Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)

2. Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) • Nazwa szkoły: • Gimnazjum w Łebieniu im. Jana Pawła II • ID grupy: • 96/51_MP_G2 • Kompetencja: • Matematyka i przyroda • Temat projektowy: • Budowa materii • Semestr/rok szkolny: • Semestr I, rok szkolny 2009/2010

3. Budowa materii

4. Model budowy materii

5. Budowa 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. • Atom jest najmniejszą cząstką pierwiastka, zachowującą w pełni jego właściwości. Szybko okazało się, iż sam atom nie jest niepodzielny o składa się z dodatnio naładowanego jądra i krążących wokół niego ujemnie naładowanych elektronów.

6. Jądro atomowe zbudowane jest z dwóch rodzajów cząstek zwanych ogólnie nukleonami. Są to dodatnio naładowane protony, oraz elektrycznie obojętne neutrony. W jądrze atomowym skupia się niemal cała masa atomu, stąd sumę wszystkich nukleonów znajdujących się w jądrze określa tzw. liczba masowa. • Liczba atomowa określona jest przez ilość protonów znajdujących się w jądrze, a ponieważ atom jest elektrycznie obojętny, określa również ilość elektronów w atomie. Liczba atomowa decyduje o położeniu danego pierwiastka w układzie okresowym.

7. Atomy tego samego pierwiastka mogą różnić się od siebie liczbą neutronów w jądrze atomowym. Takie atomy noszą nazwę izotopów. Jądra niektórych atomów (izotopów) mogą samorzutnie ulegać procesom, w wyniku których przemieniają się w inne jądra, emitując jednocześnie promieniowanie α, β lub γ. Zjawisko takie nosi nazwę promieniotwórczości. • Wszystkie pierwiastki chemiczne, zarówno te naturalne, jak i te otrzymane sztucznie, uporządkowane są według wzrastającej liczby atomowej i tworzą tzw. układ okresowy pierwiastków.

8. Położenie pierwiastka w danym miejscu układu okresowego umożliwia uzyskanie wielu ważnych informacji o pierwiastku, jego właściwościach i związkach, które tworzy. Wszystkie pierwiastki gazowe (za wyjątkiem gazów szlachetnych) występują w stanie wolnym w postaci dwuatomowych cząsteczek (np. O2, N2). • Mamy wówczas do czynienia z cząsteczkami pierwiastków chemicznych. Również atomy różnych pierwiastków mogą łączyć się ze sobą. Powstają wówczas cząsteczki związków chemicznych (np. H2O, CO2).

9. Masy atomów oraz cząsteczek określa się przy pomocy atomowych jednostek masy, oznaczonej literą „u”. Atomy poszczególnych pierwiastków łączą się ze sobą na skutek oddziaływania elektronów walencyjnych (najbardziej oddalonych od jądra). • W wyniku tych oddziaływań tworzą się wiązania chemiczne. Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje wiązań chemicznych, kowalencyjne (zwane również wiązaniem atomowym), oraz jonowe. To, jakie wiązanie powstanie zależy w głównym stopniu od rodzaju łączących się ze sobą pierwiastków.

10. Liczba wiązań, jakie może wytworzyć dany pierwiastek nazywana jest jego wartościowością. • Dzięki znajomości wartościowości pierwiastków wchodzących w skład danego związku, można poprawnie napisać wzór sumaryczny, a nawet strukturalny tego związku. Przebieg zachodzącej reakcji chemicznej przedstawia się symbolicznie przy pomocy równania reakcji chemicznej. Poprawny zapis równania reakcji wymaga prawidłowego napisania wzorów związków chemicznych i symboli pierwiastków.

11. Konieczne jest, aby ilość atomów każdego pierwiastka po obu stronach równania była taka sama. Wówczas mówi się, że równanie reakcji jest prawidłowo uzgodnione. Ponadto, masa substratów (związków po lewej stronie równania) biorących udział w konkretnej reakcji chemicznej, jest zawsze równa masie produktów, które w wyniku tej reakcji powstały (związków zapisanych po prawej strony równania reakcji). Powyższa zależność nosi nazwę prawa zachowania masy, które jest jednym z podstawowych praw chemicznych. Drugim ważnym prawem jest tzw. prawo stałości składu, które mówi, że stosunek mas pierwiastków wchodzących w skład danego związku chemicznego, jest wielkością stałą.

12. Historia budowy materii • Model atomu wg Daltona z 1808 r: Materia zbudowana jest z kulistych atomów o równomiernie rozłożonej masie i doskonale elastycznych. Atomy danego pierwiastka mają identyczne rozmiary i masy, natomiast atomy różnych pierwiastków różnią się między sobą. W trakcie reakcji chemicznych atomynie ulegają zniszczeniu, ani nie powstają nowe atomy.

