MATERIA Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Staniszewie ID grupy: 96/75_mp_g1_adrianna.skorowska Kompetencja: MAT-PRZYR Temat projektowy: Cząsteczkowa budowa materii Semestr/rok szkolny: 2009/2010

CZĄSTECZKOWA BUDOWA MATERII

Hipoteza istnienia cząsteczek Substancje zbudowane są z cząsteczek. Cząsteczki są bardzo małe – bo ani w cieczach czystych, ani w mieszaninie nie można ich zaobserwować pod mikroskopem. Cząsteczki różnych substancji są różnej wielkości

Jakie są rozmiary cząsteczek? Cząsteczki są bardzo małe – mierzy się ich średnicę w nanometrach (nm.) np. średnica cząsteczki wody wynosi ok. 0,3nm średnica cząsteczki denaturatu to ok. 0,6nm średnica oleju wynosi kilka nanometrów Uwaga: 1 nanometr to 0,000000001 metra!

Ziarnista budowa materii Otaczająca nas materia to świat różnorodnych substancji np. woda, powietrze, drewno, metale. Sprawiają one wrażenie, że mają budowę ciągłą, to znaczy nie widzimy w nich poszczególnych elementów. Jednak materia nie jest lita. Zbudowana jest z małych ziarenek, które są w ciągłym, nieustannym ruchu. Dowody ziarnistej budowy materii: 1. Dyfuzja – samorzutne rozprzestrzenianie się cząstek jednej substancji w drugiej. 2. Mieszanie się dwóch cieczy i towarzyszące im zwykle zmniejszanie się objętości, np. glicerolu z wodą. 3. Rozpuszczanie ciał stałych w cieczach, np. rozpuszczanie manganianu (VII) potasu w wodzie. 4. Zmiany stanu skupienia materii.

Robert Boyle, Demokryt i John Dalton Robert Boyle, ur. 25 I 1627, Líos Mór, zm. 30 XII 1691, Londyn, angielski chemik, fizyk i filozof; podał m.in. definicję pierwiastka chemicznego, rozwinął jakościową analizę chemiczną. John Dalton – brytyjski nauczyciel chemii, który wprowadził do nowoczesnej chemii hipotezę Demokryta Demokryt – grecki filozof, który wprowadził pojęcie atomu. Przedstawił hipotezę, że świat jest zbudowany z atomów, czyli drobnych, niepodzielnych cząstek materii.

Atom jest najmniejszą ilością pierwiastka zachowującą jego właściwości chemiczne

Historyczny rozwój pojęcia atomu

IV wiek p.n.e. Twórcami atomistycznej teorii wewnętrznej budowy materii byli filozofowie- Demokryt i Leukippos. Stan ówczesnej wiedzy nie umożliwiał jednak udowodnienia tej teorii. Poglądów „atomistów” nie zaakceptowano ani w starożytności, ani w średniowieczu i szybko o nich zapomniano.

1808 rok- teoria atomistyczno -cząsteczkowa budowy materii Założenia budowy materii przedstawił John Dalton, ale do końca XIX wieku atom wyobrażano sobie jako niezwykle małą, niepodzielną kuleczkę

Teoria atomistyczno-cząsteczkowej budowy materii 1. Atomy tego samego pierwiastka chemicznego są identyczne pod względem masy i rozmiarów. 2. Atomy mają kształt kulisty. 3. Atom jest najmniejszą cząstką pierwiastka chemicznego, która posiada wszystkie cechy tego pierwiastka. 4. Pierwiastek chemiczny jest zbiorem takich samych atomów. 5. Atomy łączą się tworząc cząsteczki. 6. Związek chemiczny jest zbiorem takich samych cząsteczek.

