Stavba látek

Základní pojmy

Atom, nejmenší množství chemického prvku zachovávající jeho charakteristické vlastnosti a schopné vstoupit do chemické reakce; základní jednotka hmoty za obvyklých podmínek. Atom je složen z malého (rozměr řádově 10-14 m), kladně nabitého atomového jádra, kolem něhož je elektronový obal. Rozměr atomu je řádově 10-10 m, hmotnost (řádově 10-27 až 10-25 kg) je soustředěna převážně v jádře a bývá udávána v atomových hmotnostních jednotkách. Atom je navenek elektricky neutrální. Jádro atomu je tvořeno kladně nabitými protony a elektricky neutrálními neutrony, které jsou v jádře drženy jadernými silami. Základní charakteristikou atomu jsou číslo protonové (Z) a číslo nukleonové (A). Do chemických reakcí vstupují atomy pouze prostřednictvím elektronového obalu; jádro atomu se účastní jaderných reakcí. Viz též iont, model atomu, termojaderná syntéza.

Prvky chemické, chemické látky složené z atomů se stejným protonovým číslem. Dosud známo 105 prvků, z toho 90 bylo nalezeno v přírodě, ostatní byly připraveny uměle jadernými reakcemi.

Chemická reakce, chemická změna - děj, při kterém zanikají původní částice (molekuly, ionty) a vznikají nové. Dochází ke zrušení starých vazeb a ke vzniku vazeb nových. Výchozí látky se nazývají reaktanty, vznikající produkty. Vzniká-li ze dvou látek látka jediná (A + B = C), jde o chemické slučování (adici, syntézu), opačný děj (AB = A + B) je chemický rozklad (štěpení, analýza), vymění-li si reaktanty vzájemně své složky (AB + CD = AC + BD), jde o podvojnou záměnu. Záměna jednoho atomu v molekule jiným atomem (AB + C = AC + B) je chemické nahrazování (vytěsňování, substituce). Pokud reakce probíhá současně oběma směry (přímo i zpětně), jde o reakci zvratnou. Chemické reakce se třídí i podle energetických hledisek na reakce exotermní a endotermní, podle počtu fází v reakční soustavě na reakce homogenní a heterogenní, podle přítomnosti katalyzátorů na reakce katalyzované a nekatalyzované.

Atomové jádro, centrální část atomu o poloměru řádově 10-15 m - 10-14 m. Jeho hmotnost je řádově tisíckrát větší než hmotnost atomového obalu. Atomové jádro je složeno z protonů a neutronů, které nazýváme společným názvem nukleony. Nukleony jsou v jádru poutány jadernými silami. Má kladný elektrický náboj, je charakterizováno protonovým číslem Z, neutronovým číslem N, nukleonovým číslem A, hmotností, spinem, vazebnou energií a dalšími veličinami.

Elektronový obal atomu, vnější část atomu tvořená elektrony vázanými k jádru atomu elektrostatickými silami. Počet elektronů v elektronovém obalu atomu je roven počtu protonů v jádru (protonovému číslu). Struktura elektronového obalu atomu i změny energie v elektronovém obalu atomu např. určují chemické vlastnosti atomů, vytvářejí chemickou vazbu, působí chemické reakce, emisi a absorpci optického a rentgenového záření. Viz též elektronová konfigurace, elektronový oktet.

Atomová hmotnostní jednotka, značka u - vedlejší fyzikální jednotka k vyjádření atomové hmotnostní konstanty, definovaná jako 1/12 klidové hmotnosti neutrálního atomu uhlíku 126C.1 u = 1,660 540 2•10-27 kg.

Proton, elementární částice (fermion) s kladným elementárním nábojem s hmotností 1,6726•10-27 kg a spinem 1/2. Společně s neutronem tvoří základní částice všech atomových jader. Nukleon patřící mezi hadrony.

Neutron, elementární částice (fermion) bez elektrického náboje s hmotností 1,6749•10-27 kg a spinem 1/2. Společně s protonem tvoří základní částice všech atomových jader. Neutron vázaný v jádře je stabilní, volný se rozpadá s poločasem rozpadu 10,6 min na proton, elektron a antineutrino.