13. Model atomu Thomsona (model rodzynkowy) z 1904 r: Atom zbudowany jest z jednorodnie rozmieszczonej, dodatnio naładowanej masy o małej gęstości. W masie tej „poutykane” są ujemnie naładowane elektrony (jak rodzynki w cieście drożdżowym), tak że atom jako całość pozostaje elektrycznie obojętny

14. Model atomu Rutherforda (model planetarny) z 1911 r: Atom składa się jądra atomowego i powłoki elektronowej. Jądro o dodatnim ładunku skupia w sobie prawie całą masę atomu, mimo że rozmiar jądra jest bardzo mały (rzędu 10–15 m). Pomiędzy elektronami a jądrem działa siła dośrodkowa (siła kulombowska). Ładunek całkowity elektronów jest równy ładunkowi jądra (co do wartości bezwzględnej), tak że atom jako całość pozostaje elektrycznie obojętny. Pomiędzy jądrem a powłoką występuje próżnia wypełniona polem elektromagnetycznym.

15. Model atomu wodoru Bohra – opiera się na następujących postulatach: a) Elektron krąży po orbicie kołowej wokół jądra, nie wypromieniowując energii. b) Elektron może krążyć tylko po takiej orbicie, dla której spełniony jest warunek:gdzie: K = mּvּr – moment pędu elektronu,

16. h = 6,62ּ10 –34 Jּs – stała Plancka, • n – liczba naturalna (numer dozwolonej orbity elektronu). • c) Aby elektron mógł przejść z orbity niższej k na orbitę wyższą n, musi zabsorbować kwant energii o wartości En–Ek. • d) Jeżeli elektron przeskakuje z orbity wyższej n na orbitę niższą k, to emituje przy tym kwant promieniowania o energii hּf = En– Ekgdzie: En, Ek – energia elektronu na orbicie n i k, f – częstotliwość emitowanego promieniowania.

17. Mikroskop i jego budowa • W konstrukcji mikroskopu są połączone dwa układy: optyczny i mechaniczny. Układ optyczny składa się z dwóch splecionych ze sobą części oświetleniowej i powiększającej. Jeden służy do optymalnego oświetlenie obserwowanego obiektu. Drugi do dwustopniowego powiększenia jego obrazu. Układ mechaniczny ma zapewniać właściwe położenie poszczególnych elementów układu optycznego. W konstrukcji mikroskopu kluczowa jest stabilność i precyzja układu mechanicznego oraz wzajemna równoległość i współśrodkowość składowych układu optycznego. W lepszych mikroskopach badawczych znajdują się wszelkie regulacje temu służące oraz możliwość rozbudowy o elementy realizujące różne sposoby oświetlenia, obserwacji, rejestracji obrazu. W uproszczonych "studenckich" mikroskopach lub przeznaczonych do rutynowych badań laboratoryjnych, rezygnuje się z niektórych elementów celem uzyskania tańszych w produkcji rozwiązań.

19. Zastosowania W biologii: - Umożliwiają zbadanie i poznanie wielu organizmów - Pozwalają na wniknięcie do komórki i poznanie licznych jej funkcji. - Umożliwiły dokładne badanie najmniejszych organizmów, jakimi są bakterie i wirusy. W technice: - Umożliwiają badanie struktury krystalicznej i jej defektów. A także: w innych gałęziach przemysłu nowoczesnego, archeologii, badaniach historycznych, laboratoriach fizycznych i chemicznych, kryminalistyce.

20. Ostatnio skaningowe mikroskopy tunelowe są wykorzystywane przez naukowców do tworzenia pewnych struktur z pojedynczych atomów. Na przykład przestawiając atomy utworzono napis IBM, w którym wysokość liter wynosiła zaledwie pięć atomów. Na razie wygląda to jak zabawa. Jednak manipulowanie pojedynczymi atomami można uznać za narodziny nanoinżynierii, potężnej dziedziny nauki, dzięki której w przyszłości będzie można tworzyć nowe, niemożliwe dziś do otrzymania materiały, nowe leki, nowe miniaturowe komponenty elektroniczne, związki chemiczne, a może nawet malutkie roboty składające się z pojedynczych atomów. Możliwości, które dają mikroskopy elektronowe, są bardzo trudne do przecenienia. Dzisiaj przy pomocy urządzenia tego typu udaje się uzyskać obraz powiększony nawet 1 000 000 razy. Natomiast mikroskopy optyczne nie umożliwiały dokładnego zobaczenia obiektów o rozmiarach mniejszych niż kilka dziesiątych części mikrometra. Ograniczenie to przez długi czas uniemożliwiało obserwacje bardzo małych obiektów. Było tak aż do lat 30-stych XX wieku, kiedy to skonstruowano pierwszy mikroskop elektronowy dokonali tego w 1931 roku Ernst Ruska razem z Maksem Knollem w Berlinie.

