CZĄSTECZKOWA BUDOWA MATERII Rozwój przez kompetencje. CZĄSTECZKOWA BUDOWA MATERII

MATERIA Cały otaczający nas świat jest zbudowany z materii. Materią nazywamy wszystko to co nas otacza i co możemy poznać za pomocą zmysłów. Badaniem materii zajmują się wszystkie nauki przyrodnicze, w tym również chemia.

Materia jest substancją, która tworzy wszechświat 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.

FORMY MATERII   Różne formy materii oddziałują na siebie wzajemnie i mogą w siebie przechodzić. Przy takich przemianach materia nie ginie ani nie powstaje z niczego. Jak wiadomo z fizyki materia występuje w dwóch podstawowych formach, jako masa i jako energia. Między tymi dwiema formami zachodzi ścisła współzależność, którą Einstein wyraził wzorem E=mc2 gdzie m-masa, E-energia, c-prędkość światła.

WYSTĘPOWANIE    Materia jako masa występuje w postaci ogromnej liczby różnorodnych ciał nazywanych substancjami. Ogólnie substancje dzielimy na proste (nie dające się rozłożyć na nic prostszego) i złożone (składające się z kilku substancji prostych). Czasami substancje tworzą ze sobą mieszaniny.

Podstawowymi cechami materii są zmienność i ziarnistość.

zmienność: substancje mogą zmieniać swój stan skupienia, przy czym procesy przemiany z jednego stanu skupienia w drugi są odwracalne.

ziarnistość: substancje tworzące otaczająca nas materię zbudowane są z małych, niewidocznych gołym okiem ziarenek nazywanych drobinami lub cząstkami. Drobiny te oddziałują ze sobą: przyciągają się lub odpychają. Substancje, oglądane gołym okiem wyglądają jak jednolity materiał, jednak gdy ogląda się je w powiększeniu, np. pod mikroskopem elektronowym widać, że są zbudowane z wielkiej ilości drobin.

CIEKAWOSTKA W świecie naukowym huczy od plotek, że amerykańscy badacze odkryli cząstki ciemnej materii. Wiele wskazuje na to, że jesteśmy o krok od rozwikłania jednej z największych tajemnic wszechświata. Zwykła materia to tylko drobne zaburzenie struktury kosmosu - ponad 90 proc. masy wszechświata stanowi ciemna materia. A raczej powinna stanowić, bo nikt jej jeszcze nie widział.

Atom : Atom - najmniejszy składnik materii, któremu można przypisać właściwości chemiczne. 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.

ATOM Atomistyczną teorię budowy materii sformułował w roku 1808 John Dalton.

Budowa Atomu :

Nukleony: Składniki jądra atomowego - protony i neutrony – nazywamy nukleonami. Między nimi działają siły jądrowe, które decydują o trwałości jądra.

Protony Jądra wszystkich atomów pierwiastków chemicznych mają dodatni ładunek elektryczny. Najmniejsze z nich – jądro atomu wodoru – nazwano Protonem i oznaczono symbolem p+. Protony to cząstki materii wchodzące w skład wszystkich jąder atomowych. Masa protonu wynosi około 1u (unit), a ładunek +1

Neutrony : Neutron (z łac. neuter - "obojętny") to cząstka subatomowa występująca w jądrach atomowych. Jest obojętny elektrycznie. Posiada spin ½. Według Modelu Standardowego neutron jest cząstką złożoną należącą do klasy barionów, a dokładniej nukleonów i składa się z dwóch kwarków dolnych (d) i jednego górnego (u), związanych ze sobą oddziaływaniem silnym.

Elektrony: 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

Przykładowe modele atomów:

Objętość atomu ( kuli)

Pole kuli : P = 4пr²

Cząsteczka : Cząsteczka, inaczej molekuła – obojętne elektrycznie indywiduum chemiczne, złożone z więcej niż jednego atomu, które są ze sobą trwale połączone wiązaniami chemicznymi.

