Budowa cząsteczkowa materii Gimnazjum Samorządowe nr 2 z oddziałami integracyjnymi w Iławie gr. 96/102 kompetencja matematyczno-przyrodnicza

Budowa atomu Atomy składają się z jądra i otaczających to jądro elektronów. W jądrze znajdują się z kolei nukleony: protony i neutrony. Neutrony są cząstkami obojętnymi elektrycznie, protony noszą ładunek elektryczny dodatni, zaś elektrony – ujemny. W każdym obojętnym atomie liczba protonów i elektronów jest jednakowa. W takiej sytuacji łączny ładunek protonów i elektronów wynosi zero. Atomy z liczbą elektronów różną od liczby protonów nazywane są jonami, czyli atomami posiadającymi ładunek elektryczny. O właściwościach atomów decyduje głównie liczba protonów w jądrze atomowym. Grupy atomów o takiej samej liczbie protonów w jądrze, a różnej liczbie neutronów określamy jako izotopy danego pierwiastka (określonego liczbą protonów). Atomy są podstawowymi elementami budującymi materię z punktu widzenia chemii i pozostają najmniejszymi cząstkami rozróżnianymi metodami chemicznymi. Nie zmieniają się w reakcjach chemicznych.

Budowa jadra Proton Neutron Jądro ma objętość ok. 1015 razy mniejszą od całego atomu i skupia ono w sobie niemal całą jego masę, gdyż proton i neutron są o ok. 1840 razy cięższe od elektronu. Protony i neutrony mają podobną masę. Powstało wiele modeli jądra atomowego, początkowo na gruncie mechaniki klasycznej a następnie kwantowej. Neutron

Historia modeli budowy atomów: Bhagavatapurana – Śrimad – Bhagavatam Podstawowa cząsteczka materialnej manifestacji, która jest niepodzielna i nieuformowana Niepodzielna kulka – Demokryt głosił, że istnieją twory, które nazwał atomami i które są niepodzielnymi sztywnymi i pozbawionymi struktury wewnętrznej kulkami Model rodzynkowy(Thomsona) – po odkryciu elektronów narodziła się koncepcja atomu jako kuli ładunku dodatniego, w której rozmieszczone są mniejsze kulki ładunku ujemnego (elektrony), tak jak rodzynki w cieście Model jądrowy, zwany też planetarnym (model Rutheforda) – większość masy i całkowity ładunek dodatni skupiony jest w małej przestrzeni w centrum atomu zwanej jądrem, elektrony krążą wokół jądra Model atomu Bohra– elektrony poruszają się wokół jądra tylko po określonych orbitach; model ten wyjaśnia związek ruchu elektronów wokół jądra z widmem promieniowania pierwiastków, ale nie podaje przyczyny kwantowania tego ruchu (postulatu Bohra). Model kwantowy(powłoki elektronowe wokół jądra) –mechanika kwantowa wyjaśnia, dlaczego elektrony przyjmują określone energie Kolejne modele wyjaśniają budowę jądra atomowego i jego wpływ na własności atomu – szczegóły patrz jądro atomowe na gruncie mechaniki klasycznej a następnie kwantowej.

Kontrakcja objętości Jest to zjawisko fizyczne polegające na zmianie objętości roztworu lub mieszaniny na skutek reakcji chemicznej lub odziaływań miedzycząsteczkowych pomiędzy składnikami mieszaniny. Kontrakcja objętości może też zachodzić na skutek reakcji chemicznej. Dotyczy to zwłaszcza reakcji zachodzących w fazie gazowej, choć występuje również w cieczy. W przypadku gdy efektem reakcji chemicznej jest zmniejszenie liczby cząsteczek (np. w reakcjach addycji) - dochodzi do zmniejszenia się objętości mieszaniny. Gdy na skutek reakcji dochodzi do wzrostu liczby cząsteczek (np. w reakcjach rozpadu) następuje wzrost objętości mieszaniny. Przykładem mieszaniny, która ma mniejszą objętość niż użyte do jej sporządzenia składniki jest mieszanina wody i etanolu (alkoholu etylowego). Za kontrakcję objętości odpowiedzialne są w tym przypadku wiązania wodorowe powstające pomiędzy atomami wodoru grupy hydroksylowej etanolu a wolnymi parami elektronowymi na atomie tlenu w cząsteczce wody.