21. Właściwości gazów, cieczy i ciał stałych

22. Właściwości gazów: • Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania daleko zasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.

23. Gazy: • Przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. • Łatwo zmieniają objętość, tzn. są ściśliwe i rozprężliwe. • Samorzutnie wypełniają całą dostępną im przestrzeń.

24. Gazy są złymi przewodnikami ciepła i prądu elektrycznego. • Wywierają nacisk na ciała, które się w nich znajdują. • Przy podwyższaniu temperatury gazów, wzrasta ich objętość, ponieważ odległości między cząsteczkami zwiększają się. • Cały czas się przemieszczają i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. • Niektóre z nich są łatwopalne.

25. cieczE I ICH WŁAŚCIWOŚCI: • Ciecz – stan skupienia materii – pośredni między ciałem stałym a gazem, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, a łatwo zmienia kształt. Wskutek tego ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je całe.

26. Ciecze zmieniają swój kształt w zależności od kształtu naczynia, w którym się znajdują. Łatwo więc zmienić ich kształt. • Trudno jest zmienić ich objętość, ponieważ są mało ściśliwe. • Ciecze tworzą samorzutnie swoją górną powierzchnię, która nazywa się powierzchnią swobodną. Powierzchnia swobodna cieczy tworzy zawsze płaszczyznę poziomą.

27. Ciecze są najczęściej złymi przewodnikami ciepła. • Niektóre ciecze przewodzą prą elektryczny. Nazywa się je elektrolitami. Są nimi między innymi wodne roztwory kwasów (np. octu) lub soli (np. soli kuchennej). • Ciecze, które nie przewodzą prądu elektrycznego – nieelektrolity – to np. woda destylowana, olej, denaturat, nafta, roztwór cukru. • Ciecze, podobnie jak ciała stałe, charakteryzują się dużą rozszerzalnością temperaturową. Ciecze, pod wpływem temperatury zmieniają swoją objętość. Zjawisko to znalazło zastosowanie w produkcji termometrów.

28. Właściwości ciał stałych: • Ciało stałe – rodzaj fazy skondensowanej, każda substancja, która nie jest płynna, czyli zachowuje kształt i jest nieściśliwa. Ciało stałe jest pojęciem mało precyzyjnym i mogą w nim występować w rzeczywistości różne stany skupienia materii zwane bardziej precyzyjnie fazami fizycznymi.

29. Ciała stałe charakteryzują się: • - twardością • - kruchością • - sprężystością • -plastycznością • Wszystkie ciała stałe mają określony kształt. Ale nie wszystkie zachowują się jednakowo, gdy ten kształt chcemy zmienić. Wiele ciał nie zmienia swojego kształtu, mimo wywieranego na nie nacisku. Tę cechę nazywamy twardością. Twardość ciał stałych jest pojęciem względnym. Najczęściej porównuje się twardość materiału względem drugiego, np. poprzez zarysowanie powierzchni danego ciała przedmiotem wykonanym z innego materiału.

30. Twardość ciał stałych określa się według 10-stopniowej skali nazwanej skalą Friedricha Mosha. W skali tej np.: • numer 1 - talk - jest bardzo miękki • numer 2 - gips • numer 3 - kalcyt • numer 6 - skaleń • numer 7 - kwarc • numer 10 - diament

31. HEL E P N N P E

32. H2O – CZĄSTECZKA WODY WODÓR WODÓR TLEN

33. baDANIE GĘSTOŚCI SUBSTANCJI

35. Dzieje Ziemi • Historia Ziemi obejmuje okres około 4,6 miliarda lat, od uformowania się planety z mgławicy słonecznej do czasów współczesnych. Niniejszy artykuł przedstawia zarys jej historii i podsumowuje wiodące teorie naukowe. Aby ułatwić czytelnikowi umiejscowienie opisywanych zdarzeń na osi czasu, w artykule posłużono się analogią, odwzorowując dzieje naszej planety na 24-godzinną dobę. Godzinie 00:00 w tym modelu odpowiada moment powstania Ziemi 4,567 miliarda lat temu, natomiast godzinie 24:00 odpowiadają czasy nam współczesne. Oznacza to, że każdej sekundzie umownego "życia" Ziemi w naszym modelu odpowiada 53 000 lat czasu rzeczywistego. Wielki Wybuch, podczas którego powstał Wszechświat, nastąpił około 13,7 miliarda lat temu, co oznacza, że nastąpił około trzech "dni" temu czyli dwa "dni" przed rozpoczęciem historii Ziemi.

