Најважније из лекције
- Атом и симбол: Атом је основна честица елемента. Хемијски симбол има квалитативно (врста елемента) и квантитативно значење (1 атом). Бројност се означава коефицијентом испред симбола (нпр. \(3\text{O}\) = три атома кисеоника).
- Структура атома: Позитивно језгро чине нуклеони (протони \(p^+\) и неутрони \(n^0\)), а негативни омотач чине електрони (\(e^-\)). Атом је електронеутралан (\(N(p^+) = N(e^-)\)).
- Бројеви и изотопи: Атомски број \(Z = N(p^+)\), масени број \(A = N(p^+) + N(n^0)\). Изотопи имају исти \(Z\), а различит \(A\) (различит број неутрона, нпр. \({}^1_1\text{H}, {}^2_1\text{H}, {}^3_1\text{H}\)).
- Омотач и ПСЕ: Електрони се распоређују по нивоима: \(\text{K}(2), \text{L}(8), \text{M}(18), \text{N}(32)\dots\) Број заузетих нивоа одређује периоду (1–7), а број валентних електрона одређује групу (1–18).
- Врсте елемената: Метали (отпуштају електроне), неметали (примају електроне), племенити гасови (стабилан октет/дует, слабо реактивни) и металоиди (прелазна својства).
Атом је најмања честица хемијског елемента која задржава његова хемијска својства. Супстанце су честичне природе. Реч атом потиче од грчке речи која значи „недељив” (Демокрит, Далтон). Данас је познато 118 врста атома.
Хемијски симболи су међународне словне ознаке хемијских елемената, изведене из њихових латинских назива (увео их је Јенс Ј. Берцелијус). Састоје се од једног великог слова или једног великог и једног малог слова.
| Српски назив | Симбол (изговор) | Латински назив | Српски назив | Симбол (изговор) | Латински назив |
|---|---|---|---|---|---|
| Водоник | \(\text{H}\) (ха) | Hydrogenium | Сумпор | \(\text{S}\) (ес) | Sulphur |
| Угљеник | \(\text{C}\) (це) | Carboneum | Хлор | \(\text{Cl}\) (це-ел) | Chlorum |
| Азот | \(\text{N}\) (ен) | Nitrogenium | Калијум | \(\text{K}\) (ка) | Kalium |
| Кисеоник | \(\text{O}\) (о) | Oxygenium | Калцијум | \(\text{Ca}\) (це-а) | Calcium |
| Хелијум | \(\text{He}\) (ха-е) | Helium | Гвожђе | \(\text{Fe}\) (еф-е) | Ferrum |
| Натријум | \(\text{Na}\) (ен-а) | Natrium | Бакар | \(\text{Cu}\) (це-у) | Cuprum |
| Магнезијум | \(\text{Mg}\) (ем-ге) | Magnesium | Сребро | \(\text{Ag}\) (а-ге) | Argentum |
| Алуминијум | \(\text{Al}\) (а-ел) | Aluminium | Бром | \(\text{Br}\) (бе-ер) | Bromum |
| Фосфор | \(\text{P}\) (пе) | Phosphorus | Јод | \(\text{I}\) (и) | Iodium |
- Квалитативно значење: означава врсту хемијског елемента (нпр. \(\text{Fe}\) означава гвожђе).
- Квантитативно значење: представља тачно 1 атом тог елемента (нпр. \(\text{Fe}\) представља 1 атом гвожђа).
Коефицијент је број који се пише испред хемијског симбола и означава број слободних атома тог елемента. Коефицијент 1 се никада не пише, већ се подразумева.
- \(5\text{Fe}\) - пет атома гвожђа
- \(3\text{Na}\) - три атома натријума
- \(\text{O}\) - један атом кисеоника
Атом је сложене грађе и састоји се од атомског језгра и електронског омотача. Језгро чине нуклеони (протони и неутрони), а омотач чине електрони.
| Честица | Ознака | Наелектрисање (\(q\)) | Маса (\(m\)) | Положај у атому |
|---|---|---|---|---|
| Протон | \(p^+\) | Позитивно (\(+1\)) | \(m(p^+) \approx m(n^0)\) | Језгро (нуклеон) |
| Неутрон | \(n^0\) | Неутралан (\(0\text{ C}\)) | \(m(n^0) \approx m(p^+) \) | Језгро (нуклеон) |
| Електрон | \(e^-\) | Негативно (\(-1\)) | Око \(2000\) пута мања од масе протона | Електронски омотач |
- Наелектрисање језгра: Језгро је увек позитивно наелектрисано због присуства протона.
- Маса атома: Готово целокупна маса атома концентрисана је у језгру, јер је маса електрона занемарљиво мала.
