gradja atoma

5/22/2018 Gradja Atoma

1/49

Materijali i tehnologije obrade- Dr Tomislav Vujinovi 1

Materijali-Predavanje 2ac

Graa atoma


2/49

MATERIJALI I TEHNOLOGIJE OBRADE - Dr Tomislav Vujinovi 2

Najmanja estica materije koja zadrava karakteristine osobine hemijskog

elementa jeste atom, koji je sastavljen od tri vrste subatomskih estica:protona,

neutronai

elektrona.

Proton i neutron zajedno

obrazuju jezgro atoma (nukleus),

dok spoljne dijelove atoma ineelektroni

Atom = Nukleus (protonii neutroni) + Elektroni

GrkiAtomos - nedeljiv


3/49

MATERIJALI I TEHNOLOGIJE OBRADE - Dr Tomislav Vujinovi3

Elektronje otkrio 1897.god. Thomson (Tomson)On je negativno naelektrisan

Ima masu koja je ~1/2000 dio mase protona.

Protonje otkrio 1919. Rutherford (Radeford)

Predstavlja sastavni dio jezgra atomaIma pozitivno naelektrisanje

Masa je ~2000puta vea od mase elektrona

Neutronje identifikovao 1932. Chadwick (advik):Drugi sastavni dio jezgra

Nema naelektrisanje

Masa je aproksimativno jednaka masi

protona

Dijelovi atoma


4/49

MATETERIJALI I TEHNOLOGIJE OBRADEDr Tomislav Vujinovi 4

Modeli atoma istorijski razvoj


5/49


U pogledu grae atoma Nils Bor je 1913. godine predloio planetarnu teoriju kojom se mogu

objasniti spektralne linije vodonika i drugih elemenata slinih vodoniku. Borova teorija

objanjava karakteristine spektre i gradju atoma malog atomskog broja (atoma slinih

vodoniku).

redinger (Schrdinger) je 1926. godine, Borov model sferne orbite, po kojoj se elektroni

kao materijalne kuglice obru oko jezgra, zamijenio prostornom ljuskom - elektronskim

oblakom koji moe imati vie slojeva (nivoa). To znai da jedna ljuska moe imati elektrone

rasporedjene po razliitim slojevima tj. orbitalama


6/49


Izgled prostornih ljuski po kojima se kreu elektroni


7/49


Elektronisu esticekoje krueokojezgra atoma slinoZemlji koja seobre oko sopstvene ose dokistovremeno kruioko Sunca.

Ta rotacija, kao i ona koju ine

planete, ostvaruje se neprekidno iu savrenom redu po putanjamakoje zovemo orbite.

Da nainimo poreenje izmeuveliineelektrona i veliineZemlje:

ako uveamo atom do veliineZemlje, elektron bi bio veliinejabuke.

Solarni sistem

Modeli atoma

Elektroni


8/49


Elektroni su siune estice, veliine skoro

dvehiljaditog dijela veliine neutrona i protona. Atomima isti broj elektrona kao i protona, i svaki elektron

nosi negativno (-) naelektrisanje koje je jednako

pozitivnom (+) naelektrisanju koje nosi svaki proton.

Ukupno pozitivno (+) naelektrisanje u jezgru i

ukupno negativno (-) naelektrisanje elektrona

ponitavaju jedno drugo i atom postaje neutralan.

Elektrino naelektrisanje koje oni nose obavezuje

elektrone da potuju odreene fizike zakone.

Jedan od tih fizikih zakona iroko je poznat: "Ista

elektrina naelektrisanja meusobno se

odbijaju, a suprotna privlae."


9/49


Jezgro atoma se sastoji iz priblinojednakog broja protona i neutrona.

Jezgro atoma

Proton Neutron

Do 1932. godine, smatrano je da se jezgrosastoji samo od protona i elektrona. Tada je

otkriveno da u jezgru nema elektrona veneutrona koji se nalaze pored protona. Poznati

naunik edvik(Chadwick) dokazao je 1932.godine postojanje neutrona u jezgru i bio je

nagraen Nobelovom nagradom za svojeotkrie.)

Protoni su pozitivno naelektrisani, a elektroninegativno, tako da je atom u elektrinompogledu neutralan. U svakom atomu, protoni i

neutroni gusto su zajedniki spakovani i ineoko 99.9% ukupne mase atoma, a ostatak

mase ine elektroni.


10/49


Kvarkovi - granica fizikogpostojanja

Do pre dvadeset godina smatrano je da su

najmanje estice koje sainjavaju atome biliprotoni i neutroni. Ipak, nedavno je otkriveno da

postoje mnogo manje estice u atomu kojeformiraju gore pomenute estice.

