Најважније из лекције
Структура атома: Атом чине позитивно језгро (протони \(p^+\) и неутрони \(n^0\)) и негативни електронски омотач (електрони \(e^-\)).
Електронеутралност: У сваком атому важи \(N(p^+) = N(e^-)\).
Атомски и масени број: \[ Z = N(p^+) = N(e^-), \quad A = N(p^+) + N(n^0), \quad N(n^0) = A - Z \] Пример: Код \(_{13}^{27}\text{Al}\) број протона је \(13\), електрона \(13\), а неутрона \(27 - 13 = 14\).
Изотопи: Атоми истог елемента са истим \(Z\), а различитим \(A\) (различит број \(n^0\)), нпр. \(_{1}^{1}\text{H}\), \(_{1}^{2}\text{H}\), \(_{1}^{3}\text{H}\).
Релативна атомска маса (\(A_r\)): Однос просечне масе атома елемента према \(1/12\) масе изотопа \(^{12}\text{C}\).
Електронеутралност: У сваком атому важи \(N(p^+) = N(e^-)\).
Атомски и масени број: \[ Z = N(p^+) = N(e^-), \quad A = N(p^+) + N(n^0), \quad N(n^0) = A - Z \] Пример: Код \(_{13}^{27}\text{Al}\) број протона је \(13\), електрона \(13\), а неутрона \(27 - 13 = 14\).
Изотопи: Атоми истог елемента са истим \(Z\), а различитим \(A\) (различит број \(n^0\)), нпр. \(_{1}^{1}\text{H}\), \(_{1}^{2}\text{H}\), \(_{1}^{3}\text{H}\).
Релативна атомска маса (\(A_r\)): Однос просечне масе атома елемента према \(1/12\) масе изотопа \(^{12}\text{C}\).
Атом је електронеутрална, хемијски недељива честица састављена од позитивно наелектрисаног језгра (нуклеуса) и негативно наелектрисаног електронског омотача.
Нуклеони су честице које се налазе у језгру атома (протони и неутрони).
| Део атома | Језгро атома | Електронски омотач | |
|---|---|---|---|
| Субатомска честица | Протон (\(p^+\)) | Неутрон (\(n^0\)) | Електрон (\(e^-\)) |
| Маса | \(1,675 \cdot 10^{-27}\text{ kg}\ (\approx 1\text{ u})\) | \(1,675 \cdot 10^{-27}\text{ kg}\ (\approx 1\text{ u})\) | \(9,1 \cdot 10^{-31}\text{ kg}\ (\text{занемарљива})\) |
| Релативно наелектрисање | \(+1\) | \(0\) | \(-1\) |
| Количина наелектрисања | \(+1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\) | \(0\text{ C}\) | \(-1,6 \cdot 10^{-19}\text{ C}\) |
Атом је у целини електронеутралан јер садржи исти број позитивних протона у језгру и негативних електрона у омотачу:
\[ N(p^+) = N(e^-) \]
Маса атома је концентрисана у језгру, будући да је маса електрона око 1836 пута мања од масе протона или неутрона и практично се занемарује.
Атомски (редни) број (\(Z\)) представља број протона у језгру атома. Он одређује врсту хемијског елемента и положај у Периодном систему елемената.
Масени број (\(A\)) представља укупан број нуклеона (протона и неутрона) у језгру атома.
\[ Z = N(p^+) = N(e^-) \]
\[ A = N(p^+) + N(n^0) = Z + N(n^0) \]
\[ N(n^0) = A - Z \]
Ознака елемента са атомским и масеним бројем пише се у облику:
\[ _{Z}^{A}\text{E} \]
где је \(\text{E}\) хемијски симбол елемента, \(A\) масени број (горе лево), а \(Z\) атомски број (доле лево).
Масени број \(A\) увек мора бити већи од атомског броја \(Z\) или једнак њему (\(A \ge Z\)), јер поред протона језгро може садржати и неутроне (једини изузетак је обичан водоник где је \(A = Z = 1\)).
За атом натријума \(_{11}^{23}\text{Na}\):
- Атомски број: \(Z = 11 \implies N(p^+) = 11, \; N(e^-) = 11\)
- Масени број: \(A = 23\)
- Број неутрона: \(N(n^0) = A - Z = 23 - 11 = 12\)
Изотопи су атоми истог хемијског елемента који имају исти атомски број (\(Z\)), а различит масени број (\(A\)). Изотопи имају исти број протона и електрона, а разликују се по броју неутрона у језгру.
Изотопи водоника:
- Протијум (\(_{1}^{1}\text{H}\)): \(1\,p^+, 0\,n^0, 1\,e^-\)
- Деутеријум (\(_{1}^{2}\text{H}\)): \(1\,p^+, 1\,n^0, 1\,e^-\)
- Трицијум (\(_{1}^{3}\text{H}\)): \(1\,p^+, 2\,n^0, 1\,e^-\)
Примена радиоактивних изотопа:
- \(^{14}\text{C}\) – одређивање старости органских и археолошких налаза (радиокарбонско датирање).
- \(^{60}\text{Co}\) – извор гама-зрачења за лечење малигних болести (кобалтна бомба).
Додатни појмови:
- Изобари: атоми различитих елемената који имају исти масени број (\(A\)), а различит атомски број (\(Z\)).
- Изотони: атоми различитих елемената који имају исти број неутрона (\(N(n^0)\)).