Związek chemiczny : Związek chemiczny – jednorodne połączenie co najmniej dwóch różnych pierwiastków chemicznych za pomocą dowolnego wiązania.

Rodzaje związków chemicznych : Tlenki Wodorotlenki Sole Kwasy

Oddziaływanie międzycząsteczkowe : Atomy mogą wiązać się w cząsteczki. Cząsteczki, nawet te pozbawione ładunku elektrycznego, oddziałują między sobą. Tylko dzięki tym oddziaływaniom możliwe jest istnienie cieczy i większości ciał stałych. Prawie wszystkie własności materii określone są przez charakter tych oddziaływań.

Rodzaje oddziaływań : Oddziaływanie elektrostatyczne Oddziaływanie indukcyjne Oddziaływanie dyspersyjne

Wiązania chemiczne : Jonowe Kowalencyjne spolaryzowane Kowalencyjne niespolaryzowane

Wiązanie jonowe : Wiązanie jonowe (inaczej elektrowalencyjne, heteropolarne lub biegunowe) jest to rodzaj wiązania chemicznego. Wiązanie to powstaje najczęściej między metalem a niemetalem.

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane : Wiązanie kowalencyjne powstaje między dwoma różnymi atomami niemetali.

Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane : Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane powstaje na skutek nakładania się orbitali atomowych dwóch takich samych pierwiastków

WODA: Związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, a w stałym stanie skupienia – lodem. Słowo woda jako nazwa związku chemicznego może się odnosić do każdego stanu skupienia.

Budowa cząsteczki wody :

Woda surowa (słona, słodka, źródlana) Rodzaje wody w zależności od czystości i zastosowania: Woda surowa (słona, słodka, źródlana) Woda użytkowa (pitna, przemysłowa, destylowana) Ścieki (komunalne, przemysłowe)

Stany skupienia wody :

Właściwości wody: temperatura topnienia pod ciśnieniem jednej atmosfery wynosi 0 °C temperatura wrzenia pod ciśnieniem jednej atmosfery wynosi 99,97 °C gęstość w temperaturze 3,98 °C wynosi 1 kg/l (gęstość maksymalna) masa cząsteczkowa: 18,01524 Daltona barwa woda chemicznie czysta: bezbarwna zapach woda chemicznie czysta: bezwonna

Zanieczyszczenia wód: Rodzaje zanieczyszczeń: Mechaniczne Koloidalne Roztwory Biologiczne

Minerał Jest to pierwiastek lub związek chemiczny powstały w skorupie ziemskiej w wyniku procesów geologicznych.

Minerały skałotwórcze Minerały skałotwórcze - grupa minerałów stanowiących główne składniki skał. Z ok. 4000 znanych minerałów skały buduje niewielka grupa minerałów ok. 200 np: kwarc, skalenie, łyszczyki, kalcyt, dolomit.

Szczotka kryształów naturalnego kwarcu

Różowy skaleń potasowy- w porfirowym granicie

Kalcyt (CaCO₃)

Co to jest skała ? Skała jest zespołem minerałów jednego lub kilku rodzajów utworzonych w określonych procesach geologicznych. Ze względu na ich pochodzenie, dzielimy je na: - skały magmowe - skały osadowe - skały metamorficzne

Skały magmowe : Skały magmowe -powstają wskutek przedzierania się magmy przez litosferę, jej zastygania Skały magmowe można podzielić tez ze względu na odczyn: kwaśny, bogaty w krzemionkę – np. granit - zasadowy, ubogi w krzemionkę – np. gabro

Skały osadowe : Powstają w wyniku niszczenia innych skał wskutek wietrzenia lub erozji, mogą to być skały luźne (okruchy nie są ze sobą połączone) oraz zwięzłe (okruchy scementowane drobnym materiałem). Dzielimy je na : - okruchowe - organiczne - chemiczne

Skały przeobrażone : SKAŁY PRZEOBRAŻONE (METAMORFICZNE). Powstają z przeobrażenia skał osadowych i magmowych na skutek wysokiej temperatury i ciśnienia.