Otkrie je dovelo do razvoja nove grane fizike,zvane "fizika estica"koja istrauje"subestice"u okviru atoma i njihova kretanja.

Istraivanja koja su vrili fiziari koji se bavefizikom esticaotkrila su da su protoni i neutronikoji sainjavaju atom u stvari formirani od

subesticazvanih "kvarkovi".

Dimenzija kvarkova koji formiraju proton, koji je

tako siuanda prevazilazi mogunosti ljudskeimaginacije: 10-18 (0,000000000000000001)

metara.Skup od tri kvarka koji

sainjavaju jedan proton


11/49


Postoji veliki prostor koji se nalazi izmeu osnovnihestica. Ako razmiljamo o protonu u jezgrukiseonika kao o kui u centralnojFrancuskoj, ondaelektron koji krui oko njega pravi krug koji prolazikroz Holandiju, Nemaku i paniju.


12/49MATERIJALI I TEHNOLOGIJE OBRADE - Dr Tomislav Vujinovi12

Elementarna

esticaZnak

esticeMasa, g

Relativna masa

esticeNaelektrisanje

estice, Kulon (C)

Relativnonaelektrisanje

estice

Proton

Neutron

Elektron

p+

n0

e-

1.67310-24

1.67510-24

9.10910-28

1

1

0

+1.60210-19

0

-1.60210-19

+1

0

-1


13/49


Atomski broj (Z)pokazuje broj protona (pozitivno naelektrisanih estica) u jezgruatoma i u neutralnom atomu atomski broj je takoe jednak broju elektrona unjegovom naelektrisanom oblaku. Svaki element ima svoj vlastiti karakteristiniatomski broj koji odreuje hemijske osobine elementa i prema tome atomski brojodreuje element.

Atomski brojevi elemenata, od vodonika, koji ima atomski broj 1, do hanijuma, koji

ima atomski broj 105 daju se u Periodnom sistemu elemenata.


14/49


Razne vrste atoma nastaju kombinacijama razliitih brojeva protona, neutrona i

elektrona. Ukupna masa svih estica predstavlja atomsku m asu.

Relativna atomska masaje broj koji se dobija uporeivanjem sa masom nekogdrugog atoma, odnosno delom mase atoma koji je uzet za standard. Danas se

kao standard koristi 1/12 mase ugljenika C12. Relativna atomska masa pokazuje

koliko je puta masa atoma odreenog elementa vea od 1/12 mase atoma C12.

Osnovna jedinica za koliinu materije je mol. Molje koliina materije koja sadrionoliki broj osnovnih estica koliko ima atoma ugljenika u 12 gizotopa C12. Taj

broj je uvek 6,023 1023i naziva se Avogadrov broj.


15/49


Najprostiji atom, atom vodonikasastoji se iz jednog protona i jednog

elektrona te mu je atomski broj 1.

Vodonik je najlaka materija koju

poznajemo; u tenom vodoniku

potonue ak i pluta.

Atom vodonika


16/49


Elementi sa 90 i vie protona(npr. uranijum) imaju

nestabilne izotope - jezgra im

se raspadaju i nastaju atomi

drugih elemenata.

Hemijski elementi koji se razlikuju

po broju neutrona, a imaju isti brojprotona nazivaju se izotopima

datog elementa.

Mase izotopa su razliite, ali su imidentine hemijske osobine. Tako

npr. stabilan izotop ugljenika C12

ima 6 protona i 6 neutrona, a

radioaktivni ugljenik C14ima 6

protona i 8 neutrona

Ugljenik CUgljenik C12 14

Izotopi


17/49MATERIJALI I TEHNOLOGIJE OBRADE - Dr Tomislav Vujinovi17

-

Prva ljuska (orbita)Najnii energetski nivo

Druga ljuska (orbita)Vii energetshi nivo

Trea ljuska(orbita)Jo vii energetshi nivo

Elektroni se obru samo u elektronskim ljuskama. Postoji sedam elektronskih

ljuski. Svaka elektronska ljuska ima odreennivo energije koji varira u skladu saudaljenou ljuske od jezgra. to je elektronska ljuska blia jezgru, njeni

elektroni imaju manje energije, a toje dalja od jezgra, njeni elektroni imaju veu

energiju.

Orbite, orbitale i energetski nivoi


18/49


Svaka elektronska ljuska ima "podljuske (orbitale), u okviru kojih se

elektroni te ljuske neprestano kreu.Elektron mora da primi spoljanju energiju da bi mogao da putuje izmeuljuski. Izvor te energije je "foton".