Podstawowe prawa chemiczne Przez wiele stuleci uczeni zastanawiali się nad tym, jak zbudowana jest otaczająca nas materia. Na początku XIX stulecia ostatecznie okazało się, że materia ma budowę ziarnistą, gdyż składa się z maleńkich cząstek, które nazwane zostały atomami. Atom jest najmniejszą cząstką pierwiastka, zachowującą w pełni jego właściwości. Szybko okazało się, iż sam atom nie jest niepodzielny o składa się z dodatnio naładowanego jądra i krążących wokół niego ujemnie naładowanych elektronów. Jądro atomowe zbudowane jest z dwóch rodzajów cząstek zwanych ogólnie nukleonami. Są to dodatnio naładowane protony, oraz elektrycznie obojętne neutrony. W jądrze atomowym skupia się niemal cała masa atomu, stąd sumę wszystkich nukleonów znajdujących się w jądrze określa tzw. liczba masowa. Liczba atomowa określona jest przez ilość protonów znajdujących się w jądrze, a ponieważ atom jest elektrycznie obojętny, określa również ilość elektronów w atomie. Liczba atomowa decyduje o położeniu danego pierwiastka w układzie okresowym. Atomy tego samego pierwiastka mogą różnić się od siebie liczbą neutronów w jądrze atomowym. Takie atomy noszą nazwę izotopów. Jądra niektórych atomów (izotopów) mogą samorzutnie ulegać procesom, w wyniku których przemieniają się w inne jądra, emitując jednocześnie promieniowanie α, β lub γ. Zjawisko takie nosi nazwę promieniotwórczości. Wszystkie pierwiastki chemiczne, zarówno te naturalne, jak i te otrzymane sztucznie, uporządkowane są według wzrastającej liczby atomowej i tworzą tzw. układ okresowy pierwiastków. Położenie pierwiastka w danym miejscu układu okresowego umożliwia uzyskanie wielu ważnych informacji o pierwiastku, jego właściwościach i związkach, które tworzy. Wszystkie pierwiastki gazowe (za wyjątkiem gazów szlachetnych) występują w stanie wolnym w postaci dwuatomowych cząsteczek (np. O2, N2). Mamy wówczas do czynienia z cząsteczkami pierwiastków chemicznych. Również atomy różnych pierwiastków mogą łączyć się ze sobą. Powstają wówczas cząsteczki związków chemicznych (np. H2O, CO2). Masy atomów oraz cząsteczek określa się przy pomocy atomowych jednostek masy, oznaczonej literą „u”. Atomy poszczególnych pierwiastków łączą się ze sobą na skutek oddziaływania elektronów walencyjnych (najbardziej oddalonych od jądra). W wyniku tych oddziaływań tworzą się wiązania chemiczne. Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje wiązań chemicznych, kowalencyjne (zwane również wiązaniem atomowym), oraz jonowe. To, jakie wiązanie powstanie zależy w głównym stopniu od rodzaju łączących się ze sobą pierwiastków. Liczba wiązań, jakie może wytworzyć dany pierwiastek nazywana jest jego wartościowością. Dzięki znajomości wartościowości pierwiastków wchodzących w skład danego związku, można poprawnie napisać wzór sumaryczny, a nawet strukturalny tego związku. Przebieg zachodzącej reakcji chemicznej przedstawia się symbolicznie przy pomocy równania reakcji chemicznej. Poprawny zapis równania reakcji wymaga prawidłowego napisania wzorów związków chemicznych i symboli pierwiastków. Konieczne jest, aby ilość atomów każdego pierwiastka po obu stronach równania była taka sama. Wówczas mówi się, że równanie reakcji jest prawidłowo uzgodnione. Ponadto, masa substratów (związków po lewej stronie równania) biorących udział w konkretnej reakcji chemicznej, jest zawsze równa masie produktów, które w wyniku tej reakcji powstały (związków zapisanych po prawej strony równania reakcji). Powyższa zależność nosi nazwę prawa zachowania masy, które jest jednym z podstawowych praw chemicznych. Drugim ważnym prawem jest tzw. prawo stałości składu, które mówi, że stosunek mas pierwiastków wchodzących w skład danego związku chemicznego, jest wielkością stałą.  