Czym jest litosfera? Litosfera to najbardziej zewnętrzna powłoka kuli ziemskiej. Zbudowana jest z różnorodnych skał i ognisk magmowych. Skorupa ziemska wraz z górną warstwą płaszcza zewnętrznego tworzą litosferę.

Dzieli się na mniejsze fragmenty zwane płytami litosfery Dzieli się na mniejsze fragmenty zwane płytami litosfery. Znajdują się one w powolnym i nieustannym ruchu- o czym mówi teoria tektoniki płyt

Skorupa ziemska zewnętrzna część litosfery Wyróżnia się dwa rodzaje skorupy ziemskiej – kontynentalną (o średniej grubości 35-40 km) oraz oceaniczną (5-8 km).

Budowa wnętrza Ziemi

Na powierzchni Ziemi materia tworzy różne formy terenu.

Formy ukształtowania powierzchni oceanów

Formy ukształtowania powierzchni lądu : Góry- obszary położone wysoko nad poziomem morza o bardzo urozmaiconej powierzchni (duże różnice wysokości względnych); powstały w wyniku procesów górotwórczych. Wyżyny – obszary wzniesione ponad 300 m n.p.m.; charakteryzują się mniejszymi niż góry różnicami wysokości względnych; powierzchnia wyżyny jest na ogół falista, pagórkowata.

Niziny – obszary położone do wysokości 300 m n. p. m Niziny – obszary położone do wysokości 300 m n.p.m.; ich powierzchnia jest zazwyczaj równinna, lekko falista, rzadziej pagórkowata.

Himalaje- najwyższe góry na Ziemi

A w Polsce- Tatry

Materia przyjmuje również postać formy ożywionej.

Co to jest komórka? Jest to najmniejsza strukturalna i funkcjonalna jednostka organizmów żywych zdolna do przeprowadzania wszystkich podstawowych procesów życiowych. Komórkę stanowi przestrzeń ograniczona błoną komórkową. Występowanie w komórce jądra jest podstawą podziału organizmów na jądrowe i bez jądrowe. Istnieje wiele rodzajów komórek m.in. komórka zwierzęca i komórka roślinna.

Komórka zwierzęca Jest wypełniona cytoplazmą. Jej płynnym składnikiem jest cytozol . W tej galaretowatej substancji są zanurzone struktury, zwane organellami, które pełnią w komórce określone funkcje. Otaczają je błony zbudowane z białek i tłuszczów.

Budowa komórki zwierzęcej

Komórka roślinna Komórka roślinna jest to podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna budująca organizm rośliny. Jest otoczona celulozową ścianą, która zabezpiecza ją przed nadmierną utratą wody oraz niekorzystnym wpływem środowiska.

Budowa komórki roślinnej

Kształty komórek Komórki nabłonka mają regularny kształt. Dzięki temu nie ma między nimi wolnych przestrzeni.

Komórka jajowa ma kształt kuli Komórka jajowa ma kształt kuli. Wypełniają ją substancje zapasowe, które umożliwiają rozwój organizmu potomnego.

Męska komórka płciowa- plemnik – ma długą wić Męska komórka płciowa- plemnik – ma długą wić. Umożliwia ona plemnikowi dotarcie do żeńskiej komórki płciowej, czyli komórki jajowej.

Komórka nerwowa jest zaopatrzona w długie wypustki, którymi łączy się z innymi komórkami i przekazuje do nich impulsy nerwowe.

Co to jest tkanka? Jest to zespół komórek o podobnej budowie, określonych czynnościach i wspólnym pochodzeniu. Tkanki są elementami składowymi narządów i ich układów. Dział biologii zajmujący się tkankami to histologia. U zwierząt tkankowych występują tkanki zwierzęce (m.in. tkanka mięśniowa), a u roślin wyższych tkanki roślinne.