19/49


Glavni kvantn i b ro jnpredstavlja pozitivne cele

brojeve od 1 do 7 (n =1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) i definieenergetski nivo elektrona (oznaava se i slovimaK, L, M, N, O, P, Q);

to je vea vrednost n, to je ljuska dalja od jezgra,

Udaljeniji elektroni poseduju veu energiju,

Glavni kvantni broj

Kvantni brojevi elektrona i atoma

Orbitalni elektroni:n = glavnikvantni broj

n=3 21

K

L

M


20/49


Glavni kvantni brojevi za razliite elemente


21/49


-

Prva ljuskabroj e-= 2(1)2 = 2 e-

Druga ljuska

broj e-= 2(2)2 = 8 e-

Trea ljuskabroj e-= 2(3)2 = 18 e-

Postoji sedam elektronskih ljuski oko jezgra atoma. Broj elektrona u ovih sedam

elektronskih ljuski, koji se nikad ne mijenja, odreen je matematikom formulom:

Maksimalan broj elektrona koji moe da bude prisutan u svakoj elektronskoj ljuscioko atoma fiksiran je tom formulom. (Slovo "n" oznaava broj elektronske ljuske.)

2n2.

Broj elektrona u elektronskim ljuskama


22/49


11 protona

12 neutrona

K ljuska (n=1)

L ljuska (n = 2)

M ljuska (n = 3)

Atomska struktura natrijuma,Atomski broj 11,Prikaz elektrona u K, L,i Mljusci

Atomska

struktura

azota

2D i 3D izgled elektronskih ljuski


23/49MATERIJALI I TEHNOLOGIJE OBRADE - Dr Tomislav Vujinovi

23

Drugi (sekun darni, orbitalni) kvantni b rojl= 0, 1, 2, n-1,

odnosi se na podnivo elektrona (oznaava se sa s,p, d, f);ovaj broj prikazuje moment koliine kretanja elektrona(2rmv, zamah), kojih u datom energetskom stanju moe biti2(2l+1),

Drugi (sekundarni, orbitalni) kvantni broj

Maksimalni

broj elektronau podljusci

s = 2

p = 6

d = 10

f = 14

Glavni kvantni broj, n

Ener

getskinivo,


24/49


Poveanjeenergije

n=1

n=2

n=3

n=4

Glavni i sekundarni kvantni broj

Glavni

kvantni brojSekundarni

kvantni broj


25/49


Elektronska konfiguracija azota

Z = 7 neophodno je 7 elektrona

1s

2s

3s

4s

2p

3p

4p3d4d

Energija

N 1s2 2s22p3

Prva glavna ljuska Druga glavna ljuska

Dva elektrona u

prvoj glavnoj ljusci

Dva elektrona u

spodljusci druge

glavne ljuskeTri elektrona u

ppodljusci druge

glavne ljuske

Prva glavna

ljuska

Druga glavna

ljuska


26/49


n=1n=2

n=3

n=4

Povea

njeenergije

1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p6

Pisanje izraza za konfiguraciju elektrona


27/49


Primer - Magnezijum

Mg Z=12

Podseanje

sorbita 2 elektrona

porbita 6 elektrona

dorbita 10 elektrona

1s2

Broj elektrona = 12

Ispunjena 1sorbita

Preostao broj elektrona = 10

Ispunjena 2sorbita


2s2 2p6 3s2Mg

Ispunjena 2porbita


Ispunjena 3sorbita


12 Protona

12 neutrona

Kljuska (n=1)Lljuska (n=2)

Mljuska (n=3)


28/49


Primer za hlor (Cl)

17 Protona

18 neutrona

Kljuska (n=1) Lljuska (n=2)

Mljuska (n=3)


29/49


Magnetni i spinski kvantni broj

Magnetni kvantn i bro jmlvrednosti od -ldo +l, ukljuujui i nulu, definienagib ravni oblaka elektrona, npr. za n= 2 i l= 2 dobija se ml= -1, 0, +1,

Spinsk i kvantn i bro jms, vrednosti -1/2 do +1/2definie smjer obrtanjaelektrona oko sopstvene ose (- ulijevo i + udesno).

Paulijev princip iskljuivosti(Wolfgang Pauli) glasi da dva elementa ne

mogu da imaju ista etiri kvantna broja.


