Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum im. Mikołaja Kopernika w Jabłonowie Pomorskim ID grupy: 96/47_MP_G1 Kompetencja: Matematyka i przyroda Temat projektowy: Cząsteczkowa budowa materii Semestr/rok szkolny: II / 2009/2010

Co to jest materia? Materia to wszystko co nas otacza. Słowo materia pochodzi z języka łacińskiego i oznacza „tworzywo” inaczej „materiał”. Materia może być ożywiona i nieożywiona. Materia ożywiona to rośliny, zwierzęta i ludzie. Natomiast materia nieożywioną są: ziemia, po której biegamy, woda, dzięki której istniejemy , powietrze, bez którego nie możemy żyć. Z materii nieożywionej składają się wszystkie otaczające nas przedmioty

Jak zbudowana jest Materia? Ciała stałe mają określony kształt. Mogą być twarde lub kruche. Ciała stałe mają często budowę krystaliczną i wtedy ich atomy są ułożone w periodyczne sieci. Ciecze nie mają określonego kształtu i są bardzo mało ściśliwe. Gazy także nie mają kształtu , są ściśliwe i rozprężliwe. Podczas ogrzewania wzrastają odległości międzycząsteczkowe oraz prędkości cząsteczek.

Jak zbudowana jest materia? Już starożytni Grecy doszli do wniosku, że musi istnieć kres podzielności materii. Podstawową cegiełkę nazwano atomem. Atomy łączą się w cząsteczki zwane też molekułami. Istnienie molekuł możemy obserwować w tzw. ruchach Browna. Obecnie wiemy, że atom ma złożoną strukturę, więc o jego niepodzielności nie można już mówić.

Rozwój wiedzy na temat atomu John Dalton – przedstawił założenia budowy materii, wprowadził teorię atomową i na jej podstawie wytłumaczył prawo stałości połączeń Antoine Henri Becquerel – stwierdził, że atomy niektórych pierwiastków chemicznych rozpadają się samorzutnie emitując trzy rodzaje promieniowania: α, β, γ Joseph John Thomson – badając wyładowania elektryczne w gazach rozrzedzonych, odkrył istnienie ujemnie naładowanej cząstki mniejszej od atomu. Cząstkę te nazwano elektronem

Rozwój wiedzy na temat atomu Maria Skłodowska- Curie – wraz mężem Piotrem Curie przyczyniła się do rozwoju wiedzy o budowie materii. Ich odkrycia wykazały , że atomy mają budowę złożoną. Maria Skłodowska –Curie pierwsza wprowadziła termin „promieniotwórczość”. Ernest Rutherford – opracował teorię planetarnego modelu atomu. Według niej atom składa się z jadra i krążących wokół niego elektronów. Niels H.D Bohr – ogłosił teorię , w myśl której elektro krąży wokół jądra po tzw. orbicie stacjonarnej, nie zmieniając swojej energii. Przeskok na inną orbitę powoduje pobieranie lub oddawanie energii zwanej kwantem.

Czy materia jest lita, ciągła, czy występują w niej puste przestrzenie? Na to pytanie możemy odpowiedzieć wykonując szereg doświadczeń, w których głównym procesem jest zjawisko dyfuzji. Doświadczenie 1 Umieść kadzidełka w naczyniu na stole a następnie je zapal i zgaś. Poczujesz zapach rozchodzący się po całym pomieszczeniu. Rozprzestrzenia się on bardzo szybko, ponieważ materia zapachowa przenika powietrze. Podobnie dzieje się gdy rozpylimy w powietrzu perfumy.

Doświadczenie 2 Do szklanki wsypujemy fasolę i podobną objętość ziela angielskiego . Zaznacz górną poziom, a następnie wymieszaj wszystko. Co zaobserwowałeś? Fasola i ziele wymieszały się tak że objętość mieszaniny jest mniejsza niż przed wymieszaniem. Dlaczego tak się stało? Ponieważ puste miejsca miedzy ziarnami fasoli zajęły ziarna ziela angielskiego.

Doświadczenie 4: mieszanie się cieczy Do cylindra miarowego wlewamy wodę, a następnie taką samą objętość denaturatu (tak aby ciecze się nie wymieszały). Zaznaczamy pisakiem górny poziom cieczy i następnie mieszamy ciecze. Co zaobserwujemy? W wyniku wymieszania poziom cieczy obniżył się. Jak wam się wydaje co się stało?

Ogólne wnioski do doświadczeń Dyfuzja to jeden z dowodów na to, że materia zbudowana jest z drobin. Polega ona na samorzutnym mieszaniu się substancji stykających się ze sobą. Materia ma budowę ziarnistą, , nie jest ciągła, - występują w niej wolne przestrzenie, dzięki temu możliwe jest samorzutne przenikanie się substancji.

