PUBLICZNE GIMNAZJUM W STAWKACH Budowa cząsteczkowa materii

Prezentacja przygotowana przez młodych i aktywnych przyrodników z Publicznego Gimnazjum w Stawkach

Projekt „ROZWÓJ PRZEZ KOMPETENCJE” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013 CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie

ATOM CZĄSTECZKA MATERIA ATOM – najmniejszy składnik materii, któremu można przypisać właściwości chemiczne. Atomistyczną teorię budowy materii sformułował w roku 1808 John Dalton.

CZĄSTECZKA - inaczej molekuła obojętnie elektrycznie indywiduum chemiczne, złożone z więcej niż jednego atomu, które są ze sobą trwale połączone wiązaniami chemicznymi.

MATERIA - w potocznym rozumieniu ogół obiektywnie istniejących przedmiotów fizycznych poznawalnych zmysłami. W fizyce termin "materia" stosowany jest w kilku różnych, opisanych w artykule znaczeniach. W różnych działach fizyki i innych nauk przyrodniczych używa się kilku różnych definicji materii.

Substancja chemiczna jest to taki gatunek materii, który we wszystkich swoich próbkach posiada takie same właściwości fizyczne i chemiczne. Wszystkie substancje, które spotykamy możemy podzielić na substancje proste i złożone. Substancje proste są to substancje, których nie można rozłożyć na prostsze składniki, w języku chemicznym nazywane są one pierwiastkami.

Wszystkie atomy tego samego pierwiastka są podobne i posiadają te same własności. Atomy rożnych pierwiastków różnią się między sobą. Substancje złożone, które ulegają rozkładowi na drodze przemian chemicznych na substancje proste – pierwiastki, nazywane są związkami chemicznymi.

Najmniejszą częścią pierwiastka zachowującą takie same jak on właściwości chemiczne jest atom . Najmniejszą częścią związku chemicznego zachowującą jego właściwości jest cząsteczka (molekuła). Wszystkie cząsteczki tego samego związku chemicznego zawierają tą samą ilość takich samych atomów. Atom złożony jest z najmniejszych cząstek, zwanych elementarnymi cząstkami materii.

Cząstki elementarne - wchodzące w skład atomów to: skupione są w jądrze atomowym i związane siłami jądrowymi nukleony, czyli dodatnie protony i obojętne elektrycznie neutrony oraz krążące wokół jądra atomowego ujemne elektrony. Wiatr słoneczny – strumień naładowanych cząstek elementarnych.

KINETYCZNO – CZĄSTECZKOWA TEORIA BUDOWA MATERII Teoria ta dotyczy budowy materii, czyli wszystkiego co nas otacza. Mamy kilka założeń tej torii, a mianowicie: Ciała mają budowę nieciągłą, składają się z drobnych elementów w postaci atomów lub cząsteczek. Wymienione elementy budowy ciał, są w ciągłym ruchu. Wartości liczbowe i kierunki prędkości poszczególnych elementów są różne.

Przykłady otaczającej nas materii: Pomiędzy poszczególnymi elementami budowy ciał występują siły wzajemnego oddziaływania. Przykłady otaczającej nas materii: chmury, lód, woda, skały.

RYS HISTORYCZNY BUDOWY MATERII Cząsteczkowa teoria budowy materii została stworzona przez greckich filozofów przyrody ok. V w. p.n.e. Za ojca cząsteczkowej teorii budowy materii uważany jest Demokryt z Abdery żyjący w latach ok. 460 - 370 p.n.e, filozof grecki, główny przedstawiciel starożytnego materializmu. Około 430 p.n.e. ogłosił on teorię o atomistycznej budowie świata. Zakładała ona, że materia zbudowana jest z małych niepodzielnych cząstek, zwanych atomami. W okresie średniowiecza teoria ta nie była popularna.

Odrodziła się w XVII wieku dzięki pracom Gassendiego, natomiast jej rozkwit zapoczątkował J.Dalton, wprowadzając pojęcie ciężaru atomowego oraz określenie w składzie pierwiastka chemicznego masy atomowej i rozmiarów atomów. W 1811 roku A. Avogadro wprowadził pojęcie gramoatomu i gramocząsteczki - czyli pojęcie mola. W 1833 roku M. Faraday, odkrywając zjawisko elektrolizy, wykazał, że atomy posiadają ładunki elektryczne, a w 1869 roku Dymitr Mendelejew opracował układ okresowy pierwiastków, który ostatecznie potwierdza cząsteczkową teorię budowy materii.

