PUBLICZNE GIMNAZJUM W SŁAWKOWIE ID grupy: 96/21_MP_G1

KOMPETENCJE: MATEMATYKA I PRZYRODA

BUDOWA CZĄSTECZKOWA MATERII

Co to jest materia ? Materia - jest substancją, która tworzy wszechświat. Dane, zarówno fizyków, jak i chemików, identyfikują ponad 100 odrębnych składników materii. Te różne formy materii zwane są pierwiastkami. Z około 100 pierwiastków 90 występuje w naturze, pozostałe są produkowane w laboratorium. Na poziomie najbardziej podstawowym wszystkie substancje, zarówno żyjące, jak i nieożywione złożone są z pierwiastków, w różnych proporcjach i kombinacjach.

Każde ciało, wszystko zbudowane jest z nanoskopijnych atomów, bardzo małych cząstek. W jądrze atomu znajdują się natomiast jeszcze mniejsze cząstki: protony (ładunek +) i neutrony(ładunek 0),czyli nukleony. Jeszcze niedawno uważano że to one są cząstkami elementarnymi (bez wewnętrznej struktury niezbudowane z innych cząstek).Jednak nukleony mają strukturę. Proton tworzą dwa kwarki u (to taki rodzaj kwarku-elementarnej cząstki) i jeden kwark d czyli trzy kwarki. Neutron też tworzą trzy kwarki: dwa kwarki d i jeden kwarku. Czyli podsumowując: trzy kwarki tworzą nukleon (proton lub neutron) i kwarki to cząstki elementarne niezbudowane z innych. Jest też dużo innych elementarnych cząstek m. in. elektron, który krąży wokół wspominanego jądra. Z kolei grupa atomów tworzy cząsteczkę a duuuużo cząsteczek tworzy materię i to już wszystko.

Budowa atomu W centralnej części atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, w którym znajdują się protony i neutrony. Za zwartą strukturę jądra atomowego odpowiadają siły jądrowe. Natura tych sił nie została do dzisiaj poznana. Wokół jądra, w bardzo znacznej od niego odległości (biorąc pod uwagę rozmiar samego jądra), bezustannie i z ogromną prędkością krążą po eliptycznych torach elektrony. Między jądrem a elektronami istnieje wolna przestrzeń. Tę pozornie pustą przestrzeń wypełnia chmura elektronowa i ich pole elektromagnetyczne. Elektrony krążą z ogromną prędkością i wykonują około 6 mld okrążeń na mikrosekundę! W rezultacie bardzo trudno jest jednoznacznie powiedzieć w którym konkretnie miejscu, znajduje się elektron w danej chwili. Możemy nawet powiedzieć, że elektron znajduje się wszędzie dokoła jadra i tworzy coś w rodzaju chmury. Elektrony krążące w tej samej odległości od jądra tworzą tzw. powłokę elektronową. Animacja przedstawia schematyczny atom helu (He)

Izotopy Atomy tego samego pierwiastka występują w kilku odmianach zwanych izotopami. Wszystkie izotopy tego samego pierwiastka (np. wszystkie izotopy tlenu) mają identyczną liczbę protonów w jądrze, ale różnią się "dodatkiem" neutronów. Na ilustracjach poniżej widać czym różnią sie od siebie trzy izotopy najprostszego pierwiastka, jakim jest wodór (H). Wodór Deuder Tryt

Budowę materii dzielimy na: - budowę atomu - powłoki elektronowe - powłokową konfiguracje elektronową Przekształcenia atomu w inne drobiny: - reguła helowca - rodzaje wiązań - wzory elektronowe Rodzaje substancji: - substancje jonowe - substancje kowalencyjne

Badaniem tych cząstek zajmuje się fizyka cząstek elementarnych. Cząstka elementarna – w fizyce, cząstka, będąca podstawowym budulcem, czyli najmniejszym i nieposiadającym wewnętrznej struktury. Niemniej pojęcie to ze względów historycznych ma trochę inne znaczenie. Badaniem tych cząstek zajmuje się fizyka cząstek elementarnych.

DOŚWIADCZENIE Wniosek: Do wąskiego słoika wsypaliśmy bułkę tartą i ziarna fasoli Zaznaczyliśmy poziom do jakiego sięgają flamastrem Po wymieszaniu poziom obniżył się o 2 cm Wniosek: Bułka tarta zajęła wolne przestrzenie pomiędzy ziarnami fasoli.

Co to jest 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.

Modele budowy atomu. Model – system założeń, pojęć i zależności między nimi pozwalający opisać (zamodelować) w przybliżony sposób jakiś aspekt rzeczywistości. Na ogół wyrażany w języku matematyki , gdyż taki sposób zapisu daje możliwość jego doświadczalnego sprawdzenia.

Model Thomsona Joseph John Thomson Joseph John Thomson badał zjawisko promieni katodowych. Starał się wyznaczyć ich prędkość, która mogła wiele powiedzieć o ich strukturze. Do podjęcia tych badań skłoniło go odkrycie odchylania przez pole magnetyczne promieni katodowych. W 1896 roku przeprowadził doświadczenie, w czasie którego wyznaczył zależność ładunku cząstki od jej masy (q/m). Obliczony stosunek (q/m) okazał się 1000 razy większy niż taki stosunek dla jonu wodoru (najmniejszej znanej wówczas cząstki). Ładunki q obu cząstek były równe, więc masa cząstek odkrytych przez Thomsona była ponad 1000 razy mniejsza od masy jonu wodoru. Te cząstki nazwano elektronami. Joseph John Thomson