Tkanka mięśniowa Komórki tkanki mięśniowej, kurcząc się i rozkurczając, umożliwiają ruch organizmu oraz transport różnych substancji w jego wnętrzu. Zapewniają również prawidłowy przebieg czynności życiowych. Tkanka mięśniowa dzieli się na: -tkankę mięśniową gładką -tkankę mięśniową poprzecznie prążkowaną serca -tkankę mięśniową poprzecznie prążkowaną szkieletową

Tkanka mięśniowa gładka Tkanka mięśniowa wchodzi w skład wielu narządów, takich jak jelita czy żołądek. Dzięki temu mogą one na przykład zmieniać swoją średnicę.

Tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana serca Składa się z rozgałęzionych komórek. Dzięki takiej budowie serce może zmieniać objętość podczas skurczu.

Tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana szkieletowa Buduje m.in. mięśnie kończyn. W jej włóknach znajdują się dwa rodzaje białek ułożonych na przemian.

Obserwacja trzykrotki pod mikroskopem Trzykrotka- rodzaj roślin z klasy jednoliściennych, z rodziny komelinowatych pochodzących z Ameryki. Należy do niego ok. 50 gatunków występujących od południowej Kanady do północnej Argentyny.

Do obserwacji potrzebowaliśmy mikroskopu i liścia trzykrotki. Najpierw na szkiełko ułożyliśmy cienką warstwę liścia, którą skropliliśmy wodą . Następnie podłożyliśmy go pod mikroskop i przystąpiliśmy do obserwacji. Zauważyliśmy otwarte aparaty szparkowe, które oznaczały, że odbywa się poprawna transpiracja (wyparowywanie wody), fotosynteza i wymiana gazowa. Widoczne były również sześciokątne komórki skórki.

Trzykrotka pod mikroskopem 1.TKANKA MIĘKISZOWA 2.WIĄZKA PRZEWODZĄCA 3.APARAT SZPARKOWY

Wewnętrzna budowa liścia

Substancje odżywcze Każda grupa substancji odżywczych, znajdujących się w naszym pokarmie, ma charakterystyczną budowę. Podczas trawienia zostają rozłożone na mniejsze elementy przyswajalne dla organizmu.

Białka Białka składają się z aminokwasów, które łączą się ze sobą jak koraliki. Ich liczba, rodzaj i kolejność nadają białkom specyficzne właściwości, dzięki którym mogą one pełnić różnorodne funkcje w organizmie.

Budowa białka

Cukry Cukry złożone, takie jak skrobia, glikogen czy celuloza, składają się z dziesiątek, a nawet setek cząsteczek cukru prostego- glukozy. Maja one postać łańcuchów o różnych kształtach. Na przykład cząsteczki glukozy budujące skrobię łączą się w rozgałęzione łańcuchy.

Budowa cukrów

Tłuszcze Tłuszcze są zbudowane z glicerolu lub innych związków o podobnej budowie oraz z kwasów tłuszczowych. W błonach komórkowych cząsteczki tłuszczów układają się w dwie warstwy.

Budowa tłuszczy

Organizmy jednokomórkowe Organizm jednokomórkowy jest to organizm składający się z tylko jednej komórki. Podstawowe funkcje pełnią w tych organizmach specjalne struktury, znajdujące się wewnątrz komórki. Do organizmów jednokomórkowych należą: pewne protisty, np. pierwotniaki jak ameba i pantofelek, eugleny, niektóre zielenice i krasnorosty niektóre grzyby, np. drożdże.

Organizmy wielokomórkowe Organizm wielokomórkowy - organizm składający się z wielu komórek. Do organizmów wielokomórkowych należą: niektóre grzyby, głównie kapeluszowe rośliny zwierzęta

Człowiek rozumny :