Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: • Gimnazjum 23 • ID grupy: • 96/69_mp_g1_krzysztof.paszko • Kompetencja: • Matematyczno-przyrodnicza • Temat projektowy: • Cząsteczkowa budowa materii • Semestr: pierwszy

3. Historia

4. Starożytność • Starożytni Grecy wierzyli, że cały wszechświat złożony jest z czterech żywiołów: ziemi, powietrza, ognia oraz wody. Tales z Miletu (620 - 540 p.n.e.), jeden z twórców szkoły jońskiej, zadawał sobie pytanie o "arch.", czyli początek, podstawę, osnowę i strukturę świata. Twierdził, że arch. to żywioł wody, wszystko z niej pochodzi i do niej powraca - wniosek wyciągnął nie odwołując się do mitów, lecz do obserwacji. Anaksymenes z Miletu (585-525 p.n.e.), kolejny przedstawiciel jońskiej filozofii przyrody uważał, że prazasadę rzeczywistości (arch.) stanowi powietrze lub tchnienie (tak jak dusza-oddech jest podstawowym elementem integrującym w przypadku człowieka). Z niego poprzez rozrzedzanie i zagęszczanie powstaje różnorodność rzeczy i zjawisk w świecie - rzadkie powietrze jest ogniem, w miarę gęstnienia przekształca się kolejno w wiatr, chmury, wodę, ziemię, kamienie itd. Wszystkie te zmiany dokonują się dzięki wiecznemu ruchowi. Heraklit z Efezu twierdzi jeszcze inaczej – uważał, że wszystko jest płynne, a świat powstał z ognia. Demokryt z Abdery ogłosił teorię o atomistycznej budowie świata, stąd zwany jest ojcem materializmu. Arystoteles jest autorem klasycznej formuły teorii przyczynowości. Obok formy i materii, traktowanych jako przyczyny wewnętrzne: formalna i materialna, wydzielił 2 przyczyny zewnętrzne: sprawczą i celową, czyli to, dzięki czemu, i to, ze względu na co coś zaistniało.

5. Średniowiecze • W średniowieczu nastąpił rozwój alchemii. Sądzono, że każda substancja jest kombinacją ognia, powietrza, wody i ziemi. Rozpoznawano wówczas kilka pierwiastków metalicznych: złoto, srebro, miedź, rtęć, żelazo i ołów oraz niemetalicznych, np. siarkę. Jednak ówcześni alchemicy twierdzili, że składają się one ze zmieszanych w odpowiednich proporcjach dwóch pierwiastków podstawowych: rtęci oraz siarki. Inne ciała stałe, określano mianem „ziemi” lub „kryształu”. Tym drugim, z racji ich twardości i czystości, przypisywano pewne właściwości magiczne. Znano zaledwie kilka cieczy. Najpowszechniejszą była bez wątpienia woda. Wiedziano dobrze, że w wodzie rozpuszcza się wiele ciał stałych. Fakt ten przytaczano jako dowód na to, że woda jest czystym pierwiastkiem (bądź też żywiołem). Inną znaną wtedy cieczą był alkohol, jednak z racji niedoskonałości technologii destylacji otrzymywano go roztwór wodny, „ducha” wina. Na przełomie XI i XII wieku arabski alchemik Al-Jabir ogrzewając siarczany w obecności soli otrzymywał kwas solny (HCl), substancję tę uznawano za wodny roztwór „ducha” soli. 

6. John Dalton Dalton zauważył, że własności gazów najlepiej dają się wytłumaczyć przy założeniu, iż są one zbudowane z atomów. Stwierdził, że związek chemiczny zawsze zawiera te same ilości wagowe składających się nań pierwiastków. Na początku XIX w. zrewolucjonizował naukę, ogłaszając teorię atomistyczną budowy materii. Wstępne elementy koncepcji Daltona opublikowane zostały przez Thomasa Thomsona w roku 1804, natomiast pełną pracę opublikował Dalton w roku 1808

7. Podstawowe założenia teorii Daltona: • Materia złożona jest z niewidzialnych atomów • Wszystkie atomy jednego pierwiastka mają identyczną masę i pozostałe właściwości • Każdy pierwiastek zbudowany jest z niepowtarzalnych atomów, różniących się od innych masą • Atomy są niezniszczalne i nie podlegają przemianom podczas reakcji chemicznych, zmienia się tylko ich wzajemne ułożenie i powiązanie • Cząsteczka związku chemicznego składa się ze skończonej i niewielkiej liczby atomów różnych pierwiastków

