Mitől nehéz a nehézvíz?

A paksi atomerőmű — 1. Nehézvizet használnak az atomerőművekben is
(**Paksi** atomerőmű)

Hallottál már a nehézvízről? Fontos szerepe volt az első atombombák előállításában. Atomreaktorokban ma is használják (1. ábra). De mitől nehéz a nehézvíz? Attól, hogy benne a hidrogénatom „nehéz” változata, a deutérium található. Ahhoz, hogy ezt megértsük, tekintsük át az atomok felépítését és szerkezetét!

Az atom atommagból és az azt körülvevő elektronburokból álló semleges kémiai részecske. Az atommagban találhatók a protonok és a neutronok (1. táblázat). Az atommagot felépítő elemi részecskéket összefoglaló néven nukleonoknak („magot alkotónak”) is nevezzük.

**1. táblázat.** Az elemi részecskék – protonok, neutronok és elektronok – legfontosabb adatai
Elemi részecske	Jele	Tömege (m)	Relatív tömege (m_r)	Töltése (Q)	Relatív töltése *(Q_r)*
Proton	p⁺	$1,67 \cdot 10^{- 27} kg$	1	$+ 1,60 \cdot 10^{- 19} C$	+1
Neutron	n⁰	$1,67 \cdot 10^{- 27} kg$	1	0	0
Elektron	e^–	$9,11 \cdot 10^{- 31} kg$	1/1836	$- 1,60 \cdot 10^{- 19} C$	–1

Az atom vegyjele egy vagy két betű, ennek bal felső sarkába írjuk a tömegszámát, alá a bal alsó indexbe a rendszámát. — 2. Az atom kémiai jele a vegyjel, fontos adatai a rendszám és a tömegszám

Az atom jelölésére vegyjelet használunk (2. ábra). A vegyjel mellett gyakran feltüntetjük az atom két jellemző adatát: a rendszámot és a tömegszámot. Az atom minőségét az atommagban lévő protonok száma határozza meg. Az atommagban található protonok számát adja meg a rendszám (Z). Mivel az atom tömegét lényegében csak az atommagot alkotó protonok és neutronok tömege határozza meg, ezért a protonok és neutronok számának összegét tömegszámnak (A) nevezzük. A tömegszám számértéke közel azonos a relatív atomtömeg számértékével. A relatív atomtömeg a vizsgált atom tömegének és az atomi tömegegységnek a hányadosa.

A 16-os tömegszámú oxigénatomban 8 proton, 8 elektron és 8 neutron van. A 17-es tömegszámú oxigénatomban 8 proton, 8 elektron és 9 neutron van. A 18-as tömegszámú oxigénatomban 8 proton, 8 elektron és 10 neutron van. — 3. Az oxigén izotópatomjainak összetétele

Számos olyan atom van, amelyeknek azonos a rendszáma, de különböző a tömegszáma, tehát atommagjukban azonos számú proton, de eltérő számú neutron található. Az ilyen atomokat nevezzük izotópatomoknak (3. ábra). A különböző tömegű izotópatomokból különböző tömegű molekulák képződhetnek. A két „nehéz” hidrogénatomot (deutériumot) és egy oxigénatomot tartalmazó vízmolekula tömege nagyobb, mint a természetben legnagyobb mennyiségben előforduló vízmolekuláé. Ezért nevezik nehézvíznek a $D_{2} O$ -molekulákból álló vizet (2. táblázat).

**2. táblázat.** A hidrogén izotópatomjai és természetes előfordulásuk aránya
Jel	Név	Előfordulás
$_{}^{}_{1}^{1} H$	hidrogén, prócium	99,985%
$_{}^{}_{1}^{2} H$ , $_{}^{}_{1}^{2} D$	deutérium, nehézhidrogén	0,0115%
$_{}^{}_{1}^{3} H$ , $_{}^{}_{1}^{3} T$	trícium	<0,003%

Gondoltad volna?

Tömegszám mint márkanév

Elgondolkoztál már azon, hogy mit jelenthet egy üdítőital márkanevében a 7? Ez bizony a lítiumatom tömegszáma ( $_{}^{}_{3}^{7} Li$ ). 150 évvel ezelőtt a lítiumvegyületeket az örök ifjúság forrásának hitték. Ez szerepelt egy, a múlt század elején az USA-ban bevezetett üdítőital reklámjában is, az ugyanis lítium-citrátot tartalmazott. Az ital különösen hatékonynak bizonyult a másnaposság kezelésében. Bár később orvosilag is igazolták a lítiumvegyületek jótékony hatását depresszió, skizofrénia és alkoholizmus kezelésében, vesét károsító hatása miatt az 1950-es években kivonták az üdítőitalból. A mai üdítőitalokban már nincsenek lítiumvegyületek.

