Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: Gimnazjum w Łebieniu • ID grupy: 96/51_mp_g1 • Kompetencja: Matematyczno-przyrodnicza • Temat projektowy: Budowa materii • Semestr/rok szkolny: Sem II- 2009/2010

3. Spis treści • Historia poglądów na budowę materii • Nowoczesne poglądy na budowę materii • Właściwości materii- dyfuzja, mieszanie, ruchy cząstek • Stany skupienia substancji • Modele atomów • Cząsteczki różnych substancji • Substancje budujące Ziemię- wody, gazy, skały i minerały • Przekroje geologiczne

4. Najmniejszą częścią budującą każdą substancję jest atom. Składa się on z cząstek elementarnych Protony i neutrony (nukleony) znajdują się w jądrze atomowym, a elektrony krążą wokół niego po orbitach.

5. Historia poglądów na budowę materii 1. W starożytności Nad tym, z czego zbudowany jest świat i co jest jego najmniejszą cząstką zastanawiali się już starożytni. Oto koncepcje niektórych filozofów: Tales z Miletu uważał, że początkiem wszystkiego jest woda Empedoklesuważał, że cała materia składa się z 4 prostych substancji: ziemi, powietrza, wody i ognia Demokrytuznał, że wszystko składa się z atomów – małych niewidocznych cząstek, które są niepodzielne

6. 2. Od Daltona po cząstki elementarne W 1803 r. J.Dalton wysunął swoją teorię na temat budowy materii, w której m.in. twierdził, że: · najmniejszą cząstką materii jest atom · atomów nie można podzielić · nie można zamienić jednego atomu w drugi · wszystkie atomy jednego pierwiastka są jednakowe

7. Jednak już w 1987 roku J.Thomson obalił jeden z punktów teorii Daltona odkrywając pierwszą cząstkę elementarną – elektron. Stworzył on swój własny „rodzynkowy” model atomu, który wkrótce został uznany za nieprawidłowy. Kolejnym etapem obalającym teorię Daltona było doświadczenie Rutheforda, który w roku 1908 odkrył jądro atomowe bombardując cienką, złotą folię cząstkami alfa. W 1914 r. J.Chadwick odkrył kolejną cząstkę elementarną – pozbawiony ładunku neutron. Stwierdził on, że w skład jądra atomu musi wchodzić coś poza protonami, ponieważ masa atomowa każdego z pierwiastków (oprócz wodoru) jest około 2 razy większa od liczby ładunków. W 1947 roku w promieniowaniu kosmicznym odkryto nowy rodzaj cząstek - tzw. mezony, które są nośnikami oddziaływań jądrowych. Ilość cząstek uznawanych za elementarne stale wzrastała (neutrino, pozyton, itp.) i w końcu uczeni zwątpili, czy są one rzeczywiście elementarne.

8. Współczesne poglądy na budowę materii W ostatnich latach, w związku z odkryciami nowych cząstek elementarnych doszło do prób ich uszeregowania w sposób podobny do pierwiastków w układzie okresowym. Pojawiła się koncepcja, że protony, neutrony i mezony zbudowane są z cząstek fundamentalnych, tzw. kwarków. Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 roku podczas zderzenia elektronów z protonami w Laboratorium Stanforda w USA. Za koncepcję istnienia kwarków M.Gell i G.Zweig otrzymali w 1969 roku nagrodę Nobla.

10. Teoria superstrun • Teoria ta powstała w latach 1984-86. Okres ten był znany jako tzw. „rewolucja superstrunowa”. Zgodnie z teorią strun kwarki nie są najmniejszymi cząstkami, lecz składają się z jeszcze mniejszych tworów mających postać maleńkich pętli drgających strun. • Na dzień dzisiejszy uważa się, że struny są absolutnie elementarnymi składnikami materii. • Materia składa się z atomów, które z kolei są zbudowane z kwarków i elektronów. Zgodnie z teorią strun wszystkie te cząstki mają w rzeczywistości postać maleńkich pętli drgających strun. • Struny są to małe jednowymiarowe włókna, które nieustannie drgają. Właściwości cząstek uważanych dotychczas za elementarne zależą od drgań rezonansowych odpowiedniej struny. • Różnice własności cząstek uważanych dotychczas za elementarne (masa, ładunek) biorą się stąd, że ich struny drgają według innych rezonansowych wzorów.

