Atóm a jeho stavba

Atóm je základnou stavebnou časticou všetkých prvkov, všetkej hmoty.
Tvorí ho jadro a elektrónový obal.
V jadre atómu sa nachádzajú protóny a neutróny, spoločným názvom nukleóny. Elektrónový obal patrí výhradne elektrónom.

Z histórie

Demokritos

Približne 400 rokov pred Kristom skúmal stavbu predmetov antický filozof Leukipos a jeho žiak Demokritos.
Demokritos vyslovil myšlienku, že existuje malá čiastočka, z ktorej sa skladá absolútne všetko. Bol presvedčený, že objavil najmenšiu časticu, aká existuje, ktorá už ďalej nie je deliteľná. Preto ju pomenoval podľa gréckeho slova atomos = nedeliteľný.

Aristoteles

Aristoteles, starogrécky filozof, polyhistor, zakladateľ špeciálnych odborov ako je logika, zoológia, meteorológia, či psychológia, ktorý žil v období 384 – 322 r. pred Kristom, definoval 5 základných elementov života – oheň, voda, zem, vzduch a éter.

Moderný koncept

Moderný koncept atómu prinieslo obdobie 18.-19.-teho storočia. Založený bol vedecky, na chemických vlastnostiach látok.

Moderný koncept atómu a jeho modely

Daltonova teória

Na začiatku 19. storočia sa začal atómom venovať John Dalton, ktorý v roku 1808 predstavil svoju hypotézu. 

Dalton svoje pozorovania a zistenia spísal to troch zákonov.

Prvý Daltonov zákon

Všetka hmota sa skladá z atómov. Tie sú nedeliteľné a nezničiteľné. Všetky atómy daného prvku majú rovnakú hmotnosť aj vlastnosti.

Druhý Daltonov zákon

Zlúčeniny sú tvorené dvoma, alebo viacerými rôznymi druhmi atómov.

Tretí Daltonov zákon

Počas chemickej reakcie sa atómy nanovo usporiadajú.

Vo svojich teóriách sa však nijako nevenoval zloženiu (modelu) atómu.

Thomsonov (pudingový) model atómu

Objav elektrónu sa pripisuje J. J. Thomsonovi, ktorý tým  začiatkom 20. storočia vyvrátil teóriu o nedeliteľnosti atómu. 

V roku 1904 vytvoril model atómu, nazývaný Thomsonov model, alebo tiež pudingový model. 
V čase vzniku jeho teórie neboli ešte známe žiadne informácie o rozložení kladného a záporného náboja v atóme.

J.J.Thomson predpokladal, že atóm je kladne nabitá guľa, v ktorej sú náhodne rozptýlené záporne nabité elektróny. Predpokladal, že atóm má rozmer asi 10-10 m. 

Rutherfordov (planetárny) model atómu

Už o niekoľko rokov neskôr, v roku 1911, vznikol Rutherfordov planetárny model atómu.

Rutherfordov usudzoval, že atóm sa skladá z malého hustého stredu kladne nabitých častíc a okolo neho sa pohybujú elektróny po obežných dráhach. Podobne, ako mesiace okolo planét.

Bohrov model atómu

Ďalším v poradí bol Bohrov model, o ktorý sa v roku 1913 zaslúžil Niels Bohr. 

Atóm považoval za stabilnú sústavu, ktorá sa skladá z jadra s kladným nábojom a z elektrónového obalu. Uvažoval, že takmer celá hmota atómu je sústredená v jeho jadre a že elektrón sa bez vyžarovania energie môže pohybovať len po určitých dráhach. Pri prechode elektrónu z jednej dráhy do druhej sa vyžiari energia. 

Niels Bohr teda pracoval s energetickými hladinami elektrónov v atóme. Elektróny sú podľa tohto modelu vo vrstvách, z ktorých každá obsahuje ich pevný počet.

Atóm bol dlho považovaný za najmenšiu nedeliteľnú časticu

Koncom 19. storočia objavili fyzici v atóme ďalšie menšie častice – elektróny a začiatkom 20. storočia vedci dokázali, že v atóme je atómové jadro, ktoré obsahuje mikročastice – protóny a neutróny.

Dnes už vieme, že protóny a neutróny obsahujú ešte menšie častice – kvarky. 

Atóm – čo o ňom vieme dnes

Každý prvok má charakteristické atómy.
Poznáme asi 92 rôznych druhov vyskytujúcich sa v prírode. Atóm je základnou časticou každej chemickej látky.

Atóm tvorí jadro a elektrónový obal.  
Jadro s kladným nábojom je malé, ale ťažké.
V jadre sa nachádzajú protóny a neutróny, spoločným názvom – nukleóny (odvodené od latinského „nucleus“). 

Atóm, ako základná častica, nemá žiadny náboj.