30/49


Stabilne elektronske konfiguratcije

Z Elemenat Konfiguracija

2 He 1s2

10 Ne 1s2

2s2

2p6

18 Ar 1s22s22p63s23p6

36 Kr 1s22s22p63s23p63d104s24p6

54 Xe 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6

86 Rn 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p66s25d106p6


31/49


Opti izraz konfiguracije elektrona

Fr (Z = 87)1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s

HeNe

Ar

Kr

Xe

Rn


32/49


Elektronska struktura prvih 20 elemenata

Ime Atomski broj Elektronska struktura

Vodonik 1 1s1

Helijum 2 1s2

Litijum 3 1s22s1

Berilijum 4 1s22s2

Bor 5 1s22s22p1

Ugljenik 6 1s22s22p2

Azot 7 1s22s22p3

Kiseonik 8 1s22s22p4

Fluor 9 1s22s22p5

Neon 10 1s22s22p6

Natrijum 11 1s22s22p63s1

Magnezijum 12 1s22s22p63s2

Aluminijum 13 1s22s22p63s23p1

Silicijum 14 1s22s22p63s23p2

Fosfor 15 1s22s22p63s23p3

Sumpor 16 1s22s22p63s23p4

Hlor 17 1s22s22p63s23p5

Argon 18 1s22s22p63s23p6

Kalijum 19 1s22s22p63s23p64s1

Kalcijum 20 1s22s22p63s23p64s2

Inertni gas -

elektronska

konfiguracija

je stabilna


33/49


Element Atomski broj Elektronska konfiguracija

Magnezijum (Mg) 12 1s2, 2s2p6, 3s2

Aluminijum (Al) 13 1s2, 2s2p6, 3s2, p1

Gvodje (Fe) 26 1s2, 2s2p6, 3s2p6d6, 4s2

Bakar (Cu) 29 1s2, 2s2p6, 3s2p6d10, 4s1

Elektronske konfiguracije glavnih tehnikih metala (Fe, Al, Cu, Mg)


34/49


Mg - primjer

Valentni elektroni i elektroni u unutranjim ljuskama

Valentna ljuskaje spoljanja ljuska atoma po kojoj se kreu elektroni

1s22s22p6

3s2[Ne]

3s2 Elektroni u valentnojljusci odreuju hemijskeosobine

Elektroni u unutranjim

ljuskama nemaju znaajnog

uticaja na hemijske osobine


35/49


Vodonik 1 1s1

Helijum 2 1s2

Litijum 3 1s22s1

Berilijum 4 1s22s2

Bor 5 1s22s22p1

Ugljenik 6 1s22s22p2

Azot 7 1s22s22p3Kiseonik 8 1s22s22p4

Fluor 9 1s22s22p5

Neon 10 1s22s22p6

Natrijum 11 1s2

2s2

2p6

3s1

Magnezijum 12 1s22s22p63s2

Aluminijum 13 1s22s22p63s23p1

Silicijum 14 1s22s22p63s23p2

Fosfor 15 1s22s22p63s23p3

H

HeLi

Be

B

C

NO

F

Ne

NaMg

Al

Si

P

1

21

2

3

4

56

7

8

12

3

4

5

Atomski Elektronska Valenca Lewis-ove

Element broj konfiguracija Electrons take


36/49


Postoji 109 hemijskih elemenata

koji su do sada otkriveni. Cio

svemir, naa Zemlja i sve ivo ineivo u naem svijetu formirano jerasporeivanjem tih 109 elemenatau razliitim kombinacijama. Dosada smo vijeli da su svi elementi

izgraeni od atoma koji su slinijedni drugima i koji su sainjeni od

istih estica. Prema tome, ako susvi atomi koji sainjavaju elementeizgraeni od istih estica, ta ondaini da se elementi razlikuju jedniod drugih i ta je uzrok formiranjabeskrajno razliitih supstanci?

Broj protona u jezgru atoma sutinski odvaja elemente jedne od drugih. Postoji jedan proton uatomu vodonika, najlakem elementu, dva protona u atomu helijuma, drugom najlakemelementu, 79 protona u atomu zlata, 8 protona u atomu kiseonika i 26 protona u atomu gvoa.Ono to ini razliku izmeu zlata i gvoa, i gvoa i kiseonika je jednostavno razliit broj protonau njihovim atomima. Vazduh koji diemo, nae telo, biljke i ivotinje, planete u svemiru, ivo ineivo, gorko i slatko, vrsto i teno, sve... sve ovo je izgraeno od protona, neutrona i elektrona.


37/49


Periodni sistem elemenata

Zakon periodinosti

Slina fizika i hemijska svojstva periodino seponavljaju pri emu se elementi mogu poreati po

rastuim atomskim brojevima.