Gondoltad volna?

Egy modell az anyagok fénykibocsátásának értelmezésére

Niels Bohr (1885–1962) dán fizikus az anyagok fénykibocsátásának magyarázatához feltételezte, hogy az atomban az elektron csak az atommagtól meghatározott távolságra lévő, meghatározott sugarú kör alakú pályákon (ún. elektronhéjakon) keringhet. Minden egyes héjnak jellemző energiája van. Az atommagtól távolodva az elektron egyre nagyobb energiájú héjon kering. Ha az elektron egy magtól közelebbi héjról átkerül egy magtól távolabbi héjra, akkor ezt csak úgy teheti meg, ha energiát vesz fel a környezetéből. Ez az energia pontosan annyi, mint a két héj energiájának különbsége. Ha egy nagyobb energiájú héjról kerül vissza az elektron egy maghoz közelebbi héjra, akkor a két héj közötti energiakülönbséget az atom a környezetének adja át, például megfelelő színű fényt sugároz ki.

A lítium lángfestésének magyarázata

A nátrium lángfestésének magyarázata

A kálium lángfestésének magyarázata

A kalcium lángfestésének magyarázata

A Bohr-féle atommodell 1913-as megalkotása óta rengeteg olyan jelenséget tapasztaltak a fizikusok és a kémikusok, amelyet nem lehetett ezzel a modellel sem értelmezni. Ezért az elmúlt száz évben számos további, egyre bonyolultabb atommodellt alkottak és alkotnak még ma is. Mivel a kémiai átalakulások az atomok elektronszerkezetében okoznak változást, ezért mi a továbbiakban a Bohr-féle atommodellt (4. ábra) fogjuk használni a kémiai változások értelmezésére.

A kémiai reakció nem érinti az atommagot és a telített héjakat. Telítettnek nevezünk egy elektronhéjat, ha azon maximális számú ( $2 n^{2}$ , ahol n az elektronhéj sorszáma) elektron található. Az atommag és a körülötte lévő telített héjak alkotják az atomtörzset. Azt az elektronhéjat, amely nem telített, vegyértékhéjnak, a rajta lévő elektronokat vegyértékelektronoknak nevezzük (5. ábra).

A hélium és a neon esetében a külső, telített elektronhéjat nevezzük vegyértékhéjnak.

atommag, illetve tőle kifelé haladva a K, L, M, N gömb alakú héjak — 4. A Bohr-féle atommodellben az elektronok meghatározott sugarú, gömb alakú pályákon (héjakon) helyezkednek el az atommag körül

A legkülső héj elektronjai vesznek csak részt a kémiai reakciókban — 5. A kémiai reakció nem érinti az atomtörzset, csak a vegyértékhéjat

Van fogalmad?

Atom: atommagból és az azt körülvevő elektronburokból álló semleges kémiai részecske.

Rendszám: az atom magjában található protonok száma.

Tömegszám: az atom magjában található protonok és neutronok számának összege.

Izotópatomok: azonos rendszámú, különböző tömegszámú atomok.

Nehézvíz: olyan víz, amelynek molekuláiban nehézhidrogén-atom (deutérium) található.

Atomtörzs: az atommag és a körülötte lévő telített héjak.

Vegyértékelektronok: az atomtörzsön kívül található vegyértékhéjon lévő elektronok.

Elemi részecskék

protonok, neutronok és elektronok
jellemzőik: relatív tömeg és relatív töltés

Az atom

elektromosan semleges kémiai részecske
felépítése:
- atommag + elektronburok, vagy
- atomtörzs + vegyértékelektronok
vegyjellel jelöljük
jellemző adatai: rendszám, tömegszám és relatív atomtömeg

Izotópatomok

azonos protonszám, különböző neutronszám

I. MILYEN RÉSZECSKÉKBŐL ÁLLNAK AZ ANYAGOK?

2. Az atom szerkezete

2. Az atom szerkezete

Mitől nehéz a nehézvíz?

Gondoltad volna?

Tömegszám mint márkanév

Gondoltad volna?

Egy modell az anyagok fénykibocsátásának értelmezésére

Van fogalmad?