12. Właściwości materii • Dyfuzja- to proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząstek jednej substancji między cząstkami drugiej substancji. Jest możliwa, ponieważ pomiędzy cząstkami substancji istnieją wolne przestrzenie. • W taki sposób możliwe jest też mieszanie substancji

13. Doświadczenie 1 Do jednej menzurki wsypmy ok. 50 cm3 bułki tartej, a do drugiej ok. 50 cm3 kaszy. Następnie zmieszajmy w jednej menzurce kaszę z bułką i energicznie potrząśnijmy. Jaką objętość ma powstała mieszanina? Mniejsze ziarna bułki tartej znajdą się w pustych przestrzeniach między ziarnami kaszy. Z tego powodu, po zmieszaniu obu substancji objętość będzie sporo mniejsza niż suma objętości kaszy i bułki.

14. Doświadczenie 2 Nalejmy do szklanki do pełna wody, a następnie ostrożnie, po jednej, wpuszczajmy do niej szpilki. Ile szpilek można dołożyć, zanim woda się przeleje? Można dołożyć bardzo dużą ilość szpilek, a woda się nie wyleje. Powstanie tzw. menisk wypukły. Dowodzi to tego, że między cząstkami wody są wolne przestrzenie, między którymi znajdują się kolejne szpilki.

15. Doświadczenie 3 Rozpyl zapach za pomocą spreju. Po jakimś czasie zapach będzie wyczuwalny w każdym miejscu pomieszczenia.

16. Właściwości materii Ruchy Browna Botanik Robert Brown ku swojemu zaskoczeniu zaobserwował w 1827 roku, że ziarna pyłku roślin w kropli wody oglądanej pod mikroskopem „tańczą”, jakby były żywe. Dopiero w 1905 roku Albert Einstein zrozumiał, że przypadkowe błądzenie drobin jest wywołane bombardowaniem ich przez cząsteczki wody. Chociaż zbyt małe, aby je zobaczyć, poruszają się one tak szybko i występują w tak dużej liczbie, że uderzając w ziarna pyłku, przesuwają je. Obserwując pyłek przez pewien czas, można zauważyć, że porusza się on po chaotycznej łamanej (błądzenie przypadkowe).

17. Stany skupienia materii i właściwości tych stanów 1.Ciała stałe: • Posiadają własny kształt, • Niektóre są kruche( przy użyciu niewielkiej siły można podzielić na kilka fragmentów) • Niektóre są sprężyste, • Niektóre mogą być plastyczne, • Niektóre ciała stałe przepuszczają światło, • Niektóre pod wpływem temperatury zwiększają swoją objętość,

18. 2. Ciecze: • Atomy cieczy mogą ślizgać się wokół siebie, sprawiając, że ciecze przybierają kształt naczynia, w którym się znajdują • Mogą rozpuszczać niektóre ciała stałe, gazy i inne ciecze • Posiadają swoją objętość • Są ściśliwe tylko w niewielkim stopniu

19. 3.Gazy: • Nie posiadają własnego kształtu • Nie maja własnej objętości • Wypełniają całe naczynie, w którym się znajdują • Przepuszczają światło • Są ściśliwe

