Stavba atómu

Atómové jadro

Atómové jadro pozostáva z dvoch druhov častíc, z protónov a neutrónov. Počet protónov v jadre sa označuje ako protónové číslo (Z). Podľa protónového čísla sú prvky zoradené do periodickej tabuľky. V prírode sa vyskytujú atómy s protónovým číslom od Z = 1 (vodík) po Z = 92 (urán)

Počet neutrónov v jadrách toho istého prvku môže byť odlišný. Súhrnný počet protónov a neutrónov vyjadruje nukleónové číslo (A). Rozdiel A-Z zodpovedá počtu neutrónov. Vyjadruje ho neutrónové číslo (N). Látka, ktorej atómy majú rovnaké protónové a nukleónové číslo, je nuklid. Pri rôznych počtoch neutrónov vznikajú izotopy.

Protóny a neutróny sú v jadre atómu viazané jadrovými silami. Jadrové sily sú veľmi účinné, majú však dosah iba na malé vzdialenosti: Polomer ich účinnosti nepresahuje 4×10-15 m. Polomer atómového jadra (r) je približne 1,2×10-15 m.

Hmotnosť jadra určuje celkovú hmotnosť atómu, pretože hmotnosť elektrónu je zanedbateľná. Hmotnosť atómového jadra je vždy o niečo menšia ako súčet hmotností protónov a neutrónov, ktoré tvoria jadro (defekt hmotnosti). Tento rozdiel je zdrojom väzbovej energie jadra, ktorá určuje stabilitu jadra. Jadrá s počtom neutrónov alebo protónov 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82 a 126 majú najväčšiu väzbovú energiu, preto sú najstabilnejšie a najčastejšie sa vyskytujú v prírode.

Elektrónový obal

Elektrónový obal atómu tvoria elektricky záporne nabité elektróny. Počet elektrónov v normálnom atóme sa rovná počtu protónov v jeho jadre, t.j. protónovému číslu (Z). V tomto prípade je atóm ako celok elektricky neutrálny. Každý elektrón v obale atómu sa nachádza v určitom energetickom stave, ktorý je určený štyrmi kvantovými číslami :

n – hlavné kvantové číslo (určuje energetickú vrstvu alebo orbitál )
l – vedľajšie kvantové číslo (určujúce tvar orbitálu)
m – magnetické kvantové číslo (určujúce priestorové usporiadanie orbitálu)
s – spinové kvantové číslo (určuje spin elektrónu t.j. orientáciu)

Elektrónový obal určuje vlastnosti atómu. Ak atóm interaguje so žiarením, môže elektrón v jeho obale žiarenie absorbovať a dostať sa tak na vyššiu energetickú hladinu (excitácia). Potom pri spätnom prechode elektrónu z  vyššej hladiny na nižšiu, túto absorbovanú energiu opäť vyžaruje späť do prostredia. Toto elektromagnetické žiarenie môže mať formu tepelnej energie alebo svetelného žiarenia (fotónov). Môžeme si predstaviť fosforeskujúce figúrky, ktoré najprv vystavíme svetelnému žiareniu ktoré akoby pohltí (energiu) a nakoniec nám figúrka bude túto svetelnú energiu spätne vyžarovať. Tieto výmeny energií v atómových obaloch sa vždy dejú v určitých kvantách (množstvách žiarenia) preto sa táto oblasť fyziky/chémie volá kvantová fyzika a zakladateľom je Max Plank.

Valenčná vrstva elektrónového obalu

Valenčná vrstva  je najvyššia vrstva el. obalu a elektróny ktoré sa zúčastňujú chemických  reakcií sú práve z tejto vrstvy. Je to spôsobené tým že ak valenčný elektrón dostane určitú energiu z vonku (podnet), odtrhne sa od atómu a stáva sa tzv. volným elektrónom. Tieto elektróny sa potom zúčastňujú alebo podieľajú na tvorbe chemických väzieb. Ale tak isto ako sa môžu elektróny uvolniť z valenčnej vrstvy môže aj valenčná vrstva prímať elektróny z iných atómov. Tu sa dostávame k pojmom donor a akceptor. Donorom je atóm ktorý poskytuje volné elektróny a akceptorom je atóm ktorý tieto volné elektróny zase príma.      
U niektorých prvkoch ako meď sú valenčné elektróny veľmi slabo pútané k atómu a ľahko sa uvolnujú, kedže atómy sú veľmi blízko vedla seba, valenčné elektróny “skáču“ z jedného atómu na druhý a je veľmi ťažko povedať ktorý elektrón ku ktorému atómu patrí.

Pauliho vylučovacý princíp

Podľa Pauliho vylučovacieho princípu sa nemôžu v atóme nachádzať dva elektróny v rovnakom energetickom stave, t.j. s rovnakými všetkými kvantovými číslami; aspoň jedným kvantovým číslom sa musia odlišovať. Pauliho princíp súčasne určuje štruktúru elektrónového obalu atómu, pozostávajúcu z viacerých sfér (zodpovedajúcich rôznym hodnotám hlavného kvantového čísla), podsféry (zodpovedajúcich vedľajším kvantovým číslam) a stavov (zodpovedajúcich magnetickým kvantovým číslam), v ktorých sa elektróny môžu nachádzať.

Izotop

Atómy s rovnakým počtom protónov, ale s rôznym počtom neutrónov sú izotopmi určitého chemického prvku.
Napríklad vodík má voľne v prírode tri rôzne izotopy:

jadro obyčajného vodíka (prócia) tvorí len jeden protón bez neutrónu *
jadro ťažkého vodíka (deutéria) pozostáva z jedného protónu a jedného neutrónu*
jadro trícia má jeden protón a dva neutróny*

Atóm cínu s 50 protónmi v jadre môže mať až 26 rozličných izotopov, z ktorých 10 sa vyskytuje bežne v prírode. Známych je asi 300 stabilných a vyše 1000 nestabilných izotopov.