CZĄSTECZKOWA BUDOWA MATERII

1. CZĄSTECZKOWA BUDOWA MATERII

2. Rys historyczny

3. Pierwsze teorie • 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 • Empedokles uważał, że cała materia składa się z 4 prostych substancji: ziemi, powietrza, wody i ognia • Demokryt uznał, że wszystko składa się z atomów – małych niewidocznych cząstek, które są niepodzielne

4. Naukowcy zajmujący się tą tematyką Ojcem teorii o czasteczkowej budowie materii był Demokryt z Abdery. A także: - Pierre Gassendi- Epikur- John Dalton- Amadeo Avogadro- Michael Faraday- Dmitrij Mendelejew

5. Demokryt Demokryt z Abdery -ur. ok. 460 p.n.e., zm. ok. 370 p.n.e.) – myśliciel i podróżnik, naukowiec, znany jako "śmiejący się filozof". Prace Demokryta dotyczyły wielu różnych dziedzin - fizyki, astronomii, medycyny, chemii, gramatyki, techniki, logiki, strategii, muzyki itd. Przetrwały z nich nieliczne fragmenty, głównie dzięki Epikurowi i poematowi Lukrecjusza "De rerum natura".

6. Epikur Epikur- (341-270 p.n.e. urodził się na wyspie Samos) – grecki filozof, twórca epikureizmu. Był jednym z najważniejszych filozofów tzw. drugiej fazy greckiej filozofii klasycznej, w której dominowały zagadnienia filozofii życia - czyli rozważania na temat jak osiągnąć pełne szczęście.

7. Pierre Gassendi Pierre Gassendi - (ur. w 1592 r. w Prowansji, zm.1655 r. w Paryżu) – francuski filozof, astronom, astrolog, nauczyciel i ksiądz. Zaliczał się do czołowych matematyków swoich czasów. Silnie wystąpił przeciwko koncepcji Arystotelesa. Gassendi odnowił atomistyczną filozofię Epikura, odrzucając niezgodne z religią katolicką poglądy o materialności duszy i odwieczności atomów. Gassendi polemizował z Kartezjuszem, krytykując poglądy o ideach wrodzonych oraz kartezjański dualizm.

8. John Dalton John Dalton- (ur. 6 września 1766 w Cockermouth, zm. 27 lipca 1844 w Manchester) – angielski fizyk, chemik i meteorolog. Twórca nowożytnej atomistycznej teorii materii, odkrył prawo ciśnień cząstkowych, prawo stosunków wielokrotnych, opisał wadę wzroku nazywaną później daltonizmem. Na jego cześć jednostkę masy atomowej nazwano daltonem (Da).

9. Amadeo Avogadro Amadeo Avogadro- (ur. 9 sierpnia 1776 w Turynie, zm. 9 lipca 1856 r.) – włoski fizyk, jeden z najważniejszych na przestrzeni wieków naukowców rozwijających atomistyczną teorię budowy materii.

10. Michael Faraday Michael Faraday - (ur. w 1791 r., zm. w 1867 r.) – fizyk i chemik angielski, jeden z najwybitniejszych uczonych XIX w., eksperymentator, samouk. Największe znaczenie miały prace Faradaya dotyczące elektryczności. W 1831 r. odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej, co przyczyniło się do powstania elektrodynamiki. W latach 1833-34 sformułował prawa elektrolizy i wprowadził nomenklaturę dla opisu tego zjawiska.

11. Dmitrij Mendelejew Dmitrij Mendelejew- (ur. w 1834 w Tobolsku, zm. 1907 w Sankt Petersburgu) – chemik rosyjski, odkrywca prawa okresowości pierwiastków chemicznych.

12. Budowa atomu

13. . Atom - najmniejsza, niepodzielna cząstka danej substancji zachowująca wszystkie właściwości charakterystyczne dla tej substancji Budowa atomu Elektrony Jądro: -protony -neutrony

14. Cząsteczki ponadatomowe

15. Cząstki supramolekularne Cząstki supramolekularne – składają się ze zbiorów cząsteczek chemicznych połączonych słabymi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi (siły Van Der Waalsa, wiązania wodorowe itp.). Np. DNA, monokryształy, cząstki występujące w zeolitach, aerożelach, żelach i zolach, cząstki tworzące pyły i pasty. Większość tego rodzaju cząstek jest na tyle duża, że da się je obserwować pod mikroskopem optycznym.