Atomy tego samego pierwiastka mają takie same rozmiary Budowa atomu Atomy różnych pierwiastków różnią się masą, wielkością i innymi właściwościami Atomy tego samego pierwiastka mają takie same rozmiary Atomy mogą łączyć się ze sobą tworząc cząsteczki

Uproszczony model budowy atomu:

Atom zbudowany jest z następujących cząstek elementarnych

Centrum atomu W samym środku znajduje się dodatnio naładowane jądro atomowe w skład którego wchodzą dwa rodzaje cząstek elementarnych: dodatnie protony i obojętne neutrony. Naukowcy nazwali protonom i neutronom wspólną nazwę: nukleony.

Wokół jądra znajduje się przestrzeń po której krążą bardzo małe, 2000 razy lżejsze od protonów i neutronów, cząstki: elektrony. Atom, jako całość jest elektrycznie obojętny, z czego wniosek, że liczba dodatnich protonów w jądrze równa się liczbie ujemnych elektronów wokół niego. liczba e(-) = liczba p(+)

Obliczanie ilości cząstek elementarnych w atomie na podstawie liczby atomowej i masowej ilość elektronów e (-) = Z liczba atomowa ilość protonów p(+) = Z liczba masowa ilość neutronów n(0) = A - Z Atom jest elektrycznie obojętny dlatego ilość protonów jest równa ilości elektronów

Obliczanie ilości cząstek elementarnych w atomie

Atomy mogą łączyć się ze sobą tworząc cząsteczki

Wiązania chemiczne Atomy różnych niemetali mogą łączyć się w cząsteczki wiązaniami kowalencyjnymi (atomowymi) poprzez uwspólnienie par elektronowych. Liczba wiązań, jaka powstaje, zależy od liczby brakujących elektronów do dubletu elektronowego ( dla wodoru) lub oktetu elektronowego ( dla innych niemetali)

Wiązania chemiczne Pomiędzy metalem i niemetalem tworzy się wiązanie jonowe. Polega ono na przeniesieniu elektronów walencyjnych z atomu metalu do atomu niemetalu i na elektrostatycznym przyciąganiu się powstałych jonów. Jony to molekuły obdarzone ładunkiem elektrycznym dodatnim (kationy) lub ujemnym (aniony)

Jak duży jest atom? Atomy są niezmiernie małe. Średnica atomów przy założeniu ich kulistego kształtu wynosi około jednej dziesięciomiliardowej metra. Promień atomu podawany jest najczęściej w pikometrach – 1 pikometr=10⁻¹² m lub stosowanych dawniej angstremach 1 angstrem= 10⁻¹⁰ m. Trudno jest sobie wyobrazić tak małe rozmiary. Na 1 mm kwadratowym mieści się już ok. 1014 (100 bilionów) atomów. A w milimetrze sześciennym (ziarenko piasku) upakowane jest rzędu 1021 atomów Gdyby 6 milionów atomów ułożyć w szeregu, to zmieściłyby się one w kropce na końcu zdania. Atomy można oglądać za pomocą mikroskopów skaningowych STM, w których obraz jest powiększany 10 miliardów razy.

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

W otaczającym nas świecie są różne przedmioty przypominające wyglądem bryły, które w przekroju porzecznym mają kształt koła Stożkowa choinka Piłka niczym kula Świeca jak walec

Stożek Stożek jest bryłą obrotową, która powstaje w wyniku obrotu np. trójkąta prostokątnego dookoła prostej, zawierającej jedną z jego przyprostokątnych.

Walec Walec jest to bryła powstała przy obrocie prostokąta dookoła prostej zawierającej jeden z boków prostokąta.

Kula Kula jest bryłą obrotową powstałą w wyniku obrotu półkola dookoła prostej zawierającej jego średnicę.

Wzory na Objętość Stożka Walca Kuli

Pole powierzchni całkowitej walca Wzory na: Pole powierzchni całkowitej stożka Pole powierzchni całkowitej kuli Pole powierzchni całkowitej walca

Kulista jest również nasza Ziemia

Budowa wnętrza Ziemi Skorupa ziemska 6-70 km Płaszcz górny -CROFESIMA Strefa przejściowa 200-400 km 660-900 km Płaszcz dolny - NIFESIMA 2900 km Jądro zewnętrzne - NIFE 5100 km Jądro wewnętrzne 6378 km

