Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 20 im. Królowej Jadwigi w Bydgoszczy ID grupy: 96/87_MP_G1 Kompetencja: matematyczno-przyrodnicza Temat projektowy: Cząsteczkowa budowa materii Semestr/rok szkolny: 2009/2010 – semestr drugi

Otaczają nas różne przedmioty: twarde, miękkie, sztywne, delikatne, o różnych kolorach i zapachach. Wszystkie one tworzą materię. My, podobnie jak starożytni, na samym początku chcieliśmy się dowiedzieć co jest podstawowym składnikiem substancji, których kombinacje tworzą materię.

JOŃSCY FILOZOFIE PRZYRODY JAKO PIERWSI SZUKALI PIERWOTNEGO TWORZYWA, Z KTÓREGO ZBUDOWANY JEST ŚWIAT Tales z Miletu uważał, że wszystko jest zbudowane z jednego rodzaju materii, czyli wody pod różnymi postaciami. Zgadzali się z nim pozostali, uważając tylko, że to nie woda, a … POWIETRZE według Anaksymenesa OGIEŃ według Heraklita z Efezu jest podstawowym budulcem materii

JUŻ W VII WIEKU P.N.E. DEMOKRYT Z ABDERY JAKO PIERWSZY UŻYŁ POJĘCIA ATOM Uważał, że świat zbudowany jest z niepodzielnych drobin (z gr. atom – niepodzielny) o różnych wielkościach. Nam nie udało się potwierdzić eksperymentalnie, że Demokryt mylił się co do podzielności atomu. Pokazaliśmy jednak w prostym doświadczeniu, że miał rację, co do tego, że cząsteczki mają różne wielkości.

DOŚWIADCZENIE 1. WYJAŚNIENIE: Do menzurki z wodą wrzucono kilka kostek cukru. Poziom wody podniósł się, ale po rozpuszczeniu tego cukru poziom wody nieco się obniżył. WYJAŚNIENIE: Małe cząsteczki wody wciskają się w puste miejsca pomiędzy dużymi cząsteczkami cukru.

KONTRAKCJA ALKOHOLOWA Podobne zjawisko obserwowaliśmy mieszając denaturat z wodą. Jest to tzw. kontrakcja objętości.

TEORIA ATOMISTYCZNO-CZĄSTECZKOWA DALTONA Poglądy Demokryta zweryfikował dopiero John Dalton w 1808 roku. Założył w swojej teorii, że: 1. Atomy tego samego pierwiastka są identyczne pod względem masy i rozmiarów. 2. Atomy mają kształt kulisty. 3. Atom jest najmniejszą częścią pierwiastka posiadająca jego właściwości. 5. Związek chemiczny jest zbiorem takich samych cząsteczek. 4. Atomy łączą się tworząc cząsteczki.

POZIOMY ORGANIZACJI MATERII Wiemy już, że materię tworzą atomy, które łączą się w cząsteczki za pomocą wiązań chemicznych. Często jednak nie zdajemy sobie sprawy, że materia to nie tylko to co nas otacza, ale także my sami. PIERWIASTKI (węgiel, wodór, tlen, azot) PROSTE CZĄSTECZKI NIEORGANICZNE (woda, dwutlenek węgla) PROSTE CZĄSTECZKI ORGANICZNE (glicerol, cukry proste) MAKROCZĄSTECZKI (białka, cukry złożone, tłuszcze) ORGANELLA KOMÓRKOWE ( jądro, mitochondrium) KOMÓRKI ORGANIZMÓW ŻYWYCH Wraz ze zwiększającym się poziomem organizacji cząsteczki budujące związki chemiczne są coraz większe co udowodniliśmy w doświadczeniu pierwszym.

SPÓJRZMY NA MATERIĘ TROCHĘ BARDZIEJ CHEMICZNIE … MATERIA SUBSTANCJE CHEMICZNE PIERWIASTKI CHEMICZNE (dzielone na metale i niemetale) ZWIĄZKI CHEMICZNE MIESZANINY SUBSTANCJI JEDNORODNE NIEJEDNORODNE

BADALIŚMY NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI MATERII Doświadczenie 2. Manganian (VII) potasu jako substancję stałą wprowadzaliśmy do wody. W pierwszym naczyniu znajduje się woda gorąca, a w drugim zimna.