Релативна атомска маса (\(A_r\)) је број који показује колико пута је просечна маса атома неког елемента већа од унифициране јединице масе (\(u\)).
\[ u = \frac{1}{12} m(^{12}\text{C}) \approx 1,66 \cdot 10^{-27}\text{ kg} \]
Релативна атомска маса нема јединицу (неименован број). Пошто већина елемената у природи представља смешу изотопа, вредности \(A_r\) у Периодном систему елемената најчешће нису цели бројеви (нпр. \(A_r(\text{Cl}) = 35,45\)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одреди број протона, електрона и неутрона у атому кисеоника \(_{8}^{16}\text{O}\).
Из ознаке \(_{8}^{16}\text{O}\) следи:
\(Z = 8 \implies N(p^+) = 8\) и \(N(e^-) = 8\)
\(A = 16\)
\(N(n^0) = A - Z = 16 - 8 = 8\)
Одговор: Атом кисеоника има \(8\text{ протона}\), \(8\text{ електрона}\) и \(8\text{ неутрона}\).
\(Z = 8 \implies N(p^+) = 8\) и \(N(e^-) = 8\)
\(A = 16\)
\(N(n^0) = A - Z = 16 - 8 = 8\)
Одговор: Атом кисеоника има \(8\text{ протона}\), \(8\text{ електрона}\) и \(8\text{ неутрона}\).
Задатак 2 (средњи): Језгро атома неког хемијског елемента садржи \(15\) протона и \(16\) неутрона. Одреди атомски и масени број тог атома и напиши његов симбол ако је реч о фосфору (\(\text{P}\)).
1. Атомски број једнак је броју протона: \(Z = N(p^+) = 15\)
2. Масени број је збир протона и неутрона: \(A = N(p^+) + N(n^0) = 15 + 16 = 31\)
3. Ознака елемента: \(_{15}^{31}\text{P}\)
Одговор: \(Z = 15\), \(A = 31\), ознака је \(_{15}^{31}\text{P}\).
1. Атомски број једнак је броју протона: \(Z = N(p^+) = 15\)
2. Масени број је збир протона и неутрона: \(A = N(p^+) + N(n^0) = 15 + 16 = 31\)
3. Ознака елемента: \(_{15}^{31}\text{P}\)
Одговор: \(Z = 15\), \(A = 31\), ознака је \(_{15}^{31}\text{P}\).
Задатак 3 (средњи): Дати су следећи записи честица: \(_{17}^{35}\text{Cl}\), \(_{16}^{35}\text{S}\), \(_{17}^{37}\text{Cl}\), \(_{18}^{40}\text{Ar}\). Који од наведених атома међусобно представљају изотопе?
Изотопи су атоми истог елемента који имају исти атомски број (\(Z\)), а различит масени број (\(A\)).
Атоми \(_{17}^{35}\text{Cl}\) и \(_{17}^{37}\text{Cl}\) имају исти атомски број (\(Z = 17\)), а различите масене бројеве (\(35\) и \(37\)).
Одговор: Изотопи су \(_{17}^{35}\text{Cl}\) и \(_{17}^{37}\text{Cl}\).
Атоми \(_{17}^{35}\text{Cl}\) и \(_{17}^{37}\text{Cl}\) имају исти атомски број (\(Z = 17\)), а различите масене бројеве (\(35\) и \(37\)).
Одговор: Изотопи су \(_{17}^{35}\text{Cl}\) и \(_{17}^{37}\text{Cl}\).
Задатак 4 (тежак): Атом елемента \(\text{X}\) има масени број \(56\), а број неутрона у његовом језгру је за \(4\) већи од броја протона. Одреди атомски број елемента \(\text{X}\), број свих субатомских честица у атому и идентификуј елемент.
Поставимо систем једначина:
1. \(A = N(p^+) + N(n^0) = 56\)
2. \(N(n^0) = N(p^+) + 4\)
Заменом друге једначине у прву добијамо: \[ N(p^+) + (N(p^+) + 4) = 56 \] \[ 2N(p^+) + 4 = 56 \implies 2N(p^+) = 52 \implies N(p^+) = 26 \] Одавде следи:
\(Z = 26 \implies N(e^-) = 26\)
\(N(n^0) = 26 + 4 = 30\)
Елемент са атомским бројем \(26\) је гвожђе (\(\text{Fe}\)).
Одговор: Атомски број је \(Z = 26\). Атом садржи \(26\text{ протона}\), \(26\text{ електрона}\) и \(30\text{ неутрона}\) (укупно \(82\) субатомске честице). Симбол је \(_{26}^{56}\text{Fe}\).
1. \(A = N(p^+) + N(n^0) = 56\)
2. \(N(n^0) = N(p^+) + 4\)
Заменом друге једначине у прву добијамо: \[ N(p^+) + (N(p^+) + 4) = 56 \] \[ 2N(p^+) + 4 = 56 \implies 2N(p^+) = 52 \implies N(p^+) = 26 \] Одавде следи:
\(Z = 26 \implies N(e^-) = 26\)
\(N(n^0) = 26 + 4 = 30\)
Елемент са атомским бројем \(26\) је гвожђе (\(\text{Fe}\)).
Одговор: Атомски број је \(Z = 26\). Атом садржи \(26\text{ протона}\), \(26\text{ електрона}\) и \(30\text{ неутрона}\) (укупно \(82\) субатомске честице). Симбол је \(_{26}^{56}\text{Fe}\).