- Електронеутралност: Атом је у целини електронеутрална честица јер има једнак број позитивних протона и негативних електрона: \[ N(p^+) = N(e^-) \]
Атомски (редни) број (\(Z\)) представља број протона у језгру атома и одређује врсту хемијског елемента.
\[ Z = N(p^+) = N(e^-) \]
Масени број (\(A\)) представља укупан број нуклеона (збир протона и неутрона) у језгру атома.
\[ A = N(p^+) + N(n^0) \]
Број неутрона се израчунава као: \( N(n^0) = A - Z \)
Означавање атома помоћу атомског и масеног броја:
\[ {}^{A}_{Z}\text{X} \]
(где је \(\text{X}\) симбол елемента, \(A\) масени број горе лево, а \(Z\) атомски број доле лево).
Изотопи су атоми истог хемијског елемента који имају исти атомски број (\(Z\)), а различит масени број (\(A\)), што значи да се разликују по броју неутрона (\(n^0\)).
Изотопи водоника:
- Протијум: \({}^{1}_{1}\text{H}\) (\(1p^+\), \(0n^0\), \(1e^-\)) - најзаступљенији (\(99{,}98\%\))
- Деутеријум: \({}^{2}_{1}\text{H}\) (\(1p^+\), \(1n^0\), \(1e^-\))
- Трицијум: \({}^{3}_{1}\text{H}\) (\(1p^+\), \(2n^0\), \(1e^-\))
Електрони у омотачу распоређени су по енергетским нивоима. Електрони ближе језгру имају мању енергију и јаче су привучени, док електрони на удаљенијим нивоима имају већу енергију.
Енергетски нивои означавају се бројевима од 1 до 7 или словима: \(\text{K}\), \(\text{L}\), \(\text{M}\), \(\text{N}\), \(\text{O}\), \(\text{P}\), \(\text{Q}\).
Нивои се попуњавају редом, од нижих ка вишим енергијама.
Нивои се попуњавају редом, од нижих ка вишим енергијама.
\[ \begin{array}{lcccc}
\text{Енергетски ниво:} & 1\text{ (K)} & 2\text{ (L)} & 3\text{ (M)} & 4\text{ (N)} \\ \hline
\text{Максималан број } e^-: & 2 & 8 & 18 & 32
\end{array} \]
Валентни ниво је последњи заузети енергетски ниво у атому. Електрони на том нивоу називају се валентни електрони и они одређују хемијска својства елемента.
Примери електронских конфигурација:
- Водоник (\(_{1}\text{H}\)): \(\text{K}(1)\) \(\rightarrow\) 1 валентни електрон
- Угљеник (\(_{6}\text{C}\)): \(\text{K}(2), \text{L}(4)\) \(\rightarrow\) 4 валентна електрона
- Флуор (\(_{9}\text{F}\)): \(\text{K}(2), \text{L}(7)\) \(\rightarrow\) 7 валентних електрона
- Алуминијум (\(_{13}\text{Al}\)): \(\text{K}(2), \text{L}(8), \text{M}(3)\) \(\rightarrow\) 3 валентна електрона
Периодни систем елемената је таблични приказ свих познатих хемијских елемената, поређаних по порасту њихових атомских (редних) бројева. Творац савременог концепта ПСЕ је руски научник Дмитриј И. Мендељејев.
- Периоде (хоризонтални редови): Има их укупно 7. Број периоде у којој се елемент налази једнак је броју енергетских нивоа у његовом атому (броју валентног нивоа).
- Групе (вертикалне колоне): Има их 18. Елементи исте групе имају слична хемијска својства јер имају исти број валентних електрона.
Одређивање положаја елемента у ПСЕ на основу распореда електрона:
- Број периоде = број заузетих енергетских нивоа.
- Број групе:
- За елементе 1. и 2. групе: број групе = број валентних електрона (1 или 2).
- За елементе од 13. до 18. групе: број групе = \(\text{број валентних електрона} + 10\).
Атом магнезијума (\(_{12}\text{Mg}\)): распоред електрона је \(\text{K}(2), \text{L}(8), \text{M}(2)\).
- Има 3 енергетска нивоа \(\rightarrow\) налази се у 3. периоди.
- Има 2 валентна електрона \(\rightarrow\) налази се у 2. групи.
- Има 2 енергетска нивоа \(\rightarrow\) налази се у 2. периоди.
- Има 5 валентних електрона \(\rightarrow\) налази се у 15. групи (\(5 + 10 = 15\)).