Charakterystyka warstw wnętrza Ziemi Głębokość maksymalna w km Warstwa (powłoka) Elementy charakterystyczne Gęstość, w gm/cm3 Temperatura, w °C 80 - 150 Litosfera Sztywna skorupa ziemska (strefa granitowa SIAL i bazaltowa SIMA) oraz górny płaszcz Ziemi 2,7 - 3,3 do 700 380 Astenosfera Plastyczna część zewnętrznego płaszcza Ziemi, prądy konwekcyjne, ruch materii 3,5 do 1 500 400 400-650 Płaszcz górny Strefa przejściowa Charakteryzuje się znaczną plastycznością, składa się głównie z chromu, żelaza, krzemu i magnezu CROFESIMA; zachodzą tu wszystkie procesy tektoniczne 3,8 - 4,7 do 2 300 2900 Płaszcz dolny Zachodzą prawdopodobnie zjawiska związane z powolnym przemieszczaniem się w górę plastycznych mas materii pod wpływem ciepła (ruchy konwekcyjne)., zbudowany głównie z niklu, żelaza, krzemu i magnezu – NIFESIMA 5,0 – 6,6 do 3 000 5 100 Jądro zewnętrzne Zachodzą prawdopodobnie zjawiska związane z powolnym przemieszczaniem się w górę plastycznych mas materii pod wpływem ciepła (ruchy konwekcyjne).zbudowane najprawdopodobniej z żelaza i niklu - NIFE 9,4 - 12,0 do 4 500 6 370 Jądro wewnętrzne Jądro wewnętrzne w stanie półplastycznym lub stałym 11,5 - 17,0 do 6 100

Ruchy górotwórcze Góry powstały wiele milionów lat temu w wyniku długotrwałych i rozległych ruchów skorupy ziemskiej, które nazywane są ruchami górotwórczymi (orogenezą). Wyróżnione zostały 3 główne okresy wielkich ruchów górotwórczych: orogeneza kaledońska (najstarsza) – z tego okresu zachowały się góry niskie, orogeneza hercyńska – góry średnie, orogeneza alpejska (najmłodsza) – góry średnie i wysokie.

Ruchy górotwórcze Obszary fałdowań alpejskich Obszary fałdowań hercyńskich Obszary fałdowań kaledońskich

Geologiczne Dzieje Ziemi Badaniem zmian zachodzących w litosferze i na jej powierzchni zajmuje się geologia historyczna. Przyjmuje ona zasadę, że zjawiska i procesy geologiczne mające miejsce w przeszłości są odzwierciedlone we współcześnie odnalezionych skamieniałościach. Pozwalają one bardzo precyzyjnie określić wiek skał – zarówno bezwzględny (metoda izotopowa), jak i względny. Na podstawie badań radiometrycznych w miarę precyzyjnie określono bezwzględny wiek Ziemi na ok. 4,6 miliarda lat. Wiek względny - wiek obiektów geologicznych (skał, deformacji tektonicznych) oraz zdarzeń w odniesieniu do innych obiektów geologicznych. Określanie wieku względnego ustala tylko, które elementy i zdarzenia są starsze, a które młodsze, bez podawania wieku w latach. Wiek bezwzględny - to wiek skał lub zdarzeń geologicznych wyrażony w latach, które upłynęły od tego zdarzenia do dziś.

Dzieje Ziemi Dzieje Ziemi podzielone zostały na pięć er, natomiast ery dzieli się z kolei na okresy. Era archaiczna i proterozoiczna są czasem nazywane prekambrem. Nazewnictwo er wywodzi się z języka grackiego (archaios- starożytny, proteros- pierwszy, palaios- dawny, mezos- środkowy, oraz kainas- nowy). Nazwy okresów natomiast pochodzą najczęściej od miejscowości, bądź obszarów na kuli ziemskiej, gdzie po raz pierwszy geolodzy poznali skały danego okresu np. miasto Perm we Francji, czy Jura na granicy Szwajcarii i Francji. Niektóre okresy swe nazwy zawdzięczają charakterystycznym skałom (np. kreda, czy karbon). Czas trwania poszczególnych er jest niejednakowy. Najdłużej przebiegały dwie najstarsze ery: archaiczna i proterozoiczna, które trwały ok. 4 mld lat. Prekambr Paleozoik Mezozoik Kenozoik Kambr Ordowik Sylur Dewon Karbon Perm Trias Jura Kreda Trzeciorzęd Czwarto- -rzęd

Gimnazjum im. Mikołaja Kopernika w Jabłonowie Pomorskim Projekt wykonali Uczniowie Gimnazjum im. Mikołaja Kopernika w Jabłonowie Pomorskim Grupa 96/47_MP_G1

Dziękujemy za uwagę

Bibliografia Tablice chemiczne, Wydawnictwo Adamantan, Warszawa 2003; Chemia Nowej Ery, Nowa Era, Warszawa 2009; www.google.pl - grafika; http://www.geogut.pl/budowa-geologiczna.html; http://www.edukator.pl/portal-edukacyjny/budowa-i-wlasciwosci-wnetrza-ziemii; http://www.fizykon.org/atomistyka/atom_rozmiary; http://www.chemix.artnet.pl http://www.eioba.pl http://open.agh.edu.pl http://geografia.na6.pl/ruchy-gorotworcze http://matma.prv.pl/obrotowe.php