20. Model atomu

21. Modele Cząsteczek różnych substancji Cząsteczka tlenu O2 Cząsteczki wodoru H2 Cząsteczka azotu N2

22. Modele cząsteczek różnych substancji Cząsteczki wody H2O Cząsteczka tlenku węgla CO2 Cząsteczki metanu CH4

23. Substancje budujące ziemię- wody • Woda morska – woda występująca w morzach i oceanach. W wodzie tej jest rozpuszczone tysiące związków chemicznych i prawie wszystkie pierwiastki chemiczne obecne na kuli ziemskiej. Woda morska stanowi ponad 96% wody obecnej w formie ciekłej na powierzchni Ziemi, zaś tzw. woda słodka stanowi mniej niż 3%. • Najbardziej charakterystyczną cechą wody morskiej, jest wysokie stężenie kationów sodu (Na+), potasu (K+), magnezu (Mg2+) i glinu (Al3+) oraz anionów chlorkowych, siarczanowych oraz węglanowych, które łącznie nadają wodzie morskiej intensywnie gorzki lub gorzko-słony smak i powodują, że nie nadaje się ona do picia Woda morska ma odczyn lekko alkaliczny (pH = 7,5 do 8,4). • Stężenie jonów w wodzie morskiej przelicza się często na zawartość wagową chlorku sodu w 1 dm³ wody. Stężenie to w oceanach jest względnie stałe i zależy głównie od strefy klimatycznej w której dokonuje się pomiar. Wynosi ono 32-40 promila. W morzach stężenie to waha się w granicach od 3 do 50 ‰.

24. Ocean– wielka część hydrosfery ziemskiej, stanowiąca rozległy obszar słonej wody. Wody słone pokrywają w sumie blisko 3/4 (70,8%) Ziemi. Powierzchnia oceanów wynosi ok. 361 mln km². • W najgłębszym punkcie oceanicznym (tzw. Rów Mariański) głębokość przekracza 11 km! Wyróżniamy trzy lub cztery oceany . Ocean Spokojny, Ocean Atlantycki, Ocean Indyjski oraz Ocean Arktyczny, który w przypadku podziału na 3 części jest włączony do Oceany Atlantyckiego jako Morze Arktyczne • Oceany oddziałują głównie poprzez: • a) pochłanianie i odbijanie promieniowania słonecznego, • b) magazynowanie ciepła, • c) transport ciepła, • d) wywoływanie znacznych zmian w systemie klimatycznym, • e) dostarczanie pary wodnej do atmosfery (są głównym jej źródłem), • f) wymianę gazów (np. CO2) z atmosferą.

25. Wodysłodkie-woda zawierająca stosunkowo niewielkie ilości soli (zasolenie poniżej 0,5‰). Całość wody słodkiej na kuli ziemskiej pochodzi z procesów parowania i skraplania(ewentualnie resublimacji). Dostęp do wody słodkiej jest czynnikiem warunkującym życie i przetrwanie wielu gatunków roślin i zwierząt (w tym człowieka). Człowiek może pić tylko wodę słodką pozyskując ją z wód powierzchniowych lub podziemnych

27. Wody gruntowe – wody podziemne, zalegające na większych głębokościach niż wody zaskórne. Nie podlegają bezpośrednim wpływom czynników atmosferycznych, są przefiltrowane i z tego względu nadają się do użytkowania dla celów spożywczych. Wody te nie podlegają zmianom temperatury w ciągu doby, cechuje je równowaga termiczna. Temperatura ich zmienia się w zależności od pór roku. Występują poniżej wyraźnej i trwale utrzymującej się strefy napowietrzenia. Wody te są wykorzystywane w studniach. • Skład chemiczny wód gruntowych: • Gazy: tlen (O2), dwutlenek węgla (CO2), azot (N2), metan (CH4), siarkowodór (H2S), tlenki siarki (SO2 i SO3), wodór (H2), gazy szlachetne – hel (He), argon (Ar), neon (Ne), krypton (Kr), ksenon (Xe), radon (Rn). • Główne składniki: wodorowęglany (HCO3-), siarczany (SO42-), chlorki (Cl-), sód (Na+), potas (K+), wapń (Ca2+), magnez (Mg2+). • Podrzędne składniki: mineralne formy azotu (NO2-, NO3-, w wodach zanieczyszczonych: NH4+, CN-, NH3), żelazo (Fe), krzem (Si), substancje organiczne.

28. Woda opadowa - woda, która powstaje przez kondensację pary wodnej w atmosferze i spada na powierzchnię Ziemi w postaci opadów atmosferycznych (deszczu, śniegu, gradu). Jej skład zależy od czystości powietrza, które napotyka podczas opadania - charakteryzuje się dużą zawartością gazów (tlenu, azotu, dwutlenku węgla) i może zawierać sadzę, pyłki roślinne, pył przemysłowy, mikroorganizmy, a także pewne ilości soli mineralnych. Ze względu na zawartość rozpuszczonego dwutlenku węgla pH wody opadowej wynosi około 6 (odczyn kwaśny). Niektóre gazowe zanieczyszczenia (dwutlenek siarki, siarkowodór, tlenek azotu) obniżają to pH jeszcze bardziej, powodując zjawisko kwaśnych deszczów. Woda opadowa nie nadaje się do picia, natomiast może być przydatna do celów gospodarczych i przemysłowych.