Ruski hemiar Dmitrij Mendeljejev predloio je 1869. godine da se svi do tada

poznati hemijski elementi srede prema rastuim atomskim teinama i

periodinosti njihovih osobina. Docnije se pokazalo da je za postizanje

potpune periodinosti osobina trebalo poredjati elemente prema rastuem

atomskom broju odnosno ukupnom broju elektrona.


38/49


Simbol elementa

Atomski broj

Atomska masa

Atomski broj = broj protona

Periodni sistem elemenata se sastoji od horizontalnih redova (perioda) i

vertikalnih redova (grupa). Periode se oznaavaju slovima K, L, M, N, O, P, Q

ili brojevima 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, a kolone rimskim brojevima od I - VIII + (nulta)grupa (0). Kolone I - VII dodatno su podeljene na podgrupe oznaene slovima

A i B. Sa porastom atomskog broja dolazi do skokovite promjene osobina po

kojima se elementi medjusobno razlikuju. Elementi koji se nalaze u istoj koloni

imaju slinu gradju spoljanjeg elektronskog sloja te stoga i sline osobine.


39/49


Periodni sistem zasnovan na elektronskoj konfiguraciji

Plemeniti gasoviAlkalni metali

Halogeni

elementi

Slina svojstvauvertikalnim kolonama

koje se nazivaju grupe

Vrstese

zov

u

periode

Alkalni zemljani metali

Lantanidi

Aktinidi

K

L

M

N

O

P

Q

Metali

Nemetali

Prelazni metali


40/49


Moderan periodni sistem elemenata


41/49


Periodinitrend atomskih radijusa

Svaki atom se moe smatrati u prvoj aproksimaciji kao sfera sa odreenim

radijusom. Radijus atomske sfere nije konstantan, ve zavisi u izvesnomstepenu od njegove okoline.

Na osnovu prethodne slike oigledne su tenje (uz male izuzetke) u atomskojveliini.Veliina atoma je znaajna pri prouavanju difuzije atoma u metalnim legurama.


42/49


Metali: Elementi koji su obinona sobnoj temperaturi u vrstom stanju.Najvei brojelemenata su metali.

Nemetali: Elementi gornjeg desnog ugla periodnog sistema. Njihovahemijska i fizikasvojstva su razliita od metala.

Metaloidi: Elementi lee nadijagonalnoj liniji izmeu metala i nemetala.Njihova hemijska i fizika svojstva su izmeu metala i nemetala.

Metali, nemetali i metaloidi


43/49


Metali: Elementi koji su obinona sobnoj temperaturi u vrstom stanju.Najvei brojelemenata su metali.


44/49



45/49



46/49


Elektropozitivnielementi su po svojoj prirodi metalni i odaju elektroneu

hemijskim reakcijama stvarajui pozitivne jone, ili katjone. Najvieelektropozitivni elementi su u grupi 1A i 2A Periodnog sistema elemenata.

Elektronegativnielementi su po svojoj prirodi nemetalni i primaju elektrone

u hemijskim reakcijama stvarajui negativne jone, ili anjone. Najvieelektronegativni elementi su u grupi 6A i 7A Periodnog sistema elemenata.

Neki elementi mogu se ponaati na elektronegativni ili elektropozitivni nain(C, Si, Ge, P itd.).

Elektropozitivni i elektronegativni elementi

Plemeniti gasovi

Hemijska svojstva atoma elemenata zavise u osnovi od reaktivnosti

najudaljenijih elektrona. Najstabilniji ili najmanje reaktivni od svih elemenata suplemeniti gasovi ili tzv. inertni gasovi (He, Ne, Ar, Kr, Xe i Rn).

Svi oni, osim He, u zadnjoj ljusci imaju s2p6elektronsku konfiguraciju, koja ima

veliku hemijsku stabilnost to se odraava neaktivnou plemenitih gasova dahemijski reaguju sa drugim elementima.


47/49


Elektronegativnost se definie kao stepen kojim atom privlai elektron ka sebi.Uporedna tenja atoma da pokae elektropozitivno ili elektronegativno ponaanje

moe se kvantitativno izraziti oznaavanjem svakog elementa elektronegativnimbrojem.

Kree se u granicama od0.7do 4.0,Vee vrijednosti: tendencija ka preuzimanju elektrona.

Manja elektronegativnost Vea elektronegativnost

Elektronegativnost


48/49


Neki trendovi ponaanja elemenata u zavisnosti od poloaja uPeriodnom sistemu elemenata


49/49

Sledi nastavak

gradja atoma

Documents

moe imati vie slojeva

tri vrste subatomskih