Chemická činidla, pH činidla, kvalitativní analýza, kvantitativní analýza – to jsou jen některé pojmy spojené s analytickou chemií. Co dalšího se v tomto oboru chemie skrývá? Odpovědi na tuto otázku najdete v této sekci!
Na atomární úrovni svět funguje podle principů kvantové mechaniky. Znalost základních informací o struktuře atomu je nezbytná pro správné pochopení naší reality a je základem pro další poznávání světa chemie a jejích závislostí.
Jednotlivé částice, které tvoří hmotu, jsou atomy. Vše, co nás obklopuje, jsou atomy. Prvky jsou součtem jejich atomů – železo se skládá z atomů železa, měď z atomů mědi atd. Z čeho se tedy atom skládá? Většina z nás zná odpověď: kladně nabité protony, záporně nabité elektrony a neutrony bez jakéhokoli náboje. Je to správná odpověď? Rozhodně, ale pokud se na atom podíváme tak, jak to dělá chemik, odpovíme, že atom se skládá ze dvou základních prvků: jádra a okolního elektronového mraku.
Jádro atomu je jeho středem a tvoří jeho nejdůležitější část. Skládá se z protonů (kladně nabitých) a neutronů (elektricky neutrální). Nejedná se o nedělitelné složky. Protony i neutrony mají vnitřní strukturu – jsou tvořeny menšími částicemi zvanými kvarky. Proton se skládá ze dvou horních kvarků a jednoho spodního kvarku. Neutron má však ve své struktuře jeden horní kvark a dva spodní kvarky.
Atom nemá jasně definovanou hranu – to je způsobeno přítomností elektronového mraku. Elektronový mrak je oblast s největší pravděpodobností přítomnosti elektronu (důležité: nelze jednoznačně určit dráhu, po které se elektron pohybuje. Lze pouze určit pravděpodobnost jeho nalezení v různých oblastech prostoru). Elektronový mrak se skládá z elektronů obíhajících kolem atomového jádra. Těsně u jádra je hustota elektronového mraku nejvyšší, přičemž čím dále od jádra, tím je mrak rozptýlenější.
Stav každého elektronu v atomu je popsán vlnovými funkcemi. Vlnové funkce jsou matematickým řešením Schrödingerovy rovnice. Tuto rovnici lze zase vyřešit, pokud je zavedeno několik základních podmínek. Z tohoto důvodu byla použita kvantová čísla. Kvantová čísla, která jednoznačně popisují kvantový stav každého elektronu v daném atomu, jsou stručně charakterizována níže:
je zodpovědný za energii elektronu. Má hodnoty postupných přirozených čísel. Může se pohybovat od 1 do nekonečna. V praxi tomu tak není a nejčastěji se n pohybuje od 1 do 7. Úrovně se stejným hlavním kvantovým číslem se nazývají elektronový obal.
přesněji definuje energie. Hodnota azimutálního kvantového čísla určuje podslupku daného atomového obalu. Na hodnotě tohoto čísla závisí také tvar atomových orbitalů. Azimutální kvantové číslo má hodnoty od nuly do ( n -1).
hodnota magnetického kvantového čísla závisí na azimutálním kvantovém čísle. Magnetické kvantové číslo m má hodnoty od – l do l (včetně 0). Díky znalosti magnetického kvantového čísla jsou určeny vzájemné polohy orbitalů v prostoru, což dává informaci o počtu orbitalů na dané dílčí úrovni.
při pohybu kolem atomového jádra se elektrony pohybují i kolem vlastní osy. Tento pohyb se nazývá spin a je s ním spojeno spinové kvantové číslo. Má pouze dvě hodnoty: + ½ a - ½. Každý atomový orbital může obsahovat dva elektrony s různou hodnotou spinového kvantového čísla. Při popisu kvantových čísel nelze nezmínit jeden ze základních zákonů chemie, totiž Pauliho vylučovací princip . Podle tohoto principu atom nemůže obsahovat dva elektrony se stejnými kvantovými čísly. Elektrony v atomu se musí lišit hodnotou alespoň jednoho kvantového čísla. 
Atomové jádro je obklopeno elektronovým oblakem, ve kterém se s určitou pravděpodobností může nacházet elektron. Tyto elektrony jsou uspořádány na příslušných elektronových obalech. Jednoduše řečeno, elektronové obaly jsou úrovně se stejným hlavním kvantovým číslem n . Obálka nejvzdálenější od atomového jádra se nazývá valenční obal – elektrony obíhající po tomto obalu se nazývají valenční elektrony (vytvářejí chemické vazby mezi atomy různých prvků nebo atomy téhož prvku). Každý elektronový obal je označen písmenem. Takže pro n = 1 je písmeno K, pro n = 2 je písmeno L atd. (pro n 1 až 7 jsou písmena: K až Q). Každý z elektronových obalů v atomu se skládá z dílčích obalů. Podslupky jsou definovány azimutálními kvantovými čísly l . Na podslupkách jsou elektrony, které mají přesně definované, stejné energetické hodnoty. Podslupky mají také specifickou „kapacitu“ – mohou obsahovat 2*(2* l +1), kde l je azimutální kvantové číslo. Podslupky mají také svá písmenná označení: s, p, d, f, g, h atd.
Pro správné určení elektronové konfigurace v atomu je nutné znát pořadí energetických hladin (pořadí jednotlivých podslupek a slupek podle rostoucí energetické hodnoty). Konfigurace je pouze přiřazení jednotlivých elektronů k energetickým hladinám. Existují dva energetické stavy atomu: základní stav a excitovaný stav . Základní stav pozorujeme, když jsou elektrony rozmístěny na jednotlivých orbitalech podle expanzních pravidel. Má pak nejnižší energii. Pokud atom přijme určité množství energie, pak může být elektron přenesen z orbitalu s nižší energií do volného orbitalu s vyšší energií – pak mluvíme o excitovaném stavu atomu. Aby se tedy nalezla správná elektronová konfigurace atomu v základním stavu, musí být jednotlivé orbitaly naplněny podle rostoucí energie při dodržení Pauliho vylučovacího principu. Podle těchto principů je vytvořena tzv. plná konfigurační notace s počty po sobě jdoucích slupek, písmenná označení po sobě jdoucích podslupek a zápis počtu elektronů v konkrétních orbitalech. Zkrácený zápis elektronové konfigurace obsahuje zpočátku jádro v podobě elektronové konfigurace vzácného plynu, které je doplněno o zbývající elektrony.
Najděte si své místo ve skupině PCC. Seznamte se s naší nabídkou a rozvíjejte se s námi.
Neplacené letní stáže pro studenty a absolventy všech kurzů.