Związki chemiczne Miliony znanych substancji są kombinacjami pierwiastków. Niektóre z nich stanowią związki chemiczne, które powstają przy połączeniu dwóch lub więcej pierwiastków. Na przykład sól stołowa jest związkiem sodu i chloru. Sód (metal) syczy i staje się gorący po wrzuceniu do wody; chlor to gęsty, zielony gaz. Czyste pierwiastki lub związki należą jednak do rzadkości, a większość substancji to mieszanka dwóch lub więcej.

Cząsteczka Cząsteczka, inaczej molekuła – obojętne elektrycznie indywiduum chemiczne, złożone z więcej niż jednego atomu, które są ze sobą trwale połączone wiązaniami chemicznymi. Niegdyś definiowano cząsteczkę jako najmniejszą możliwą porcję związku chemicznego, która zachowuje jego własności chemiczne Zgodnie ze współczesną wiedzą definicja ta jednak wprowadza w błąd, gdyż nie istnieje techniczna możliwość wyodrębnienia tak małej porcji związku chemicznego aby faktycznie zawierała tylko jedną cząsteczkę, a następnie wykonanie na tej porcji eksperymentów dowodzących, że ma ona takie same własności chemiczne jak inne cząsteczki tego związku chemicznego. W kinetycznej teorii gazów za cząsteczkę uważa się każdą cząstkę zdolną do samodzielnego, swobodnego ruchu, niezależnie od tego czy jest to pojedynczy atom, czy cząsteczka w sensie chemicznym, czy też jon.

Pierwiastek chemiczny Pierwiastek chemiczny – podstawowe pojęcie chemiczne posiadające dwa znaczenia: zbiór wszystkich atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze taka substancja chemiczna, która składa się wyłącznie z atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze. Pierwotna definicja pierwiastka chemicznego podana przez Arystotelesa, głosząca, że jest to taka substancja, której nie da się rozłożyć na prostsze, nie jest już współcześnie stosowana. W odpowiednich warunkach atomy pierwiastków mogą łączyć się z sobą tworząc związki chemiczne. Niemal cała znana materia składa się z pierwiastków chemicznych w pierwszym znaczeniu, które występują albo w stanie wolnym albo w formie związków chemicznych i ich mieszanin. Pierwiastki w drugim znaczeniu tego słowa występują na Ziemi w formie czystej stosunkowo rzadko i poza nielicznymi przypadkami (takimi jak np. miedź rodzima) trzeba je celowo wyodrębniać z mieszanin.

Układ Okresowy Pierwiastków cz.II Prawo okresowości W układzie okresowym pierwiastki dzielą się na grupy i okresy. W najczęściej spotykanych postaciach układu grupy stanowią kolumny a okresy rzędy tabeli. Pierwiastki występujące w jednej grupie mają zazwyczaj podobne podstawowe własności chemiczne, które przechodząc od okresu do okresu ulegają tylko wzmocnieniu lub osłabieniu. Np: wszystkie oprócz wodoru pierwiastki występujące w 1. grupie układu są bardzo reaktywnymi metalami o własnościach zasadowych tworzącymi w reakcji z wodą odpowiednie wodorotlenki. Z kolei wszystkie pierwiastki z 17. grupy są niemetalami, tworzącymi w reakcji z wodą silne kwasy.