Ernest Rutherford (1871 - 1937) Model Rutherforda Ernest Rutherford prowadził doświadczenia, polegające na bombardowaniu cienkiej folii ze złota cząstkami alfa (jądra helu), emitowanymi przez rad. Obserwując, w którym kierunku odbijają się cząstki od atomów zauważył on, że większość cząstek przelatuje prosto przez folię, niektóre tylko odchylają się o niewielki kąt. Część cząstek odbijało się całkowicie. Ernest Rutherford (1871 - 1937)

Model Bohra W 1913 roku Niels Henrik Bohr opublikował nową teorię budowy atomów. Potwierdził tezę Rutherforda, że elektrony krążą po orbitach kołowych dookoła jądra ale jednocześnie przyjął dwie nowe tezy: Elektron nie może krążyć po dowolnej orbicie. Każdej orbicie odpowiada inny stan energetyczny atomu. Znajdując się na orbicie dozwolonej elektron nie promieniuje energii. Orbity dozwolone zostały nazwane stacjonarnymi. Atom absorbuje lub emituje promieniowanie w postaci kwantu gamma o energii hf (h - stała Plancka, h = 6,6 * 10-34 J*s, f - częstość) przechodząc z jednego stanu energetycznego Ey do drugiego Ex (czyli przy przejściu elektronu z jednej orbity dozwolonej na inną). Różnica energii tych stanów atomów równa się energii wypromieniowanego kwantu. Niels Henrik Bohr (1885 – 1962)

Model Schrödingera Współczesny model budowy atomu bierze pod uwagę falowe własności cząstek. Z poruszającym się w atomie elektronem związana jest fala materii. Fala ta jest opisana tzw. funkcją falową. Ponieważ w mechanice kwantowej nie istnieje pojęcie toru cząstki, to falowy model budowy atomu odrzuca idee orbity, możemy mówić jedynie o prawdopodobieństwie znalezienia elektronu w danym miejscu. Erwin Schrödinger (1887-1961)

Elektron krążący po orbicie Elektron, negaton, e, β − – trwała cząstka elementarna (lepton) będąca jednym z elementów atomu. Elektron ma ładunek elektryczny równy e = −1,602 176 487(40)·10−19 C (ujemny ładunek elektryczny elementarny– stąd też nazwa negaton) i masę spoczynkową me≈9,10938·10−31 kg. Orbita – tor ciała ( ciała niebieskiego lub sztucznego satelity) krążącego wokół innego ciała niebieskiego. W Układzie Słonecznym Ziemia, inne planety, asteroidy, komety i mniejsze ciała poruszają się po swoich orbitach wokół Słońca. Także księżyce krążą po orbitach wokół planet macierzystych.

Kinetyczno-cząsteczkowa teoria budowy materii.   Otaczająca nas materia - substancje mogące się znajdować w trzech stanach skupienia-składa się z atomów lub cząsteczek (drobin)różnie ułożonych w różnych odległościach od siebie, -oddziaływania międzycząsteczkowe są różne w zależności od rodzaju substancji i stanu skupienia , -cząsteczki tej samej substancji są identyczne ;cząsteczki różnych substancji różnią się od siebie miedzy innymi wielkością , -cząsteczki są w ciągłym ruchu , czego skutkami są takie zjawiska, jak: ruchy Browna , dyfuzja , rozpuszczanie, czyli powstawanie roztworów , rozszerzalność cieplna ciał, -ruch cząsteczek jest chaotyczny , -poruszające się cząsteczki zderzają się ze sobą ,podobnie jak sprężyste piłki , -prędkość cząsteczek zależy od temperatury ciała; im wyższa temperatura tym szybciej poruszaj się cząsteczki. Niektóre zjawiska fizyczne łatwo wytłumaczyć na podstawie kinetyczno-cząsteczkowej teorii budowy materii: topnienie sublimacji. krzepnięcie parowanie wrzenie

Co to jest skraplanie ? Skraplanie - następuje wtedy gdy gaz zostaje odpowiednio oziębiony . W takich warunkach cząsteczki poruszają się wolniej, zbliżają się do siebie, a siły przyciągania między cząsteczkami powodują ,,przyklejanie” się ich do siebie. Szybkość z jaką poruszają się cząsteczki, jest jednak zbyt duża, aby mogły się one połączyć w sztywną strukturę - ciało stałe. Tworzy się ciecz. Skraplanie może zachodzić przy odpowiednim ciśnieniu i w temperaturze niższej od temperatury krytycznej. Zestaw parametrów; ciśnienie i temperatura, dla których rozpoczyna się proces skraplania nazywany jest punktem rosy.

Kinetyczno-cząsteczkowa teoria budowy materii:     Ciała stałe Ciecze Gazy Położenie cząsteczek cząsteczki przylegają do siebie cząsteczki ułożone są ciasno, ale chaotycznie i ułożone to ciągle się zmienia odległość między cząsteczkami są duże Oddziaływania między cząsteczkami (zachowanie się cząsteczek) są duże cząsteczki w zasadzie nie mogą się przemieszczać, jedynie cały czas drgają. Drgają nie są tak duże jak w ciele stałym, cząsteczki mogą się przemieszczać są bardzo słabe, cząsteczki zderzają się, ich ruch jest bezładny i chaotyczny Zmiana objętości trudno zmienić, gdyż odległości między cząsteczkami są bardzo małe trudno zmienić, gdyż odległości między cząsteczkami są małe, większe niż w ciałach stałych łatwo zmienić, gdyż odległości między cząsteczkami są bardzo duże w porównaniu z wielkością cząsteczek Zmiana kształtu trudno je zmienić, gdyż oddziaływania między cząsteczkami są bardzo silne łatwo jest zmienić, gdyż cząsteczki mogą z łatwością zmieniać względne położenie łatwo jest zmienić, gdyż oddziaływania między cząsteczkami są bardzo słabe

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