REZULTATY WODA CIEPŁA WODA ZIMNA W obu naczyniach drobiny manganianu (VII) potasu wnikały pomiędzy cząsteczki wody. Jednakże proces, zwany dyfuzją, zachodził zdecydowanie szybciej w wodzie o wyższej temperaturze.

BADALIŚMY NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI MATERII Doświadczenie 3. Do naczynia z roztworem wodnym manganianu (VII) potasu wprowadzono pasek z bibuły filtracyjnej (ciało stałe).

REZULTATY Wnikanie drobin wody i manganianu (VII) potasu pomiędzy drobiny bibuły filtracyjnej jest faktem.

WNIOSKI Materia nie ma budowy ciągłej Drobiny cieczy i ciał stałych rozchodzą się zarówno w cieczach jak i ciałach stałych Drobiny są w ciągłym ruchu, a energia kinetyczna ich ruchu zależy od temperatury. Im wyższa temperatura tym większa prędkość ruchu cząsteczek. Cząsteczki poruszają się chaotycznie, często zderzają się ze sobą.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY Obserwacje materii Podobnie jak uczeni badający materię na przestrzeni wieków, tak i my chcieliśmy obserwować różne stopnie organizacji materii. Skorzystaliśmy z mikroskopów. MIKROSKOP OPTYCZNY MIKROSKOP ELEKTRONOWY

HISTORIA ROZWOJU MIKROSKOPU Mikroskop Lister'a, jeden z pierwszych mikroskopów achromatycznych - ok. 1826r. Mikroskop Cuff'a - połowa wieku XVII Mikroskop Powell & Lealand - ok. 1875 ROKU. Fotomikroskop Leitz'a - ok. 1910 ROKU.

BUDOWA WSPÓŁCZESNEGO MIKROSKOPU OPTYCZNEGO TUBUS OKULAR STATYW OBIEKTYW REWOLWER STOLIK KONDENSOR ŚRUBY MAKROMETRYCZNA I MIKROMETRYCZNA ŹRÓDŁO ŚWIATŁA

TAJEMNICE OBRAZU MIKROSKOPOWEGO Najistotniejszymi częściami mikroskopu optycznego są obiektyw i okular, będące dwuwypukłymi soczewkami (skupiającymi). okular promień światła obiektyw obiekt obserwowany obraz mikroskopowy pozorny powiększony odwrócony F – ognisko soczewki

Mikroskop ELEKTRONOWY – ODKRYLIŚMY PRAWDZIWE ATOMU W mikroskopie elektronowym - wiązkę światła – zastępuje wiązka elektronów. Ponieważ nie można zobaczyć elektronów to obraz uzyskiwany w mikroskopie elektronowym ogląda się na ekranie podobnym do tego jaki jest w telewizorze lub w komputerze.

KALENDARIUM BADAŃ NAD BUDOWĄ ATOMU Według Thomsona atom stanowi kula, która wypełniona jest ciągłą materią dodatnią, a w tej kuli zawieszone są elektrony w ilości niezbędnej do zneutralizowania ładunku dodatniego „Babka z rodzynkami” – pierwszy model atomu 800 lat p.n.e. – Demokryt definiuje pojęcie atomu 1897 – Joseph Thomson odkrywa elektron 1911 – Ernest Rutherford odkrywa jądro atomu 1913 – Niels Bohr – teoria orbit stacjonarnych

KALENDARIUM BADAŃ NAD BUDOWĄ ATOMU Według Ernesta Rutherforda w centrum atomu znajduje się jądro o dodatnim ładunku, a wokół niego jak planety wokół Słońca krążą elektrony. „Planetarny model budowy atomu” 800 lat p.n.e. – Demokryt definiuje pojęcie atomu 1897 – Joseph Thomson odkrywa elektron 1911 – Ernest Rutherford odkrywa jądro atomu 1913 – Niels Bohr – teoria orbit stacjonarnych

KALENDARIUM BADAŃ NAD BUDOWĄ ATOMU Atom składa się z bardzo małego, dodatnio naładowanego jądra, w którym znajdują się protony o ładunku dodatnim i obojętne neutrony, a wokół jądra na specjalnie wyznaczonych orbitach krążą elektrony, które mają ładunek ujemny. „Teoria orbit stacjonarnych” 800 lat p.n.e. – Demokryt definiuje pojęcie atomu 1897 – Joseph Thomson odkrywa elektron 1911 – Ernest Rutherford odkrywa jądro atomu 1913 – Niels Bohr – teoria orbit stacjonarnych

WSPÓŁCZESNY POGLĄD NA BUDOWĘ ATOMU Współczesna fizyka odrzuciła koncepcję orbit , bardziej realistyczną wizją jest przyjmowanie stref przestrzeni – orbitali - w których poruszają się elektrony. Różnym strefom odpowiada inne prawdopodobieństwo występowania elektronów.