Atóm je neutrálny, pretože počet protónov v jadre je rovnaký ako počet elektrónov v jeho obale. 

Elementárne častice atómu majú náboj:

protón – má kladný náboj (+1) 
neutrón – má nulový náboj ( 0 )
elektrón – má záporný náboj (-1).

Jadro atómu

Jadro atómu obsahuje kladne nabité protóny a neutróny bez elektrického náboja, preto má jadro kladný náboj.

Protónové číslo (Z) ti hovorí, koľko protónov sa nachádza v jadre prvku. Už vieš, že počet protónov a elektrónov v atóme je rovnaký, takže si stačí uvedomiť, že protónové číslo (Z) ti hovorí aj to, koľko elektrónov obieha okolo jadra prvku.

Atóm kyslíka: A = 15,999 (zaokrúhlene 16). 
Atóm kyslíka: Z = 8. 

Čím je väčšie nukleonové číslo (A), tým viac elektrónových vrstiev má tento prvok, pretože má viac elektrónov. 

Elektróny na valenčných vrstvách sa zúčastňujú na tvorbe väzieb s inými atómami pri chemických reakciách. Preto chemické aj fyzikálne vlastnosti prvku určuje počet valenčných elektrónov. To sú tie elektróny, ktoré sa nachádzajú na poslednej vrstve, ktorá je najďalej od atómového jadra.

Viac sa dočítaš v článku o Periodickej sústave prvkov.

Protónové a nukleónové číslo

Protónové číslo (Z) nám hovorí, koľko protónov má jadro chemického prvku. Je to zároveň poradové číslo chemického prvku v periodickej tabuľke. Poradie prvkov je číslované po riadkoch.

Nukleónové číslo (A) označuje počet všetkých nukleónov v jadre atómu. Je to súčet protónov a neutrónov v jadre atómu. 

Elektrónový obal atómu

Elektrónový obal obsahuje elektróny ( e^– ), preto má záporný náboj. 
Pozostáva z elektrónových vrstiev, ktoré sa označujú písmenami K, L, M, N, O, P a Q. 
Vrstva „K“ sa nachádza najbližšie k jadru a obsahuje najviac 2 elektróny. 
Vrstva „L“ má najviac 8 elektrónov.
Vrstva „M“ má najviac 18 elektrónov.
Vrstva „N“ má najviac 32 elektrónov.

Posledná vrstva, ktorá neobsahuje plný počet elektrónov a je najviac vzdialená od jadra atómu, sa volá valenčná vrstva a obsahuje valenčné elektróny. Ich počet je u jednotlivých chemických prvkov rôzny.

Ďalšie informácie nájdeš v článku o Periodickej sústave prvkov.

Kvantovo-mechanický model atómu

Ďalšie skúmanie atómov prvkov ukázalo, že správanie elektrónov sa nedá popísať klasickou mechanikou. Preto vznikol kvantovo-mechanický model atómu.

Ten vychádza z kvantovej mechaniky, ktorej základy položili francúzsky fyzik L. de Broglie a rakúsky fyzik E. Schrödinger. 

Elektrón môže mať vlastnosti častice, ale aj vlnové vlastnosti. Podľa Heisenbergovho princípu neurčitosti sa nedá presne určiť poloha aj rýchlosť elektrónov súčasne. Vďaka funkcii psí – Ψ – sa dá však vypočítať pravdepodobnosť, s akou sa elektrón bude v danom momente vyskytovať v určitej oblasti atómu. Grafickým znázornením je orbitál, v ktorom je výskyt elektrónu najviac pravdepodobný. Pozri aj článok elektrónová konfigurácia.

Čo je kvantová mechanika

Kvantová mechanika je oblasť fyziky. Skúma a popisuje javy na nanoúrovni.

Zaoberá sa skúmaním správania atómov, molekúl, atómových jadier, teda objektov veľkých asi 10^-6 až 10^-13m. Keď to zapíšeme tradičným spôsobom, vyzerá to takto: 0,000001 m – 0,0000000000001 m.

Ešte stále nemáš predstavu? Ako vyzerá 1mm na školskom pravítku vieš, no a 1 mm predstavuje 0,001 m. 

Kvantová fyzika dostala svoj názov podľa toho, že hodnoty niektorých fyzikálnych veličín sa nemenia spojito, ale v skokoch po určitých množstvách – tzv. kvantách. 

Zdroje:
HAŠKOVEC, MŰLLER. 2006. Galéria géniov. Bratislava. PRÍRODA * 102
HAVRILA a spol. 2004. Ľudia, ktorí zmenili svet. Praha. OTTOVO NAKLADATELSTVÍ
CHRENČÍKOVÁ a spol. 2002. Zmaturuj z chémie. Brno. DIDAKTIS
LEVY. 2012. Boeing v pavoučí síti a dalších 99 vědeckých analogií. Praha. GRADA
obrázky: sprt.sk