрони, или произволнигрупации од честички кои не мора самостојно да постојат.

24

Бројот на единки што се содржат во 1 mol количество супстанца е

6,022045 ×××× 1023.

Овој број на определува бројната вредност на Avogadrovata konstanta, 4A.

9A = 6,022045 ×××× 1023/mol ili 9A = 6,022045 ×××× 1023 mol-1.

Бројната вредност на Avogadrovata konstanta се вика Avogadrov broj.

Avogadrov broj = 6,022 ×××× 1023

Колку е голем абогадровиот број? OOOоогромен!!! 600 милијарди трилиони атоми!!! Ако сите граѓани на САД се (300 милиони) бројат по 12 часа дневно, броејќи еден атом во секунда, 365 дена во годината, тогаш им требаат околуброејќи еден атом во секунда, 365 дена во годината, тогаш им требаат околу

127 милиони години да ги избројат на пример молекулите на вода во еден мол на вода (т.е во 18 g вода)!!!

Внимание! Авогадрова константа и Авогадров број не е исто!

Авогадровата константа е величина со единица mol-1, а Авогадровиот број е

бездимензионална величина.

1 mol количество супстанца содржи ист број дефинирани единки колку што

изнесува бројната вредност на Авогадровата константа.25

МоларнаМоларна масамаса• Масата на еден mol дефинирани единки претставува моларна маса на

определените единки, M.

• Единица за моларна маса е[M] = kg mol-1.

Моларната маса на определен елемент изразена во единици g mol-1 бројно е

еднаква со релативната атомска маса на елементот, Ar:

M(елемент) = Ar g mol-1

Пример: M(O) = 15.999 g mol-1, M(H) = 1.008 g mol-1, M(C) = 12,011 g mol-1

Моларната маса на определено соединение изразена во единици g mol-1 бројно е

еднаква со релативната молекулска маса на соединението Mr :

M(соединение) = Mr g mol-1

Пример: M(H2O) = 18.015 g mol-1, M(CO2) = 44.009 g mol-1, M(CuO) = 79,539 g

mol-1

26

Врска помеѓу количеството супстанца, масата и бројот Врска помеѓу количеството супстанца, масата и бројот на единки во системот на единки во системот

• Масата на 1 mol определени единки (B) е моларна маса на тие единки, M(B). Според тоа, односот на определена маса од единките m(B) и нивната моларна маса M(B) е еднаков на бројот на molovi, односно на количеството на определената супстанца n(B).

• 1 mol количество супстанца содржи и Авогадров број единки или онолку единки

)B(

)B()B(

M

mn =

A

)B()B(

4

4n =

• 1 mol количество супстанца содржи и Авогадров број единки или онолку единки колку што изнесува бројната вредност на Авогадровата константа 4A. Според тоа, Односот на определен број единки од супстанцата 4(B) и Авогадровата константа е еднаков на бројот на molovi, односно на количеството на определената супстанцаn(B).

• Ао комбинација од двете горни равенки се добива нова равенка која ја дефинира релацијата помеѓу масата и бројот на единки на определена супстанца со позната моларна маса.

A

)B(

(B)

)B(

4

4

M

m=

27

Примери за маси на еден mol од неколку различни супстанциСулфур, Јаглерод, Жива, и Железо

28

Прашања?

29