W latach trzydziestych XX stulecia ostatecznie ukształtowała się teoria wyjaśniająca budowę najmniejszej cząstki materii zachowującej określone właściwości - atomu. Okazało się, iż atomy są strukturami złożonymi, a cząstki je budujące nazwano cząstkami elementarnymi. Podsumowując, atomy składają się z "ciężkiego" jądra zbudowanego z dodatnio naładowanych protonów, oraz obojętnych neutronów. W celu zachowania elektroobojętności atomu, dokoła dodatniego jądra muszą krążyć ujemnie naładowane elektrony w ilości równej liczbie protonów w jądrze.

Nie wszystkie zjawiska da się wyjaśnić przy pomocy modelu opracowanego przez Bohra. Naukowcy co jakiś czas wprowadzają kolejne, coraz doskonalsze teorie, umożliwiające wyjaśnienie i opisanie z dobrą dokładnością zachodzących w przyrodzie procesów. Okazuje się, iż same cząstki elementarne składają się z mniejszych elementów, zwanych kwarkami. Badaniem tych zjawisk zajmuje się do dziś dziedzina nauki z pogranicza fizyki i chemii zwana mechaniką kwantową.

ZOBACZYĆ ATOM Pojęcie atomu pojawiło się w IV w p.n.e.. Wprowadził je grecki filozof Demokryt z Abdery. Pojedyncze atomy zaobserwowano dopiero w latach 50- tych XX wieku za pomocą skonstruowanego przez Erwina Mullera mikroskopu jonowego. Umożliwiał on obserwację (a właściwie odwzorowanie) pojedynczych atomów metalu. Od lat 70-tych do obserwacji struktury materii używa się mikroskopów skaningowych, a ostatnio tunelowych. Fizyka XX wieku odkryła wewnętrzną strukturę atomu: protony, neutrony i elektrony. Odkryto też inne cząsteczki elementarne, będące podstawowymi samodzielnymi elementami materii.

Budowa atomu sodu Na

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.

Animacja przedstawia schematyczny atom helu (He)

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.

Modele budowy atomu: Model Rutherforda - atomy przypominają miniatury układu słonecznego, elektrony poruszają się wokół jądra.

Model Bohra - aby wyjaśnić stabilność atomu wprowadza pojęcie skwantowanych orbit elektronów.

Model Schrodingera - pomysł precyzyjnie określonych orbit elektronów został zastąpiony opisem obszarów przestrzeni (nazywanych orbitalami), gdzie najprawdopodobniej znajdują się elektrony.

A oto nasz model atomu 

STANY SKUPIENIA MATERII Stan skupienia materii - to podstawowa forma w jakiej występuje substancja, określa ona jej własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Trzy podstawowe stany skupienia nazywane są także fazami materii.

lotnym (czyli jako gaz, lub para). Typowo obserwowane ciała występują w trzech podstawowych stanach: stałym, ciekłym,  lotnym (czyli jako gaz, lub para).

Cechy ciał w owych stanach skupienia są następujące: W stanie stałym: Ciało posiada określony kształt i samorzutnie, a także mimo działania niewielkich sił ten stan zachowuje. Ciała w stanie stałym charakteryzują się sprężystością. Ściśliwość ciał stałych jest szczątkowa.

Typowo dzielimy ciała stałe na: - krystaliczne - patrząc od strony mikroskopowej posiadające uporządkowane szeregi cząsteczek, lub atomów (jest to tzw. struktura dalekiego zasięgu), - bezpostaciowe - ciała te w budowie mikroskopowej przypominają ciecz, tzn. brakuje długich szeregów atomów, czy cząsteczek.