8. Sir Ernest Rutherford Ur. 30 sierpnia 1871 w Brightwater, zm. 19 października 1997 w Cambridge – chemik i fizyk z Nowej Zelandii. Rutherford jako pierwszy potwierdził istnienie jądra atomowego. Rutherford urodził się w Spring Groove niedaleko miasta Nelson w Nowej Zelandii. Studiował w Nelson College, a doktorat otrzymał w Canterbury College (dziś Uniwersytet Canterbury). Głównym polem jego badań była w tym czasie elektryczność. W roku 1895 młody Rutherford przybył do Europy. Podjął pracę naukową w Wielkiej Brytanii w Laboratorium Cavendisha będącym częścią Uniwersytetu Cambridge. W latach 1895-1898 prowadził badania nad promieniowaniem wytwarzanym przez niektóre pierwiastki chemiczne. Odkrył, że ta dziwna radiacja zawierała w sobie dwie składowe posiadające ładunek elektryczny. Promienie dodatnie nazwał promieniowaniem alfa, a ujemne promieniowaniem beta. W roku 1898 Rutherford otrzymał posadę w katedrze fizyki na Uniwersytecie McGill w Montrealu. Badając zachowanie pierwiastków radioaktywnych udowodnił, że jego źródłem jest spontaniczny rozpad atomów. W roku 1908 otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla z chemii.

9. W roku 1907 Rutherford podjął pracę na Uniwersytecie Manchesterskim. Podczas pracy w tym ośrodku wykonał eksperyment Rutherforda. Cząstki alfa przepuścił przez bardzo cienką złotą folię. Rozkład kątowy rozproszonych cząstek skłonił Rutherforda do wysnucia wniosku, że cała masa oraz dodatni ładunek atomu skupiony jest w bardzo niewielkiej objętości. W ten sposób potwierdził on eksperymentalnie istnienie jądra atomowego. • Kolejnym osiągnięciem Rutherforda było dokonanie przemiany atomów azotu w tlen. W ten sposób udało mu się spełnić marzenie średniowiecznych alchemików o zmianie jednych pierwiastków w inne. • W roku 1919 Rutherford został szefem Laboratorium Cavendisha. Pod jego nadzorem prowadzono prace, które zostały nagrodzone trzema Nagrodami Nobla. James Chadwick zaobserwował eksperymentalnie neutrony, John Cockcroft oraz Ernest Thomas Sinton Walton rozbili jądro atomowe korzystając akceleratora cząstek, a Edward Victor Appleton udowodnił istnienie jonosfery.

10. Rutherford miał przepuklinę pępkową, do której podtrzymywania nosił pas przepuklinowy. W październiku 1937 roku podczas prac w swoim ogrodzie upadł. Doszło do uwięźnięcia przepukliny. Mimo wykonanej następnego dnia operacji w szpitalu Evelyn Nursing Home doszło do ogólnego zakażenia organizmu, na skutek którego Rutherford zmarł 19 października 1937 roku w godzinach wieczornych. • W roku 1997 sztuczny pierwiastek rutherford został nazwany jego imieniem.

11. Niels Henrik David Bohr Ur. 7 października 1885 w Kopenhadze, zm. 18 listopada 1962 tamże - fizyk duński. laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1922 za opracowanie teorii budowy (struktury) atomu. Jego prace naukowe przyczyniły się do zrozumienia budowy atomu oraz rozwoju mechaniki kwantowej. Urodził się w Kopenhadze jako syn Christiana Bohra, profesora fizjologii uniwersytetu w Kopenhadze i Ellen Adler, pochodzącej z bogatej żydowskiej rodziny aktywnej w duńskich kołach finansowych i politycznych. Uzyskał tytuł doktora na Uniwersytecie w Kopenhadze w 1911 roku. W Manchesterze podjął pod nadzorem Ernesta Rutherforda pracę nad teorią budowy atomu opierając się na teoriach Rutherforda. W1913 roku opublikował pracę, w której opisał swój model budowy atomu wodoru. Oparł swój model na pewnych postulatach.

12. Pierwszy: moment pędu elektronu jest równy  (h kreślone – stała Plancka h podzielona przez 2π). Tylko na orbicie zgodnej z tym postulatem, elektron nie promieniuje. • Drugi postulat: Różnica energii elektronu na dwóch sąsiednich orbitach jest równa stała Plancka pomnożona przez częstotliwość fali promieniowania. Postulat ten tłumaczy tzw. widmo atomowe. • Dalsze orbity zawierają więcej elektronów niż bliższe, co tłumaczy chemiczne własności pierwiastków. Elektron może przemieszczać się pomiędzy poszczególnymi orbitami dzięki emisji lub pochłanianiu fotonów. Jego założenia stały się podstawą mechaniki kwantowej. • W roku 1916 Bohr został profesorem na Uniwersytecie w Kopenhadze, a w 1920 – kierownikiem nowo stworzonego Instytutu Fizyki Teoretycznej. W roku 1922 otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za rozwinięcie swojej interpretacji mechaniki kwantowej.

