| hlavní stránka | obsah | učebnice | mapa webu | o autorech | rejstřík |
Krystalová chemie se zabývá stavbou pevných látek z hlediska chemických zákonitostí. Je pomocnou disciplínou pro řadu oborů, např. fyziku pevných látek nebo mineralogii.
Minerály můžeme chápat jako chemické látky, jejichž složení se zpravidla snažíme zjistit. Chemické složení minerálů je jednou z jejich základních charakteristik a odvozuje se od něho řada fyzikálních vlastností. Tyto vlastnosti však nezávisí pouze na chemickém složení, ale i na geometrickém uspořádání atomů a iontů ve struktuře, na vazbě mezi nimi a na celkovém uspořádání elektrostatických sil. Krystalová chemie je obor, který nám umožňuje tyto zákonitosti studovat.
Představy o složení hmoty vznikaly od počátku samotné lidské existence, kdy člověk začal mít potřebu poznávání. Již antičtí „atomisté“ měli představu, že dělení látky do nekonečna není možné a definovali nejmenší nedělitelné částice – atomy. Potvrzení této filosofické teorie přinesl až výzkum z konce 19. století. Byla potvrzena existence atomu, který se dále skládá z „elementárních“ částic – protonu, neutronu a elektronu.
Kromě těchto jmenovaných, byla během 20. století objevena řada dalších částic a s nimi souvisejících zákonitostí. Ve 30. letech byla predikována a později objevena forma antičástic. Částice a antičástice představují dvě zrcadlové částice o stejné hmotnosti, lišící se opačným elektrickým nábojem, momentem magnetického pole a některými kvantovými čísly. První objevenou antičásticí byl v roce 1932 pozitron – kladný elektron. Při srážkách částic a antičástic dochází k tzv. anihilaci částic za vzniku gama záření, jehož energie odpovídá celkové hmotnosti obou částic. Je znám i opačný proces, kdy se foton v blízkosti atomu přemění na elektron – pozitronový pár.
Dosud objevené „elementární“ částice se třídí podle jejich vlastností na dvě velké skupiny. První skupinou jsou skutečně elementární částice označované jako leptony a druhou tvoří částice s vnitřní strukturou, označované jako hadrony.
Leptony jsou elementární částice v pravém slova smyslu, protože
nemají vnitřní strukturu. Jejich spinové číslo je ½. Mají buď záporný
elementární náboj (elektron, mion, tauon) nebo jsou bez náboje (elektonové
neutrino, mionické neutrino a tauonické neutrino). Kromě tauonu je jejich
hmotnost pouhým zlomkem atomové hmotnostní jednotky mu
(obrázek 31-1).
Interakce leptonů se řídí zákonem zachování
leptonového čísla L, kdy před a po interakci musí být leptonové číslo
shodné. Hodnota leptonového čísla pro leptony je +1, pro antileptony -1, pro
ostatní částice 0. Leptony na sebe působí pouze slabými interakcemi.
Hadrony jsou částice s vlastní strukturou, které na sebe působí
silnými interakcemi. Těchto částic je známo asi 200 a podle své struktury
se dělí na dvě skupiny:
Nejlehčími baryony jsou proton a neutron (1,007 mu, resp. 1,008 mu). Společně se často označují jako nukleony. Baryony těžší než nukleony mají souhrnné označení hyperony. Všechny interakce baryonů se řídí zákonem zachování baryonového čísla B (+1 pro baryony, -1 pro antibaryony a 0 pro mezony a leptony). Kromě protonu a antiprotonu jsou všechny hadrony nestálé. Volný neutron se rozpadá na proton, elektron a elektronové antineutrino za 930 s. Vnitřní strukturu hadronů tvoří kvarky.