16. Cząsteczki chemiczne Cząsteczki chemiczne (molekuły) – składające się z silnie związanych ze sobą atomów. Różne rodzaje cząsteczek tworzą różne rodzaje związków chemicznych. Również niektóre pierwiastki występują w naturze w formie dwuatomowych cząsteczek (np. wodór). Aktualnie szacuje się, że zbadano i skatalogowano ponad 50 milionów różnych cząsteczek chemicznych, a ich zbiór jest praktycznie nieograniczony. Cząsteczki mogą zawierać od dwóch do ponad miliona atomów. Niektóre największe daje się obserwować pod mikroskopem optycznym, większość z nich daje się bezpośrednio obserwować za pomocą mikroskopu elektronowego lub AFM.

17. Jony Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie. Jony naładowane dodatnio nazywa się kationami, zaś ujemnie anionami.

18. Atom Thomsona Model atomu Thomsona, zwany także modelem "'ciasta z rodzynkami" – model atomu zaproponowany przez brytyjskiego fizyka J. J. Thomsona. W modelu tym Thomson założył, że każdy atom jest zbudowany z jednorodnej kuli naładowanej dodatnio, wewnątrz której znajdują się ujemnie naładowane elektrony. Za pomocą tego modelu, mającego obecnie znaczenie tylko historyczne, próbowano w sposób klasyczny wyjaśnić budowę atomu. Jednorodna kula naładowana dodatnio Elektrony naładowane ujemnie

19. Atom Rutherforda • Model atomu Rutherfordazostał opublikowany w 1911 przez Ernesta Rutherforda. Pod jego kierownictwem w roku 1909 Ernest Marsden i Hans Geiger przeprowadzili słynny eksperyment, z którego wynikało, że model atomu Thomsona nie wyjaśnia poprawnie rozpraszania promieniowania alfa przez materię. • Nowy model atomu oparty o rezultaty eksperymentu wprowadzał bliskie współczesnemu modelowi założenia: • – ładunek dodatni zgromadzony jest w niewielkim a przez to bardzo gęstym jądrze gromadzącym większość masy atomu, • – ujemnie naładowane elektrony okrążają jądro, podobnie jak planety okrążają Słońce.

20. Atom Bohra Model budowy atomu Bohra – model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu". Elektrony Jądro

21. Wiązania Wiązanie kowalencyjne(homopolarne, atomowe) to rodzaj wiązania chemicznego. Istotą wiązania kowalencyjnego jest istnienie pary elektronów, które są współdzielone w porównywalnym stopniu przez oba atomy tworzące to wiązanie. Wiązanie jonowe (inaczej elektrowalencyjne, heteropolarne lub biegunowe) jest to rodzaj wiązania chemicznego. Istotą tego wiązania jest elektrostatyczne oddziaływanie między jonami o różnoimiennych ładunkach.

22. Doświadczenia dowodzące ziarnistej budowy materii Przez wiele stuleci uczeni zastanawiali się nad tym, jak zbudowana jest otaczająca nas materia. Na początku XIX stulecia ostatecznie okazało się, że materia ma budowę ziarnistą, gdyż składa się z maleńkich cząstek, które nazwane zostały atomami.

23. Doświadczenie 1 Do 5 cm3 wody wlaliśmy przez pipetę 2 cm3 denaturatu. Otrzymaliśmy 7 cm3 mieszaniny z dwiema widocznymi warstwami: wody i denaturatu.

24. Następnie wstrząsnęliśmy tę mieszaninę.

25. Obserwacja Po wstrząśnięciu objętość mieszaniny zmniejszyła się, gdyż drobniejsze cząsteczki denaturatu wniknęły w szczeliny między większymi cząsteczkami wody. Wniosek Materia ma ziarnistą budowę.

26. Doświadczenie 2 Najpierw do plastikowego pojemnika wsypaliśmy groch i obliczyliśmy jego objętość… Vwalec = πr2h groch h = 8 r2 = 16 Vgrochu = πx 16 x 8 = 128π

27. …potem do identycznego pojemnika wsypaliśmy ryż i policzyliśmy jego objętość. ryż h = 3,8 r2 = 16 Vryż = π x 16 x 3,8 = 60,8π

28. Następnie na wierzch grochu dosypaliśmy ryż, obliczyliśmy łącznąobjętość grochu i ryżu sumując poprzednie wyniki. suma objętości grochu i ryżu Vrazem = 128π + 60,8π= 188,8π

29. Wymieszaliśmy dokładnie obydwie substancje i ponownie obliczyliśmy objętość, tym razem korzystając ze wzoru na obliczanie objętości walca. h = 11,6 r2 = 16 Vrazem =π x 16 x 11,6 =185,6π

30. 188,8π≠185,6π Obserwacje Wniosek Po dokładnym wymieszaniu ziaren, ich poziom w naczyniu był niższy, niż na początku, gdyż, mniejsze ziarenka ryżu wypełniły wolne przestrzenie pomiędzy dużymi ziarnami grochu, przez co poziom w naczyniu się obniżył. Doświadczenie to dowodzi poprawności kinetyczno-cząsteczkowej budowy materii.