29. Substancje budujące ziemię- gazy • Powietrze – jednorodna mieszanina gazów, stanowiąca atmosferę ziemską

30. Azot (N) –pierwiastek chemiczny z grupy niemetali. Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0019%. • Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym . Azot jest podstawowym składnikiem powietrza(78,09% objętości). Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak , kwas azotowy, azotony oraz wielu ważnych związków organicznych

31. Tlen (O, łac. oxygenium) – pierwiastek chemiczny, niemetal z grupy tlenowców w układzie okresowym. • Tlen w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych O2 oraz trójatomowych – ozonu O3 (głównie w ozonosferze). Szczególną jego odmianą jest odkryty w latach 90. XX w. „czerwony tlen” o wzorze O4 • Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi – zawartość tlenu w jej skorupie wynosi 46,4%. Stanowi też 20,95% objętości atmosfery ziemskiej (23,25% wagowych). W postaci związków z innymi pierwiastkami wchodzi w skład hydrosfery (gdzie jego zawartość wynosi około 89% – woda) i litosfery jako tlenki (np. krzemionka (piasek) zawiera ok. 53% tlenu)

32. Argon (Ar)– pierwiastek chemiczny będący gazem szlachetnym. Jest praktycznie niereaktywny i nie ma żadnego znaczenia biologicznego, jest także jednym ze składników powietrza. Argon wyodrębnili i zidentyfikowali Lord Rayleigh i sir William Ramsay w 1894 roku. Atomy argonu mogą zostać uwięzione w sieci innych cząsteczek tworząc klatraty, np. Ar6(H2O)46 i Ar(hydrochinon)3. W roku 2000 doniesiono o otrzymaniu pierwszego związku argonu, fluorowodorkuHArF (Nature 406, 874 – 876 (2000)).

33. Para wodna - stan gazowy wody. Jako prawie czysty gaz, występuje w naturze w gejzerach, w gorących jaskiniach, jest wyrzucana z podziemi, jest wytwarzana i używana w technice oraz w gospodarstwie domowym. Jest też składnikiem powietrza atmosferycznego, jej zawartość w powietrzu zmienia się.

34. Substancje budujące ziemię- skały i minerały • Minerały • Minerały są to występujące w przyrodzie nieorganiczne ciała stałe o określonym składzie chemicznym i uporządkowanym układzie atomów. Większość pierwiastków wchodzących w skład skorupy naszej planety w wyniku procesów geologicznych łączy się ze sobą, tworząc minerały (do tych pierwiastków należą: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, potas, magnez ). • Każdy minerał ma charakterystyczne właściwości fizyczne i chemiczne, dzięki czemu może być rozpoznawany. Twardość minerałów mierzy się w skali Mohsa (od 1-10). Twardość minerału zależy od siły, z jaką wiążą się atomy. Najbardziej miękki minerał to talk, a następne to gips, kalcyt, fluoryt, apatyt, ortoklaz, kwarc, topaz, korund i ostatni, najtwardszy – diament.. • Co ciekawe, istnieją minerały o właściwościach magnetycznych. Dwa pospolite minerały, magnetyt i pirotyn (oba to związki żelaza) są silnie magnetyczne.

35. Skorupa ziemska zbudowana jest z minerałów, czyli związków chemicznych lub pierwiastków o jednorodnej budowie fizycznej, tworzących się w skorupie ziemskiej w wyniku działania procesów geologicznych. Minerały powstają w czasie krzepnięcia magmy, wytrącania się z roztworów, w wyniku procesu wietrzenia chemicznego lub przekształceń zachodzących pod wpływem wysokich temperatur i ciśnienia • Obecnie znamy ponad 3000 minerałów, lecz tylko ok. 200 z nich odgrywa dużą rolę w budowie skał. Są to minerały skałotwórcze, do których należą: • – kwarc – dwutlenek krzemu • – skalenie – glinokrzemiany sodu, potasu i wapnia, • – mika (łyszczyk) – uwodnione glinokrzemiany potasu, żelaza i magnezu, • – kalcyt – węglan wapnia. Minerały występujące w skorupie ziemskiej niezwykle rzadko to kamienie szlachetne, np. diament, beryl, topaz, oliwin, opal.