W stanie ciekłym: Ciało w warunkach działania siły grawitacji gromadzi się dolnej części naczynia, przenika przez pory i szczeliny, nie ma stałego kształtu. Posiada natomiast powierzchnię charakteryzującą się pewnego rodzaju niewielką sprężystością

Ciecze są bardzo słabo ściśliwe (właściwie prawie nieściśliwe). Patrząc od strony mikroskopowej, ciecze posiadają pewną regularność ułożenia atomów i cząsteczek w zasięgu kilku - kilkunastu odległości międzyatomowych. Jednak brakuje tu struktury dalekiego zasięgu. Ciecze są bardzo słabo ściśliwe (właściwie prawie nieściśliwe).

W stanie gazowym : Ciało rozprzestrzenia się w całej objętości naczynia. Gaz wywiera ciśnienie na otaczające go przedmioty, jest ściśliwy łatwo się miesza z innymi substancjami lotnymi. 

TRZY STANY SKUPIENIA

Obieg wody w przyrodzie

Dyfuzja to samorzutne mieszanie się cząsteczek dwóch substancji. Dyfuzja może zachodzić między cieczami lub między gazami. Jest możliwe również zjawisko przenikania gazu czy też cieczy przez ciało stałe, takie zjawisko nazywamy osmozą.

Schemat dyfuzji

Materia z niej składa się cały wszechświat – gwiazdy, planety, nasza planeta Ziemia!

Ziemia jest trzecią w kolejności planetą poczynając od Słońca.

Ziemia powstała wraz z resztą Układu Słonecznego w tym samym czasie, kiedy pojawiło się Słońce. Przed mniej więcej 5 miliardami lat w naszej galaktyce pewien obłok materii międzygwiazdowej (gazu i pyłu znajdującego się między gwiazdami) samoistnie, pod wpływem własnej grawitacji, zaczął się zagęszczać.

Młoda Ziemia bardzo się różniła od tej, jaką znamy dziś Młoda Ziemia bardzo się różniła od tej, jaką znamy dziś. Rozpad nagromadzonych pierwiastków radioaktywnych i nieustanne bombardowania przez ciała niebieskie wyzwalały znaczne ilości ciepła, które umożliwiły scalenie wnętrza planety. Najcięższe fragmenty przesunęły się ku środkowi Ziemi, tworząc złożone głównie z żelaza i niklu. Jednocześnie lżejsze pierwiastki przemieszczały się ku powierzchni, formując płaszcz z roztopionych skał, złożonych głównie z krzemieniów. W miarę, jak planeta chłodniała, zastygające skały tworzyły skorupę, która dziś buduje zarówno dna oceaniczne, jak i kontynenty. I tak właśnie powstała ziemia, którą my teraz zamieszkujemy.

Budowa geologiczna Ziemi Wnętrze Ziemi

W budowie Ziemi wyróżnia się trzy strefy: wewnętrzną - jądro, środkową - płaszcz, zewnętrzną - litosferę, dzielącą się na skorupę oceaniczną i kontynentalną. Jądro ziemskie ma kształt kuli o promieniu 3500km. Możemy je podzielić na trzy części, a mianowicie jądro stałe, wewnętrzne mające promień 1250 km i jądro zewnętrzne o grubości 2300km. Jądro złożone jest głównie z żelaza (aż 80%), w reszcie przeważa nikiel oraz siarka. Właśnie tak duża ilość żelaza decyduje o tak dużej gęstości planety, która wynosi 5,52 g/cm 3. Bliżej powierzchni znajduje się płaszcz ziemski, który ma grubość 2900km.

Płaszcz zbudowany jest głównie z tlenków wielu metali Płaszcz zbudowany jest głównie z tlenków wielu metali. Ostatnią warstwą jest zewnętrzna litosfera o grubości 30 km pod kontynentami i 10 km pod oceanami.

Ziemską atmosferę można podzielić na kilka warstw: Atmosfera ziemska składa się w 78% z azotu, 21% z tlenu, a pozostały 1% tworzą takie gazy jak argon, dwutlenek węgla, para wodna, ozon. Ziemską atmosferę można podzielić na kilka warstw: Troposfera - najniższa część atmosfery. Zawiera 99% masy powietrza i całą atmosferyczną wilgoć. Jest ważna dla rozwoju pogody. Stratosfera - znajduje się nad troposferą i dosięga wysokości 50 km. W porównaniu z poprzednią warstwą nie obserwujemy tu wilgotności, a gęstość jest zauważalnie mniejsza.