Na dzień dzisiejszy kwarki są niepodzielnymi cząstkami elementarnymi. A JEDNAK SĄ PODZIELNE … Podróż do serca materii nie kończy się z chwilą dotarcia do atomu, a nawet z chwilą dotarcia do jądra i jego części składowych – protonów i neutronów. d – kwarki o ładunku dodatnim u – kwarki o ładunku ujemnej Na dzień dzisiejszy kwarki są niepodzielnymi cząstkami elementarnymi.

MASA I ROZMIARY JĄDRA ATOMU Gdyby atom miał wymiary stadionu, jądro miało by wielkość biedronki siedzącej na środku boiska, a dookoła byłaby pustka. Kula budująca atom ma promień o długości od 0,00000002 do 0,00000005 metra. A mimo to jądro atomu skupia 99,9 % masy atomu, dlatego też możemy przyjąć, że liczba masowa jest równa sumie ilości protonów i neutronów w jądrze (w unitach).

SKUPMY SIĘ NA POJĘCIU MASY Masa – miara bezwładności (tzn. im większa jest masa ciała, tym większa siła bezwładności na niego działa PRZYKŁAD: W przyspieszającym autobusie, czujemy siłę wbijającą nas w fotel, a podczas hamowania przewraca nas do przodu. Występuje w układzie nieinercjalnym i jest wynikiem przyspieszenia układu Jest przeciwna do siły powodującej przyspieszenie układu, w którym się znajdujemy.

GĘSTOŚĆ MATERII – miara upakowania masy w przestrzeni W danej przestrzeni, której rozmiary określa parametr matematyczny – objętość, można umieścić określoną liczbę atomów. Stosunek ich masy do objętości badanej przestrzeni nazywamy gęstością. gęstość = masa / objętość

STANY SKUPIENIA SUBSTANCJI GAZ CIECZ CIAŁO STAŁE

WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI W RÓŻNYCH STANACH SKUPIENIA GAZ przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują, zajmując całą jego objętość sprężyste ściśliwe CIECZ przyjmują kształt dolnej części naczynia, w którym się znajdują niesprężyste nieściśliwe CIAŁO STAŁE posiadają własny kształt są sprężyste w różnym stopniu są mało ściśliwe ich atomy często tworzą sieci

CO WPŁYWA NA ZMIANĘ STANU SKUPIENIA? dostarczenie ciepła zmiana ciśnienia Ciśnienie i temperatura to wzajemnie powiązane ze sobą wielkości fizyczne. Jeśli temperatura pozostaje niezmienna, a ciśnienie wzrasta to musi zwiększyć się objętość. Jeśli sprężony gaz zostanie podgrzany, to jego objętość musi się zwiększyć.

ZMIANY STANÓW SKUPIENIA A TEMPERATURA NA PRZYKŁADZIE WODY Dostarczone ciepło zostaje spożytkowane na rozbijanie wiązań chemicznych – powodując zmianę stanu skupienia cały czas podgrzewamy ciało

PRZEMIANY FAZOWE GAZ CIAŁO STAŁE CIECZ

PODSUMOWANIE Badania na temat cząsteczkowej budowy materii okazały się bardzo ciekaw. Trudno w ramach prezentacji przedstawić pytania problemowe jakie pojawiły się podczas zajęć. Interesowały nas: rozszczepienie jądra, synteza termojądrowa, ciekłe kryształy i półprzewodniki. W tym semestrze zbyt mała ilość zajęć nie pozwoliła nam zgłębić tych zagadnień. Została jednak otwarta droga do samodzielnych poszukiwań odpowiedzi na trudne pytania, za co z góry dziękujemy organizatorom projektu. Uczniowie