37. Skały • Skały to są naturalne kombinacje jednego lub kilku minerałów. Zazwyczaj w skale jest kilka rodzajów minerałów, których wielkość ziaren i struktura jest zależna od tego, jak dana skała powstawała. • W gruboziarnistej skale, takiej jak granit, trzy główne minerały wchodzące w skład skały są widoczne gołym okiem – kwarc (szary), skaleń (różowy lub biały) i mika (czarna). • Za to bazalt (skała z wulkanów) składa się głównie z trzech minerałów – oliwinu, piroksenu i plagioklazu. Jednak dlatego, że te minerały mają drobne ziarenka, nie można ich rozróżnić gołym okiem.

38. Skały metamorficzne to są skały magmowe lub osadowe, które zostały zmienione przez ciepło i ciśnienie. Minerały w skałach rekrystalizują się i tworzą nowe minerały. • .

39. Skały osadowe to są skały poddane wietrzeniu i erozji. Wiele skał osadowych składa się z resztek kiedyś żyjących organizmów. Czasami pozostałości zwierząt są bardzo wyraźne, co pozwala czasami rozpoznać organizmy sprzed 160mln lat (!).

40. Skały magmowe powstają w wyniku krzepnięcia magmy, czyli gorącego stopu krzemianów górnego płaszcza Ziemi. W zależności od miejsca krzepnięcia (różnych warunków krystalizacji minerałów) wyróżniamy skały: • – głębinowe – powstające pod powierzchnią ziemi, znajdujące się w niej minerały krystalizują się w widoczne gołym okiem kryształy – budowa jawnokrystaliczna. Jeśli magma zawiera ponad 60% krzemionki, powstaje skała kwaśna (np. granit), przy mniejszej zawartości krzemionki – skała obojętna (np. sjenit, dioryt, gabro), gdy zawartość krzemionki jest niewielka tworzą się skały zasadowe (np. perydotyt); • – wylewne – zastygające na powierzchni ziemi. Proces krystalizacji minerałów w związku z szybkim krzepnięciem zachodzi gwałtownie – budowa skrytokrystaliczna. W zależności od składu chemicznego mogą być kwaśne (np. riolit), obojętne (np. bazalt, melafir, andezyt) lub zasadowe (np. bazalt oliwinowy). Skały wylewne mogą mieć również budowę porfirową – tworzą się, gdy proces krystalizacji rozpoczął się pod powierzchnią ziemi – wyraźne kryształy, a zakończył na jej powierzchni – masa drobnokrystaliczna, tzw. ciasto skalne, np. andezyt, porfir; • – żyłowe – powstające w szczelinach skał już istniejących. Mają najczęściej budowę jawnokrystaliczną, np. pegmatyt.

41. Skały magmowe

42. Skały można dzielić ze względu na: • – skład chemiczny: kwaśne (duża zawartość krzemionki), zasadowe, obojętne, • – stan zespolenia okruchów: lite, zwięzłe, luźne, • – rozmiar i kształt minerałów (struktura skały): jawnokrystaliczne, skrytokrystaliczne, porfirowe, • – warunki powstawania: magmowe, osadowe, przeobrażone.

43. Przekroje geologiczne

45. Źródła: • Internet • Chemia- vademecum dla liceum i technikum • Fizyka- podręcznik do klasy I Nowa Era • Chemia- podręcznik do klasy I Operon

46. autorzy • Grupa matematyczno-przyrodnicza nr 1 w Gimnazjum w Łebieniu w składzie: • Bartosz Bednarczyk • Paulina Dułak • Maciej Gasperowicz • Kinga Gierszewska • Przemysław Górski • Kacper Myszkowski • Kornelia Plichta • Magdalena Rosanowska • Adriana Tomasiewicz • Monika Wójcik • Pod opieką mgr Małgorzaty Walczak-Niedziółki