1897 rok- odkrycie elektronu Pod koniec XIX wieku, w 1897 roku, sir Joseph J. Thompson, badając Wyładowania elektryczne w gazach rozrzedzonych odkrył istnienie ujemne naładowanej cząsteczki mniejszej od atomu. Cząstkę tę nazwano elektronem (e-). Po odkryciu elektronu Thomson zaproponował tzw. Model puddingu śliwkowego budowy atomu

1896 rok-1898 rok- odkrycie zjawiska promieniotwórczości Dalszy rozwój wiedzy o budowie materii wiąże się z odkryciem promieniotwórczości naturalnej przez Antoine’a H. Becquerela, który stwierdził, że atomy niektórych pierwiastków chemicznych rozpadają się samorzutnie, emitując trzy rodzaje promieniowania: alfa, beta i gamma. Również prace Marii Skłodowskiej Curie i jej męża, Pierre’a Curie, przyczyniły się do rozwoju wiedzy o budowie materii. Ich odkrycia wykazały, że atomy maja budowę złożoną. Termin „promieniotwórczość” pierwsza wprowadziła Maria Skłodowska Curie

1911 rok- planetarny model atomu Doświadczenie przeprowadzone przez Ernesta Rutherforda w 1911 roku umożliwiło rozwój wiedzy na temat atomu. Strumień cząstek alfa został skierowany na folie ze złota. Rutherford zauważył, że większość cząstek przechodziła przez folię, a ich uderzenie w ekran wywołowało słabe rozbłyski. Nieliczne cząstki alfy ulegały odchyleniu, przechodząc przez folię, a mniej więcej jedna na 20 000 odbijała się od folii i zwracała w stronę źródła emisji.

1913 rok- teoria budowy atomu Niels H. Bohr próbując tłumaczyć rozbieżność teorii Rutherforda z faktami doświadczalnymi, ogłosił w 1913 roku teorię, w myśl której elektron krąży wokół jądra po tzw. Orbicie stacjonarnej, nie zmieniając swojej energii. Przeskok z orbity stacjonarnej na inną powoduje pobieranie lub oddawanie porcji energii nazwanej kwantem. Model atomu przedstawiony przez Bohra zgadza się z doświadczeniem tylko dla atomu wodoru. Dalszy postęp w poznawaniu budowy atomu przyniosła mechanika kwantowa, czyli dział fizyki zajmujący się m.in. Opisem budowy atomów różnych pierwiastków chemicznych.

1932 rok- odkrycie neutronu Cząstkę elektrycznie obojętną o masie około 1u, a więc zbliżonej do masy protonu, odkrył sir James Chadwick. Dokonał tego, bombardując cząstkami alfa jądro berylu. Cząstka ta to neuron.

Budowa atomu Atom zbudowany jest z jądra, w którym znajdują się protony i neutrony oraz z krążących wokół jądra elektronów.

Model atomu

Co warto wiedzieć o atomie? 1. Atom układ złożony z jądra atomowego oraz z krążących wokół jądra elektronów. 2. Protony – cząstki elementarne budowy atomu wchodzące w skład jądra atomu mające masę równą 1 u i ładunek elementarny dodatni. 3. Neutrony – cząstki jądra atomowego elektrycznie obojętne o masie w przybliżeniu równej masie protonu = 1u 4. Elektrony – cząstki elementarne poruszające się wokół jądra atomowego, posiadające ładunek elementarny ujemny i masę 1840 razy mniejszą od masy protonu. 5. Liczba atomowa – liczba protonów w jądrze atomowym. 6. Liczba masowa - suma liczby protonów i neutronów w jądrze atomowym. 7. Pierwiastek chemiczny – zbiór atomów o takiej samej liczbie atomowej.

Liczba atomowa Atom pierwiastka chemicznego jest elektrycznie obojętny. Liczba protonów jest równa liczbie elektronów.

Z = ładunek jądra = liczba protonów = liczba elektronów Liczba atomowa Liczba protonów wchodzących w skład jądra atomowego nazywa się liczbą atomową i oznacza się symbolem Z. Z = ładunek jądra = liczba protonów = liczba elektronów Liczba masowa Suma protonów i neutronów (nukleonów) jest nazwana liczbą masową i oznacza się ją symbolem A. A = liczba protonów + liczba neutronów liczba masowa = nukleony = p+ + n0 liczba atomowa = p+ = e-

Izotopy Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego o takiej samej liczbie atomowej Z, ale różnej liczbie masowej A. Zatem atomy pierwiastka chemicznego mają takie same liczby protonów, ale różne liczby neutronów

Zastosowania izotopów Przemysł i technika Obsługa lotniska może zajrzeć do walizki bez jej otwierania dzięki zastosowaniu promieniowania jonizującego. Źródło energii W elektrowniach jądrowych wytwarzane są ogromne ilości energii bez zanieczyszczania atmosfery tlenkami węgla. Problemem jednak pozostają odpady, których człowiek nie potrafi skutecznie neutralizować Geologia i archeologia Określanie wieku organizmów, skał i minerałów. Medycyna Izotopy wykorzystuje się do rozpoznawania i leczenia chorób.