13. Bohr był orędownikiem najbardziej egzotycznych idei mechaniki kwantowej, czyli zjawiska dualizmu korpuskularno-falowego oraz zasady nieoznaczoności. Razem z Maxem Planckiem prowadzili na ten temat ożywione dyskusje z Albertem Einsteinem, który był zwolennikiem teorii w duchu mechaniki klasycznej. • Jeden ze studentów Bohra, Werner Heisenberg podczas wojny kierował niemieckim projektem budowy bomby atomowej. W 1941 roku, kiedy Dania była okupowana przez Niemcy, Heisenberg odwiedził Bohra w Kopenhadze, dzięki czemu ten posiadł pewną wiedzę na temat hitlerowskich planów. W roku 1943 Bohr uciekł do Szwecji, aby uniknąć aresztowania przez Gestapo. Potem przedostał się do Londynu •  a stamtąd, udał się do USA. Był członkiem projektu Manhattan, jednak nie wniósł większego wkładu do pracy, bo miał moralne wątpliwości, czy należy budować broń masowej zagłady. Kiedy wrócił po wojnie do Kopenhagi był orędownikiem pokojowego wykorzystania energii atomowej. Zmarł w Kopenhadze 18 listopada 1962 roku.

14. 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".

15. Atomy– czym one są? • Atomy – najmniejsze cząstki, na które da się podzielić materię za pomocą reakcji chemicznych. Atomy składają się z małego jądra otoczonego znacznie większą chmurą elektronów(zobacz planetarny model atomu Bohra). Każdy rodzaj atomu tworzy określony pierwiastek chemiczny. Uznaje się obecnie, że istnienie 110 z nich zostało potwierdzone eksperymentalnie. Ich lista znajduje się w układzie okresowym. Atomy to jednocześnie najmniejsze cząstki, których obraz daje się jeszcze generować metodami mikroskopowymi. • jądra atomów, które są 10 000 do 100 000 razy mniejsze od samych atomów, składają się z protonów i neutronów. Ich rozpad powoduje tworzenie się neutrin. Jądra mogą przechodzić jedne w drugie tylko na skutek wysokoenergetycznych przemian jądrowych. Cząstki tworzące jądra są powiązane z sobą tzw. słabymi oddziaływaniami jądrowymi i silnymi oddziaływaniami jądrowymi, których energia znacznie jednak przewyższa energię wiązań chemicznych. • hadrony – to cząstki zbudowane z kwarków, powiązanych z sobą silnymi oddziaływaniami, których energia jest znacznie wyższa od energii jądrowych oddziaływań słabych. Hadrony dzieli się na: • bariony – składające się z trzech kwarków. Dalej dzieli się je na: • nukleony – czyli protony i neutrony – które tworzą jądra atomów. • Hiperony oznaczane dużymi, greckimi literami (Λ, Σ, Ξ i Ω), które są cięższymi i bardziej nietrwałymi od nukleonów cząstkami i które w normalnych warunkach nie występują w jądrach atomowych. • mezony, które są zbudowane z pary kwark – antykwark. Jest ich wiele rodzajów. Najbardziej znane to piony i kaony. Mezony pośredniczą w tworzeniu się sił jądrowych między protonami i neutronami. • egzotyczne bariony – których istnienie sugerują dane zebrane przez niektóre eksperymenty, • i które nie występują naturalnie w przyrodzie, są to: • Tetrakwarki składające się z dwóch kwarków i dwóch antykwarków. • pentakwarki składające się z czterech kwarków i jednego antykwarku.

16. ZOBACZYĆ ATOM • 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. Stwierdzono również, że cząsteczki elementarne maja swą wew. strukturę, a jej elementami są nie istniejące samodzielnie cząsteczki zwane kwarkami. Jak do tej pory kwark jest uznawany za najmniejszą cząstkę atomu.

17. Stany skupienia Materii • Stan skupienia to podstawowa forma w jakiej występuje materia, stan skupienia określa właściwości fizyczne ciała.