36. Ziemia powstała jako część tworzącego się Układu Słonecznego, który uformował się z wielkiej wirującej chmury gazu, pyłu i skał. Zawarty w mgławicy wodór i hel pochodziły głównie z Wielkiego Wybuchu. Cięższe pierwiastki aż do węgla mogły powstać w wyniku syntezy termojądrowej w gwiazdach, a pierwiastki o większych liczbach atomowych powstały podczas wybuchów supernowych. Oznacza to, że przynajmniej część materii obecnego Układu Słonecznego pochodzi z wcześniejszych gwiazd, w tym i z supernowych.

39. Superkontynent • Superkontynent – wielka masa lądu, w skład której wchodził więcej niż jeden współczesny kontynent (płyta kontynentalna). Ponieważ sama definicja kontynentu jest umowna i sporna, podobnie jest z definicją superkontynentu. Zazwyczaj używa się ją w odniesieniu do dawnych okresów geologicznych, kiedy to współczesne kontynenty tworzyły większe całości. Niektóre superkontynenty obejmowały nieomal wszystkie obszary lądowe ówczesnego globu ziemskiego, inne skupiały mniejsze części (ale zawsze były one zlepkiem współczesnych kontynentów lub ich znacznych części). Powstawanie superkontynentów w historii Ziemi wynika z ruchów jakim podlegają masy lądu zgodnie z teorią tektoniki płyt. Terminu tego używa się także do określenia współczesnych obszarów, które tworzy kilka kontynentów, np. Eurazja, Eurafrazja czy Ameryka. W innych ujęciach te same obszary nazywane są po prostu kontynentami, a ich mniejsze części składowe - subkontynentami lub częściami świata.

40. Przykłady superkontynentów • Laurazja (~300 – ~60 milionów lat temu) – prehistoryczny superkontynent wchodzący w skład Pangei. • Laurazja powstała w późnym karbonie w wyniku kolizji Laurosji z Syberią a następnie z Kazachstanią i Chinami. Laurazja otoczona była od zachodu i północy przez ocean Panthalassa, a od południowego wschodu – przez Paleotetydę. Laurazja zaczęła rozpadać się we wczesnej jurze, w wyniku pojawienia się północnej części ryftu atlantyckiego. Ostateczne oddzielenie się Laurazji na Amerykę Północną i Eurację nastąpiło w końcu kredy.

41. Gondwana (~600 – ~30 milionów lat temu; wchodziła w skład Pangei) – południowy superkontynent, istniejący w paleozoiku i na początku mezozoiku oraz ponownie pod koniec mezozoiku i na początku kenozoiku. Jego nazwa pochodzi od północnego regionu Indii, a termin ten wprowadził jako pierwszy Eduard Suess, który stwierdził m.in. zaskakujące podobieństwo wymarłej flory glossopterysowej na obu wybrzeżach południowego Atlantyku.

42. Pannocja (~600 – ~540 milionów lat temu) – hipotetyczny superkontynent istniejący w neoproterozoiku (utworzony około 600 mln lat temu, który uległ rozpadowi po zaledwie 60 mln lat).

43. Rodinia (~1100 – ~750 milionów lat temu) – jeden z najstarszych znanych superkontynentów w geologicznej historii Ziemi. • Rodina uformowała się pod koniec mezoproterozoiku, około 1,2 - 1,1 mld lat temu. Nie są znane jej dokładne rozmiary i położenie, ale uważa się, że w skład Rodinii wchodziły wszystkie istniejące wówczas masy lądowe. • Kenorland (~2,7 – ~2,1 mld lat temu) był jednym z najwcześniejszych superkontynentów na Ziemi. Utworzył się on w erze neoarchicznej(ok. 2,7 miliarda lat temu) na skutek zderzenia neoarchaicznych kratonów i utworzenia nowej skorupykontynentalnej w masywnych erupcjach wulkanicznych. Kenorland rozpadł się ok. 2,5 mld lat temu. • Kenorland składał się z Laurencji (kratonu będącego główną częścią dzisiejszej Ameryki Północnej i Grenlandii), Bałtyki(dzisiejsza Skandynawia i Bałtyk), zachodniej Australii i Kalahari.

