strona /6 Budowa atomu. Wiązania chemiczne Dorota Lewandowska, Anna Warchoł, Lidia Wasyłyszyn Treść podstawy programowej: Budowa atomu; jądro i elektrony, składniki jądra, izotopy. Promieniotwórczość i jej różnorodne konsekwencje. Atomy, jony i cząsteczki, pierwiastki i związki chemiczne, symbole chemiczne, wartościowość pierwiastków. Wiązania chemiczne jonowe i atomowe. Zagadnienia do powtórki. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Budowa atomu, jądro i jego składniki, elektrony Izotopy Promieniotwórczość i jej różnorodne konsekwencje Atomy, jony i cząsteczki Pierwiastki i związki chemiczne; symbole chemiczne Wartościowość pierwiastka Wiązania chemiczne; jonowe i atomowe Kompendium wiedzy. Budowa atomu Protony i neutrony (nukleony) wchodzą w skład jądra atomowego Chmura elektronowa jest to obszar w zasięgu oddziaływania jądra atomowego, w którym istnieje prawdopodobieństwo znalezienia elektronów Powłoka elektronowa jest to część chmury elektronowej, w której prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest największe Protony mają ładunek elektryczny + i masę u Neutrony nie mają ładunku a ich masa u Elektrony mają ładunek elektryczny i masę prawie 2000 razy mniejszą od masy protonu Jądro atomowe jest bardzo małe w porównaniu z atomem, znajduje się w jego centrum i w nim skupiona jest prawie cała masa atomu chmura elektronowa jądro atomowe powłoki elektronowe elektron neutron proton
strona 2/6 protonów w jądrze atomu jest równa liczbie elektronów w chmurze elektronowej i nazywa się liczbą atomową Z nukleonów to liczba masowa A Każdy atom można opisać za pomocą liczby atomowej i masowej: A E Z Na tej podstawie można stwierdzić, ile poszczególnych cząstek buduje dany atom, np.: Nazwa pierwiastka atomowa Z masowa A Zapis A Z E protonów elektronów neutronów nukleonów tlen 8 6 6 8 8 8 8 6 fosfor 5 3 3 P 5 5 6 3 5 65 cynk 30 65 Zn 30 30 35 65 3 0 2. Izotopy. Promieniotwórczość. Izotopy odmiany pierwiastka, których atomy mają taką samą liczbę protonów a różną liczbę neutronów. Wodór posiada trzy rodzaje atomów z różną liczba neutronów: Symbol Nazwa atomowa masowa protonów elektronów neutronów prot 0 2 deuter 2 3 tryt 3 2 Większość pierwiastków występujących w przyrodzie to mieszanina trwałych izotopów, których skład procentowy jest stały. Przykładem może być pierwiastek tlen mieszanina trzech izotopów: 6 O 99,758% 7 O 0,0374% 8 O 0,2039% Izotopy promieniotwórcze (nietrwałe) zbudowane są z atomów, które ulegają samoistnym przemianom, tworząc tym samym atomy innych pierwiastków. Samorzutnym przemianom izotopów promieniotwórczych towarzyszy emisja promieni α, β i γ, zjawisko takie nazywa się promieniotwórczością naturalną.
strona 3/6 Przemianę promieniotwórczą nietrwałych jąder atomowych w wyniku celowych reakcji jądrowych nazywamy promieniotwórczością sztuczną. Skutki promieniotwórczości mogą być pojmowane w sensie: NEGATYWNYM POZYTYWNYM skażenie środowiska lecznictwo archeologia defektoskopia źródło energii poważne uszkodzenia genetyczne w organizmach ludzi, zwierząt i roślin niszczenie komórek rakowych określanie wieku materiałów organicznych badanie jakości wyrobów elektrownie jądrowe 3. Atomy, cząsteczki, jony Atom najmniejsza część pierwiastka, która reprezentuje jego właściwości i bierze udział w reakcjach chemicznych. atomy tego samego pierwiastka mają taką samą liczbę atomową, atomy różnych pierwiastków różnią się rozmiarami, masą i właściwościami tylko nieliczne atomy występują w przyrodzie samodzielnie (niezwiązane), należą do nich między innymi atomy gazów szlachetnych (helowców) symbol chemiczny oznacza jeden atom: Fe jeden atom żelaza współczynnik liczbowy umieszczony przed symbolem atomu informuje nas o liczbie atomów swobodnych: 4Fe współczynnik stechiometryczny cztery atomy żelaza Cząsteczka tworzą ją co najmniej dwa atomy takie same lub różne, połączone ze sobą. Chemiczny zapis cząsteczki to jej wzór chemiczny, zwany wzorem sumarycznym. Cząsteczka pierwiastka: zbudowana jest z takich samych atomów liczbę atomów, wchodzących w skład cząsteczki określa indeks liczbowy umieszczony w prawym dolnym rogu symbolu:
strona 4/6 X 2 symbol chemiczny indeks stechiometryczny mogą być dwuatomowe, np., N, O, Cl, Br lub wieloatomowe, np. O, P, S : 2 2 2 2 2 3 4 8 2 jedna dwuatomowa cząsteczka wodoru S 8 jedna ośmioatomowa cząsteczka siarki współczynnik liczbowy umieszczony przed wzorem cząsteczki informuje nas o liczbie cząsteczek: 7 2 siedem dwuatomowych cząsteczek wodoru 3S 8 trzy ośmioatomowe cząsteczki siarki Łączną liczbę atomów określa iloczyn: współczynnik stechiometryczny x indeks stechiometryczny 7 2 siedem dwuatomowych cząsteczek wodoru (łączna liczba atomów wodoru: 7 2 = 4) 3S 8 trzy ośmioatomowe cząsteczki siarki (łączna liczba atomów siarki: 3 8 = 24) Cząsteczka związku chemicznego zbudowana jest z atomów różnych pierwiastków liczbę poszczególnych atomów wchodzących w skład cząsteczki określa indeks stechiometryczny, np. 2 S O4 2 atomy wodoru atom siarki 4 atomy tlenu współczynnik liczbowy (stechiometryczny) umieszczony przed wzorem chemicznym informuje nas o liczbie cząsteczek, np.: 5CO 2 pięć cząsteczek dwutlenku węgla (tlenku węgla(iv), ditlenku węgla) liczbę atomów poszczególnych pierwiastków uzyskujemy mnożąc współczynnik przez indeks stechiometryczny, np.: 3 C 3 5 (O) 3 3 cząsteczki glicerolu zawierają: 3 3 = 9 atomów węgla 3 5 + 3 3=24 atomy wodoru 3 3 = 9 atomów tlenu
Jon atom lub grupa atomów obdarzona ładunkiem elektrycznym. jon obdarzony dodatnim ładunkiem to kation jon obdarzony ujemnym ładunkiem to anion strona 5/6 ładunek jonu umieszcza się w prawym górnym rogu (tzw. indeks górny), zapisując go cyfrą arab- ską z odpowiednim znakiem (najpierw cyfra po niej znak) np. Ca 2+ (dwudodatni) kation wapnia SO 4 2 (dwuujemny) anion siarczanowy(vi) C 3 COO (jednoujemny) anion octanowy 4. Wartościowość Wartościowość liczba wiązań chemicznych utworzonych przez atom danego pierwiastka o wartościowości decydują elektrony walencyjne atomy danego pierwiastka mogą mieć różne wartościowości wartościowości zapisujemy liczbami rzymskimi ze wzoru strukturalnego cząsteczki można odczytać wartościowości tworzących ją atomów, np. atom wodoru jest jednowartościowy O O C atom węgla jest czterowartościowy atom tlenu jest dwuwartościowy O znając wartościowości atomów tworzących cząsteczkę możemy napisać jej wzór sumaryczny. wiązań, jaką wytwarzają atomy pierwiastka oznaczonego literą A musi być równa liczbie wiązań wytworzonych przez atomy pierwiastka B. III II A B 2 3 stąd III 2 = II 3 5. Wiązania chemiczne Atomy tych samych i różnych pierwiastków łączą się ze sobą za pomocą wiązań chemicznych ponieważ dążą do konfiguracji walencyjnej gazów szlachetnych - helowców (2 lub 8 elektronów na powłoce walencyjnej, 2 tylko dla atomów wodoru, litu, berylu) Taką konfigurację uzyskują poprzez: przekazanie elektronów walencyjnych (np. w NaCl, KCl, MgCl, CaO) i utworzenie jonów (wiązanie 2 jonowe) pomiędzy metalami i niemetalami
strona 6/6 Na: K2 L 8 M e Na + Cl : 7 K2 L 8 M 7 + e Cl Na Cl Na + + Cl - uwspólnienie pary elektronowej (np. w, N, Cl, O ) najczęściej tworzy się między atomami 2 2 2 2 tego samego rodzaju (wiązanie atomowe, kowalencyjne) Cl Cl Cl Cl wzór elektronowy wzór kreskowy kreska we wzorze oznacza parę elektronową uwspólnienie pary elektronowej z równoczesnym jej przesunięciem w kierunku atomu pierwiastka o większej liczbie elektronów (np. 2 O, CO 2, Cl), najczęściej tworzy się między atomami różnych niemetali (wiązanie atomowe spolaryzowane, kowalencyjne spolaryzowane) O O