Сви хемијски елементи се на основу својих физичких и хемијских својстава деле на: метале, неметале и металоиде. Посебну подгрупу неметала чине племенити гасови.
| Врста елемената | Општа својства | Електронска тежња | Примери |
|---|---|---|---|
| Метали | Најбројнија група; сиве боје (осим \(\text{Cu}\) и \(\text{Au}\)), метални сјај, добра проводљивост топлоте и струје, чврсто агрегатно стање (осим течне живе \(\text{Hg}\)). | Имају мало валентних електрона и теже да их отпусте како би стекли стабилну конфигурацију. | \(\text{Na, Ca, Fe, Al, Mg, Cu, Ag, Au}\) |
| Неметали | Различитих боја и агрегатних стања (гас, течност, чврсто), не проводе електричну струју (изолатори), најзаступљенији у живом свету и природи. | Имају више валентних електрона и теже да приме електроне до попуне стабилног валентног нивоа. | \(\text{H, C, N, O, P, S, Cl, Br, I}\) |
| Племенити гасови (18. група) | Гасови у елементарном (једноатомском) стању, врло слабо реактивни („инертни”). | Имају максимално попуњен валентни ниво: \(\text{He}\) има 2, а остали по 8 валентних електрона (стабилан октет). | \(\text{He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn}\) |
| Металоиди | Налазе се на граници између метала и неметала у ПСЕ; показују прелазна својства (и метала и неметала). | Прелазна својства зависно од реакционих услова. | \(\text{B, Si, Ge, As, Sb, Te, At}\) |
- Аргон (\(\text{Ar}\)): Најзаступљенији племенити гас у ваздуху; користи се за пуњење сијалица са усијаним влакном и заштитну атмосферу при заваривању.
- Хелијум (\(\text{He}\)): Због мале густине користи се за пуњење балона и ваздушних бродова, као и у смешама за роњење.
- Неон (\(\text{Ne}\)): Користи се за израду светлећих реклама и цеви.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одредите број протона, неутрона и електрона у атому фосфора представљеном ознаком \({}^{31}_{15}\text{P}\). Шта означава запис \(4\text{P}\)?
Из симбола \({}^{31}_{15}\text{P}\) очитавамо:
- Атомски број: \(Z = 15 \Rightarrow N(p^+) = 15\) протона.
- Атом је електронеутралан: \(N(e^-) = N(p^+) = 15\) електрона.
- Масени број: \(A = 31\).
- Број неутрона: \(N(n^0) = A - Z = 31 - 15 = 16\) неутрона.
Задатак 2 (средњи): Атомски број натријума је \(Z = 11\).
- Напишите распоред електрона по енергетским нивоима за атом натријума.
- Који је валентни ниво натријума и колико валентних електрона садржи?
- Одредите у којој се периоди и којој групи Периодног система елемената налази натријум.
- Пошто је \(Z = 11\), атом натријума има 11 електрона. Нивои се попуњавају редом: \(\text{K}(2), \text{L}(8), \text{M}(1)\).
- Валентни ниво је трећи ниво (\(\text{M}\)), а број валентних електрона је 1.
- Положај у ПСЕ:
- Број нивоа је 3 \(\Rightarrow\) 3. периода.
- Има 1 валентни електрон \(\Rightarrow\) 1. група (изразити метал).
Задатак 3 (средњи): Дати су следећи прикази атома: \(A({}^{16}_{\phantom{0}8}\text{O})\), \(B({}^{18}_{\phantom{0}8}\text{O})\), \(C({}^{39}_{19}\text{K})\) и \(D({}^{40}_{20}\text{Ca})\).
- Који од наведених атома представљају изотопе истог елемента и зашто?
- Колико неутрона садржи језгро атома \(B\), а колико језгро атома \(C\)?
- Атоми \(A\) и \(B\) су изотопи јер припадају истом хемијском елементу (кисеонику) - имају исти атомски број (\(Z = 8\)), а различите масене бројеве (\(A = 16\) и \(A = 18\)).
- Број неутрона (\(N(n^0) = A - Z\)):
- За атом \(B\): \(N(n^0) = 18 - 8 = 10\) неутрона.
- За атом \(C\): \(N(n^0) = 39 - 19 = 20\) неутрона.
Задатак 4 (тежак): Атом елемента \(\text{X}\) има масени број \(A = 35\) и садржи \(18\) неутрона у језгру.
- Одредите редни број елемента \(\text{X}\) и број електрона у његовом омотачу.
- Прикажите распоред електрона по енергетским нивоима.
- Одредите период и групу којој елемент припада у ПСЕ, као и врсту елемента (метал, неметал или племенити гас).
- Колико електрона овом атому недостаје до стабилне електронске конфигурације најближег племенитог гаса?
- \(Z = A - N(n^0) = 35 - 18 = 17\). Број електрона је једнак броју протона: \(N(e^-) = 17\). Реч је о хлору (\(\text{Cl}\)).
- Распоред 17 електрона: \(\text{K}(2), \text{L}(8), \text{M}(7)\).
- Положај и врста:
- Пошто има 3 попуњена нивоа \(\Rightarrow\) 3. периода.
- Има 7 валентних електрона \(\Rightarrow\) \(7 + 10 =\) 17. група.
- Припада неметалима.
- Валентни ниво садржи 7 електрона, па му недостаје \(1\text{ }e^-\) до стабилног омотача од 8 електрона (конфигурација аргона).