Mezosfera - zaczyna się na wysokości ok 50 km a kończy ok 85 km. Termosfera - najwyższa warstwa atmosfery dosięgająca wysokości ok 600 km nad powierzchnią planety. Temperatura zaczyna tu ponownie wyraźnie wzrastać w związku z silnym promieniowaniem słonecznym.

Z geologicznego punktu widzenia najmniejszymi składnikami skorupy ziemskiej są minerały. Skupiska minerałów tworzą skały. Minerał (minero z łac. - kopalnia, kruszec ) jest to pierwiastek (np. siarka, złoto) lub związek chemiczny (np. kwarc, kalcyt) jednorodny pod względem cech fizycznych, powstały w wyniku procesu geologicznego stanowiący składnik litosfery.

Najczęściej występujące minerały powstały z połączenia głównych pierwiastków budujących skorupę ziemską. Na przykład kwarc (SiO2) powstał z połączenia tlenu z krzemem. Spośród kilku tysięcy poznanych minerałów tylko około 200 należy do grupy minerałów skałotwórczych, tzn. takich, z których zbudowane są skały, np. kwarc, skalenie, miki, kalcyt, minerały ilaste.

Minerały skałotwórcze są zaliczane do krzemianów i glinokrzemianów oraz tlenków i węglanów. W sumie te cztery grupy stanowią 99% masy całej skorupy ziemskiej. Tylko nieliczne minerały są pierwiastkami, np. czyste odmiany węgla - grafit i diament, niektóre metale szlachetne - złoto, platyna, siarka rodzima.

Nagromadzenie skał i minerałów w skorupie ziemskiej, które mogą być wykorzystywane gospodarczo nazywamy złożem. Minerałami złożowymi czyli tworzącymi złoża są również kruszce i rudy. Kruszcami nazywa się minerały będące chemicznymi związkami metali o połysku metalicznym lub też o dużym ciężarze właściwym, np. chalkopiryt (kruszec miedzi).

Rudami nazywamy kruszce metali żelaznych, hematyt, magnetyt, syderyt, a także wszelkie kruszce i minerały niemetaliczne, np. rudy siarki. Każdy minerał ma określone właściwości fizyczne (twardość, barwę, ciężar właściwy) i stały skład chemiczny.

DO OGLĄDANIA NAJMNIEJSZYCH, NIEWIDOCZNYCH GOŁYM OKIEM ELEMENTÓW BUDOWY ŚWIATA OŻYWIONEGO JAK I NIEOŻYWIONEGO UŻYWAMY MIKROSKOPÓW.

BUDOWA MIKROSKOPU

MIKROSKOP ZBUDOWANY JEST Z: okularu, który służy do powiększenia obrazu tworzonego przez obiektyw mikroskopu, tubusa, który służy do formowania powiększonego obrazu pośredniego, śruby makrometrycznej, która służy do wstępnej regulacji odległości, śruby mikrometrycznej, która służy do ustalenia ostrości, rewolweru, który umożliwia prostą zmianę obiektywu, obiektywów, które zbierają światło wychodzące z przedmiotu i tworzą jego powiększony obraz pośredni, kondensora, który koncentruje światło formując z niego stożek, lusterka, które służy do naświetlania badanego obiektu;

Pierwsze mikroskopy były mikroskopami optycznymi, w których do oświetlania obserwowanych obiektów wykorzystywano światło dzienne. Za twórców tego rodzaju mikroskopów uważa się Holendrów, Zachariasza Janssena i jego ojca Hansa. Pierwsze konstrukcje wykonali oni około roku 1590. Ze względu na słabe powiększenie (10 razy) mikroskopy nie zdobyły wtedy uznania jako narzędzie badawcze.

Zdjęcie mikroskopów z prelekcji na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu

Muzeum Przyrodnicze Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Mikołaja Kopernika

Zajęcia z mikroskopowania Analiza preparatów tkanek roślinnych Analiza preparatów tkanek zwierzęcych

Badał też otaczającą nas materie – skały, kamienie Nasz zespół rozpoznawał także minerały i skały Badał też otaczającą nas materie – skały, kamienie

KILKA ZDJĘĆ Z NASZYCH ZAJĘĆ! Zdobywamy wiedzę na każdy możliwy sposób!!!!

Dziękujemy za uwagę !!!!!