Číslo protonové, číslo atomové, značka Z - číslo udávající počet protonů v jádře atomu daného prvku, tj. celkový kladný elektrický náboj jádra. Určuje pozici prvku v periodické soustavě prvků a jeho základní fyzikální a chemické vlastnosti.

Nukleonové číslo, hmotnostní číslo, značka A - číslo udávající počet nukleonů (společně protonů a neutronů) v jádře atomu. A = Z + N (N neutronové číslo, Z protonové číslo).

Jaderná reakce, nukleární reakce - proces přeměny jádra atomu probíhající samovolně nebo účinkem jiného jádra, částice či záření.

Iont, ion - elektricky nabitá částice vytvořená z neutrálního atomu (molekuly) ztrátou (kation) či získáním (anion) jednoho nebo více elektronů.

Model atomu, popis struktury atomu na základě klasických nebo kvantových zákonů (viz též klasická fyzika, kvantová fyzika.

Termojaderná syntéza, termojaderná reakce - syntéza lehkých jader na jádra těžší s uvolněním energie. Při termojaderné syntéze se elektrostatické odpuzování, bránící sloučení jader, překonává dodáním energie (ohřátím) velkého systému jader ve formě pevné látky nebo plazmatu. Energie se dodává např. indukčním ohřevem, svazky rychlých částic, svazky laserového záření. Řízená termojaderná syntéza je perspektivním zdrojem energie.

Elektronový pár, dvojice elektronů zpravidla zprostředkující vazbu mezi dvěma atomy. Elektronový pár, který se vazby neúčastní, se označuje jako volný elektronový pár.

Polovodič, látka, jejíž měrný odpor (viz též rezistivita) při pokojové teplotě je větší než měrný odpor vodiče a menší než izolantu (10-4 - 107 W•m). V okolí absolutní nuly (0 K) je vodivost polovodiče nulová. Polovodič má elektronovou bipolární vodivost, tj. vedení elektrického proudu v polovodiči je zprostředkováno elektrony a děrami; elektrická vodivost roste s teplotou. Hlavní vlastností polovodiče je schopnost měnit vodivost vlivem vnějšího působení, jako jsou např. elektrické pole, magnetické pole, světlo, teplo; elektrické vlastnosti čistého polovodiče se mění i přidáním nepatrného množství příměsí. Polovodiče jsou tuhé, krystalické nebo amorfní látky, zřídka kapalné. Nejvíce používané polovodiče vycházejí z krystalické struktury germania (Ge) a křemíku (Si). Příměsi do polovodiče vytvoří v jeho krystalové mřížce poruchy, které se podle typu příměsí chovají jako náboje kladné (vznikne nedostatek elektronů - díra), nebo záporné (s přebytkem elektronů). V prvním případě vznikne polovodič typu P a jeho příměsi se označují jako akceptory, v druhém případě polovodič typu N s příměsemi donory. Polovodič typu P má tedy vodivost děrovou, polovodič N vodivost elektronovou. Pro polovodiče germanium a křemík jsou donory např. arsen, antimon a akceptory např. indium, gallium, bor. Kromě hlavních (většinových, majoritních) nosičů náboje u polovodiče existují ještě opačné (menšinové, minoritní) nosiče náboje. Pro polovodiče typu P jsou majoritní nosiče díry a minoritní elektrony, u polovodiče typu N jsou majoritní elektrony a minoritní díry. Viz též pásová teorie pevných látek, příměsový polovodič, vlastní polovodič.

Rezistivita, měrný elektrický odpor, značka r - pro homogenní vodič je r = RS/l, kde R je rezistance, S obsah průřezu vodiče, l délka vodiče. Jednotkou je W•m. Převrácená hodnota rezistivity se nazývá konduktivita.

Vodič, látka s malou rezistivitou řádově 10-8 W•m až 10-6 W•m, která dobře vede elektrický proud. Mezi elektrické vodiče patří kovy, roztoky elektrolytů, ionizované plyny a plazma. V elektrotechnice se vodičem nazývá elektricky vodivý materiál (měď, hliník ap.), který s