Nukleony, protony, neutrony Nukleony Składniki jądra atomowego - protony i neutrony noszą nazwę nukleonów. Protony są cząstkami o ładunku dodatnim. Wchodzą w skład jąder każdego atomu. Masa protonu jest równa 1 u, a ładunek jest równy + 1 (elementarny ładunek dodatni) Neutrony Są cząstkami elektrycznie obojętnymi o masie w przybliżeniu równej masie protonu, czyli 1 u.

Maksymalna liczba elektronów Powłoki elektronowe Maksymalna liczba elektronów w danej powłoce wynosi 2n2, gdzie n to numer powłoki. Numer powłoki Nazwa powłoki Maksymalna liczba elektronów 1 K 2 L 8 3 M 18 4 N 32

Elektrony walencyjne Elektrony powłoki zewnętrznej najsłabiej przyciągane przez jądro są najbardziej ruchliwe. Biorą one udział w reakcjach chemicznych i decydują o właściwościach pierwiastków. Nazywamy je elektronami walencyjnymi, a powłokę na której są rozmieszczone, powłoką walencyjną

Masa atomowa i cząsteczkowa Dla określenia mas atomów wprowadzono specjalną jednostkę – atomową jednostkę masy unit. Oznaczamy ją literą „u” (ang. unit – jednostka). 1 u = 0,166·10 -23 g = 1/12 masy atomu węgla Masy atomowe można odnaleźć w układzie okresowym pierwiastków chemicznych, np. masa atomowa: siarki ms = 32 u tlenu mo = 16 u Masa cząsteczkowa jest równa sumie mas atomowych pierwiastków chemicznych wchodzących w skład cząsteczki.

Zmiany stanu skupienia Przejście z jednego stanu skupienia do drugiego następuje wtedy, gdy zmienia się uporządkowanie atomów lub cząsteczek, co jest na ogół związane ze zmianą temperatury. Dlatego ogrzewając ciało stałe pobudzamy jego atomy lub cząsteczki do ruchu. Przy dostatecznie wysokiej temperaturze opuszczają one swoje stałe pozycje. W rezultacie ciało stałe topi się, by stać się cieczą.

Mieszanie się cieczy Do doświadczenia potrzebujemy: Wodę, denaturat, wąską szklankę. Przebieg doświadczenia: Do wąskiej szklanki wlewamy wodę ( trochę mniej niż połowa jej objętości), a następnie taką samą objętość denaturatu (tak aby ciecze się nie wymieszały). Zaznacz pisakiem górny poziom cieczy. Teraz możesz wymieszać ciecze. Co zaobserwowaliśmy? W wyniku wymieszania poziom cieczy obniżył się.

Mieszanie się cieczy Potrzebne pomoce: Kasza (bądź mąka), groch, szklanka. Przebieg doświadczenia: Do szklanki wsypujemy groch i podobną objętość kaszy. Zaznacz poziom, a następnie wymieszaj wszystko. Groch i kasza wymieszały się tak że objętość mieszaniny jest mniejsza niż przed wymieszaniem. Dlaczego tak się stało? Ponieważ puste miejsca miedzy ziarnami Grochu zajęły ziarna kaszy. To doświadczenie tłumaczy wynik doświadczenia poprzedniego. Wnioski z doświadczeń Ciecze mieszające się (woda i denaturat) zachowują się podobnie jak kasza i groch, przypuszczamy więc, że denaturat i woda zbudowane są z ziarenek które nazywamy cząsteczkami. Cząsteczki o mniejszych wymiarach wypełniają przestrzenie pomiędzy cząsteczkami o większych rozmiarach dlatego ich objętość po wymieszaniu jest mniejsza.

Dyfuzja Potrzebne pomoce: szklanka wody, esencja herbaty, szklanka. Przebieg doświadczenia: Do szklanki z wodą wlaliśmy esencję herbaty i zaobserwowaliśmy co się stało? Początkowo tylko część cząsteczek herbaty i wody wymieszało się. Jednak z upływem czasu rozprzestrzenianie się cząsteczek wody między cząsteczkami herbaty jest coraz większe, aż wreszcie obejmuje całą objętość cieczy.