44. Walbara (ok. 3,6 mld lat temu - prawdopodobnie pierwszy superkontynent w historii Ziemi. • Walbara powstała w środkowym archaiku(3,6 - 3,3 mld lat temu), a rozpadła na początku proterozoiku(2,7 - 2,1 mld lat temu). Składała się z dwóch prastarych fragmentów skorupy ziemskiej: kratonów Pilbara (zachodnia Australia) i Kaapvaal (południowa Afryka). • Nazwa tego kontynentu jest portmanteau nazw jego części składowych.

45. Budowa i składniki Ziemi

46. Budowa Ziemi

47. Budowa skorupy ziemskiej • Skorupa ziemska to najbardziej zewnętrzna część kuli ziemskiej. Jej grubość jest zróżnicowana: Pod dnem oceanu wynosi zaledwie 7-10 km (jest to tzw. skorupa oceaniczna), a na obszarach kontynentalnych sięga 30-80 km (jest to tzw. skorupa kontynentalna). Skorupę ziemską od płaszcza oddziela powierzchnia nieciągłości Moho. Skorupa ziemska zbudowana z ciał stałych: minerałów, których skupiska tworzą skały. Tylko w niektórych miejscach występują ogniska magmowe, czyli lokalne nagromadzenie płynnej masy skalnej. W skorupie ziemskiej występują wszystkie znane naturalne pierwiastki, ale jej charakterystyczną cechą jest znaczny udział 8 pierwiastków. Tlen, krzem, glin, żelazo, sód, potas, wapń, magnez stanowią łącznie około 98% jej masy.

48. Skorupa Ziemska Skorupa ziemska: • Ocean. • Dno basenu. • Ryft. • Grzbiet Śródoceaniczny. • Rów oceaniczny. • Szelf. • Stok kontynentalny. • Skorupa oceaniczna. • Skorupa kontynentalna. • Nieciągłość Mohorovicicia. • Warstwa skał osadowych. • Warstwa bazaltowa. • Warstwa granitowa. • Płaszcz ziemski. • Kierunek wsuwania się płyty oceanicznej pod kontynentalną. • Linia, wzdłuż której następuje wzajemne przemieszczanie się płyt.

49. Płaszcz ziemski. Płaszcz to warstwa Ziemi grubości ok. 2900 kilometrów, leżąca pomiędzy skorupą a jądrem. W skład płaszcza wchodzi ok. 70% objętości skał ziemskich. Ze względu na swoją dominującą pozycję w bilansie masy Ziemi płaszcz spełnia kluczową rolę w procesach uwalniania się energii z wnętrza Ziemi, jest m.in. silnie sprzężony z procesami tektoniki płyt. • Jądro. Ciężar właściwy Ziemi wynosi 5515 kg/m3, czyniąc ją najgęstszą planetą w Układzie Słonecznym. Ciężar właściwy przy powierzchni wynosi tylko ok. 3000 kg/m3. Jądro składa się z bardziej gęstych substancji. W dawniejszych epokach, ok. 4,5 mld (4,5×109) lat temu, podczas formowania się planety, Ziemia stanowiła półpłynną stopioną masę. Cięższe substancje opadały w kierunku środka, podczas gdy lżejsze materiały odpływały ku powierzchni. W efekcie jądro składa się głównie z żelaza (80%), niklu i krzemu. Inne cięższe pierwiastki, jak ołów i uran, występują zbyt rzadko, żeby przewidzieć ich dokładne rozmieszczenie oraz mają tendencję do tworzenia wiązań z lżejszymi pierwiastkami, zatem pozostają w płaszczu.

50. Jądro zewnętrzne i wewnętrzne. Jądro podzielone jest zasadniczo na dwie części, stałe jądro wewnętrzne o promieniu ok. 1250 km i płynne jądro zewnętrzne wokół niego sięgające promienia ok. 3500 km. Przyjmuje się, że wewnętrzne jądro jest w stanie stałym i składa się głównie z żelaza z domieszką niklu. Niektórzy uważają, że jądro wewnętrzne może tworzyć żelazny monokryształ. Jądro wewnętrzne jest otoczone przez jądro zewnętrzne i składa się przypuszczalnie z ciekłego żelaza zmieszanego z ciekłym niklem i śladowymi ilościami pierwiastków lekkich. Ogólnie uważa się, że konwekcja jądra zewnętrznego połączona z ruchem rotacyjnym Ziemi (zob.: Siła Coriolisa), wytwarza ziemskie pole magnetyczne przez proces znany jako efekt dynama. Stałe jądro wewnętrzne jest zbyt gorące aby utrzymać stałe pole magnetyczne (zob. Temperatura Curie) ale prawdopodobnie działa stabilizująco na pole magnetyczne wytwarzane przez ciekłe jądro zewnętrzne.