31. Dyfuzja Proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka.

32. Doświadczenie Do zlewki wlaliśmy wodę. Następnie wsypaliśmy kilka kryształów nadmanganianu potasu

33. Obserwacja Nadmanganian powolnie, ale samoistnie rozpuszczał się, przy czym unosił do góry.

34. Wniosek Podczas rozpuszczania nadmanganianu zaszło zjawisko dyfuzji.

35. MODELE CZĄSTECZEK

36. Amoniak Amoniak- azan, trihydrydoazot, wodorek azotu (III) – nieorganiczny związek chemiczny o wzorze NH3

37. Amoniak bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie tworząc wodę amoniakalną – w warunkach normalnych 1 objętość wody może rozpuścić 1176 objętości amoniaku, jednak w temperaturze 20 °C będą to już 702 objętości. W roztworach wodnych amoniak hydrolizuje wg równania: NH3 + H2O → NH4+ + OH-

38. Model amoniaku z plasteliny

39. Dwutlenek węgla (CO2) Nieorganicznyzwiązek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

40. Właściwości • W temperaturze pokojowej jest to bezbarwny, bezwonny i niepalny gaz, dobrze rozpuszczalny w wodzie i cięższy od powietrza (ok. 1,5 raza). • Dwutlenek węgla jest produktem spalania i oddychania. Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie fotosyntezy. • W naturze występuje w stanie wolnym w atmosferze i związanym (np. jako składnik CaCO3).

41. Model CO2 z plasteliny

42. Glukoza • Glukoza-cukier gronowy, cukier skrobiowy, (C6H12O6) – węglowodan – aldoheksoza, należący do cukrów prostych. Jest białym, drobnokrystalicznym ciałem stałym, z roztworów wodnych łatwo krystalizuje jako monohydrat. Bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie (nie zmienia pH roztworu), nierozpuszczalna w etanolu. Ma słodki smak, nieco mniej intensywny od sacharozy.

43. Glukoza jest podstawowym związkiem energetycznym dla większości organizmów, jest rozkładana w procesie glikolizy na kwas pirogronowy. Jest składowana w formie polimerów – skrobi i glikogenu. Również wykorzystywana jako substrat wielu procesów zachodzących w komórce – m.in. do produkcji celulozy.

44. Model glukozy z plasteliny

45. Kwas fosforowy • Kwas fosforowy(H3PO4) – nieorganiczny związek chemiczny z grupy kwasów tlenowych. • Sole i estry kwasu ortofosforowego(V) to ortofosforany(V). Oprócz kwasu ortofosforowego(V) znanych jest wiele innych kwasów zawierających fosfor, noszących różne nazwy w różnych systemach nomenklaturowych, na co należy zwracać uwagę przy identyfikowaniu i nazywaniu tej grupy związków.

46. Kwas ortofosforowy(V) stosowany głównie do wyrobu nawozów sztucznych. W przemyśle spożywczym jest stosowany jako dodatek do napojów gazowanych (np. Coca-Coli) jako regulator kwasowości (symbol E 338). Stosowany jest też do wytwarzania fosforanowych(V) powłok ochronnych na metalach, do wytwarzania wielu środków farmaceutycznych, oczyszczania soków w cukrownictwie, odkamieniania armatury w ciepłownictwie, jako płyn do lutowania, w stomatologii, do wyrobu kitów porcelanowych, w lecznictwie i laboratoriach analitycznych. Jest także składnikiem fosolu - odrdzewiacza do stali. Zastosowanie kwasu

47. Model kwasu fosforowego z plasteliny

48. Tlen Tlen-O łac. oxygenium pierwiastek chemiczny, niemetal z grupy tlenowców w układzie okresowym.

49. Tlen w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych O2 oraz trójatomowych – ozonu O3 (głównie w ozonosferze). • Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziem – zawartość tlenu w jej skorupie wynosi 46,4%. Stanowi też 20,95% objętości atmosfery ziemskiej (23,25% wagowych).

50. Model tlenu(O2) z plasteliny