Dyfuzja Dwa gazy A i B są zlokalizowane w oddzielnych obszarach. Po usunięciu przegrody dzielącej dwa obszary następuje rozprzestrzenianie się cząstek gazu A i cząstek gazu B w całym naczyniu.

Dyfuzja Dyfuzja zachodzi w gazach, cieczach i ciałach stałych. Najszybciej zachodzi w gazach, najwolniej w ciałach stałych. Już niewielka ilość silnie pachnącej substancji daje się wyczuć po niedługim czasie od zetknięcia z powietrzem. Cząstki zapachowej substancji odrywają się od macierzystej powierzchni i mieszają z powietrzem. Np. po otwarciu butelki z amoniakiem, po pewnym czasie jego zapach rozchodzi się do coraz dalszych miejsc w klasie.

Przykłady dyfuzji spaliny samochodów z powietrzem dym z kominów z powietrzem sok malinowy z wodą parzenie herbaty atrament z wodą woda z solą tlen i woda (dzięki takiej dyfuzji możliwe jest natlenianie zbiorników wodnych)

Ruch cząsteczek Materia jest zbudowana z cząsteczek, które znajdują się w ciągłym ruchu. Na skutek wzajemnych zderzeń, w dowolnej chwili różne cząsteczki mają różne prędkości. Jak na rysunku prędkości te mają różne zwroty, kierunki i wartości, które ciągle się zmieniają. Wykorzystując średnią arytmetyczną możemy wyliczyć szybkość średnią cząsteczek z następującego wzoru: Gdzie: v1,v2,v3,vn- szybkości poszczególnych cząsteczek w danej chwili n – liczba cząsteczek.

Fotosynteza Fotosynteza jest procesem anabolicznym, czyli z prostych substancji pobranych z otoczenia pod wpływem energii syntetyzowane są złożone substancje organiczne. Energią niezbędną do zainicjowania procesu jest światło słoneczne, natomiast podstawowym produktem jest glukoza, która później przetwarzana jest na dalsze produkty. Substratami procesu są woda i dwutlenek węgla, a produktem ubocznym jest tlen. Sumarycznie proces fotosyntezy wygląda następująco:

W pracy pomogły nam wycieczki i zajęcia w terenie Wizyta w Urzędzie Gminy w Kartuzach, wydział Geodezji 2. Oczyszczalnia Ścieków w Grzybnie 3. Rezerwaty Przyrody w Kaszubskim Parku Krajobrazowym na terenie Mirachowa 4. Bałtycki Festiwal Nauki na Uniwersytecie Gdańskim w Gdańsku 5. Doświadczenia własne uczniów przeprowadzone w szkole z dostępnych materiałów

Wyruszamy …………..

Urząd Gminy w Kartuzach

Oczyszczalnia Ścieków

Praca oczyszczalni Oddzielanie substancji stałych i ciekłych Transport materiału do zbiorników czyszczących

Bakterie Bakterie pochodzą z hodowli własnej zakładu Oczyszczalnia biologiczna wykorzystuje bakterie, które usuwają zanieczyszczenia Bakterie pochodzą z hodowli własnej zakładu

Oczyszczona materia Czysta woda trafia do Jeziora Raduńskiego

Rezerwaty Przyrody w Kaszubskim Parku Krajobrazowym

Chwila relaksu

Rezerwat Lubygość

Piaskowce Grota Mirachowska

Diabelski Kamień

Bałtycki Festiwal Nauki na Uniwersytecie Gdańskim

Spacer po „Miasteczku studenckim” Ale fajnie………………! Czy będziemy tutaj studiować?

Uniwersytet Gdański, Geografia Przyrządy do pomiarów składników pogody

Wystawa skał i minerałów Skały wulkaniczne Skały metamorficzne

Muzeum Skamieniałości w Parku Jurajskim Pradawne muszelki Skały wulkaniczne

Kwarc

Doświadczenia

Obliczanie objętości Co się zmieniło? Znamy wzory

Nauka przez zabawę Możemy mieszać Łączenie substancji

Mieszanie ciał stałych Co jeszcze możemy pomieszać? Przenikanie się cząsteczek

Zapraszamy na Kaszuby DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