18. Istnieją 4 stany skupienia: • gaz (stan gazowy) - w tym stanie cząsteczki są w dużych odległościach od siebie, wykonują chaotyczne ruchy i zderzają się ze sobą, mają pełną swobodę ruchu, forma gazowa nie ma kształtu, co oznacza że gaz przyjmie kształt pojemnika w którym się znajdzie i zajmie całą jego objętość, gaz może być sprężany (dana masa gazu po sprężeniu zajmie mniejszą objętość) i rozprężany (po rozprężaniu gaz zwiększa swoją objętość), przykłady: powietrze, para wodna, hel, tlen

19. ciecz (stan ciekły) - forma pośrednia między ciałem stałym a gazem, ciecz nie ma stałego kształtu, zawsze przyjmuje kształt naczynia w którym się znajduje, ciecz jest bardzo słabo ściśliwa w porównaniu do gazu, nie da się znacząco zmienić jej objętości, cząsteczki są ciaśniej upchnięte niż w gazie, mają pełną swobodę ruchu, ale ponadto oddziałują ze sobą siłami międzycząsteczkowymi, przykłady:woda, sok, olej, benzyna, szkło, asfalt

20. ciało stałe (stan stały) - forma w której substancja w stałych warunkach i bez działania czynników zewnętrznych zajmuje stałą objętość i ma stały kształt, cząsteczki są bardzo ciasno upchnięte, wyróżniamy: • ciała o budowie amorficznej (bezpostaciowe) - cząsteczki są ułożone chaotycznie, przykład: plastelina, kartka papieru, drewno • ciała o budowie krystalicznej (kryształy) - cząsteczki są rozmieszczone w ściśle określony sposób, nie mogą wykonywać chaotycznych ruchów, wykonują drgania,Poniżej budowa kryształu soli kuchennej, przykłady: sól kuchenna, sacharoza, krzem:

21. Czwartym stanem skupienia jest Plazma • silnie zjonizowany gaz, występują w niej neutralne cząsteczki, zjonizowane atomy oraz elektrony, jednak cała objętość zajmowana przez plazmę z "globalnego" punktu widzenia jest elektrycznie obojętna. Uważa się ją za czwarty stan skupienia materii. Plazma przewodzi prąd elektryczny, a jej opór elektryczny, inaczej niż w przypadku metali, maleje ze wzrostem jej temperatury. W stanie plazmy znajduje się ponad 99% materii tej części Wszechświata, która znajduje się w obszarze dostępnym dla ludzkiej obserwacji.[1] Plazma ma strukturę komórkową, w której każda komórka jest otoczona przez warstwę podwójną DL (double layer). Warstwa podwójna powstaje gdy w plazmie występuje różnica temperatur. W warstwie podwójnej od strony cieplejszej występuje warstwa o zwiększonej ilości (gęstości) jonów dodatnich, a od strony chłodniejszej warstwa o zwiększonej gęstości elektronów, między tymi warstwami występuje obszar o zmniejszonej gęstości jonów i elektronów. Komórki te mogą mieć formę ziarnistą, ale częściej obserwuje się formy włókniste, występujące często przy przepływie plazmy. Ze względu na temperaturę, plazmę dzieli się na: plazmę zimną (4000 - 30000 K) wytwarzaną w plazmotronach, plazmę gorącą (30000 K i wyżej) występującą we wnętrzu gwiazd lub podczas wybuchów jądrowych. Gdy prąd przepływa przez komórkę plazmy, która jest prawie idealnym przewodnikiem, musi przepłynąć przez warstwę podwójną, i to właśnie na niej następuje prawie cały spadek napięcia. W zależności od natężenia przepływającego prądu w plazmie rozróżnia się trzy stany: przy bardzo małym natężeniu "czarny prąd" - nie widać objawów wzrokowo, przy zwiększonym natężeniu plazma zaczyna wytwarzać światło - najbardziej znanym w życiu codziennym jest światło z jarzeniówek, gdy natężenie prądu przekracza pewną graniczną wartość, powstaje łuk elektryczny (tak jak przy spawaniu). Jedną z ciekawych charakterystyk plazmy jest jej proporcjonalność w zachowaniu (plasmascaling). Tak jak na podstawie zachowania modelu samolotu w tunelu aerodynamicznym można przewidzieć zachowanie się normalnego samolotu, tak samo na podstawie badań laboratoryjnych możemy przewidzieć jak się zachowa plazma, gdy zajmuje ona obszar tak wielki jak galaktyka. To co trwa w laboratorium ułamki sekundy, w skali galaktyki może trwać miliony lat. Ze względu na elektryczny i magnetyczny charakter plazmy powstała nowa teoria na temat Kosmosu tzw. Teoria Elektrycznego Kosmosu, która do dnia dzisiejszego nie została jeszcze zaakceptowana przez ogół naukowców. Wprowadzenie określenia plazmy przypisuje się amerykańskiemu fizykochemikowi, nobliście Irvingowi Langmuirowi w 1928.

23. Stany skupienia cząsteczek :

24. KONIEC

25. Opiekun.. • Krzysztof Paszko

26. Wykonanie.. • Agata Mazur • Ewa Jaworska • Kuba Zawadzki • Klaudia Ostas • Klaudia Wierzbicka • Grzesiek Złomańczuk • Kasia Kamińska • Michał Burchacz • Łukasz Kryczkowski • Damian Szałach • Mateusz Drzewiecki • Marcin Całka