STRUKTURA MATERII
Wszystkie substancje składają się z pojedynczych drobnych cząstek: cząsteczek i atomów.
Za twórcę idei dyskretnej struktury materii (czyli składającej się z pojedynczych cząstek) uważa się starożytny grecki filozof Demokryt, który żył około 470 r. p.n.e nowa era. Demokryt wierzył, że wszystkie ciała składają się z niezliczonej liczby ultramałych, niewidocznych dla oka, niepodzielnych cząstek. „Są nieskończenie różnorodne, mają wgłębienia i wypukłości, z którymi się splatają, tworząc wszystkie ciała materialne, ale w naturze są tylko atomy i pustka.
Domysły Demokryta zostały na długo zapomniane. Jednak jego poglądy na temat budowy materii dotarły do nas za sprawą rzymskiego poety Lukrecjusza Caru: „...wszystko, jak zauważamy, staje się mniejsze i wydaje się, że w ciągu długiego stulecia topnieją... ”
Atomy.
Atomy są bardzo małe. Nie można ich zobaczyć nie tylko gołym okiem, ale także przy pomocy nawet najpotężniejszego mikroskopu optycznego.
Ludzkie oko nie jest w stanie rozróżnić atomów i przestrzeni między nimi, dlatego każda substancja wydaje nam się stała.
W 1951 roku Erwin Müller wynalazł mikroskop jonowy, który umożliwił szczegółowe obejrzenie struktury atomowej metalu.
Atomy różne pierwiastki chemiczne różnią się od siebie. Różnice między atomami pierwiastków można określić na podstawie układu okresowego.
Cząsteczki.
Cząsteczka jest najmniejsza cząsteczka substancja posiadająca właściwości tej substancji. Zatem cząsteczka cukru jest słodka, a cząsteczka soli jest słona.
Cząsteczki składają się z atomów.
Rozmiary cząsteczek są znikome.
Jak zobaczyć cząsteczkę? - przy użyciu mikroskopu elektronowego.
Jak wyodrębnić cząsteczkę z substancji? - mechaniczne kruszenie substancji. Każda substancja ma określony typ cząsteczki. W przypadku różnych substancji cząsteczki mogą składać się z jednego atomu (gazy obojętne) lub kilku identycznych lub różnych atomów, a nawet setek tysięcy atomów (polimery). Cząsteczki różne substancje może mieć kształt trójkąta, piramidy i innych geometryczne kształty, a także być liniowe.
Cząsteczki tej samej substancji są identyczne we wszystkich stanach skupienia.
W substancji występują przerwy pomiędzy cząsteczkami. Dowodem istnienia luk jest zmiana objętości substancji, tj. rozszerzanie się i kurczenie materii pod wpływem zmian temperatury
Praca domowa.
Ćwiczenia. Odpowiedz na pytania:
№ 1.
1. Z czego składają się substancje?
2. Jakie doświadczenia potwierdzają, że substancje składają się z drobnych cząstek?
3. Jak zmienia się objętość ciała, gdy zmienia się odległość między cząstkami?
4. Jakie doświadczenie pokazuje, że cząstki materii są bardzo małe?
5. Co to jest cząsteczka?
6. Co wiesz o rozmiarach cząsteczek?
7. Z jakich cząstek składa się cząsteczka wody?
8. Jak schematycznie przedstawiono cząsteczkę wody?
№ 2.
1. Czy skład cząsteczek wody w gorącej herbacie i w schłodzonej coli jest taki sam?
2. Dlaczego podeszwy butów się zużywają, a łokcie kurtek robią dziury?
3. Jak wytłumaczyć wysychanie lakieru do paznokci?
4. Przechodzisz obok piekarni. Rozchodzi się od niego pyszny zapach. świeży chleb…. Jak to się mogło stać?
Eksperyment Roberta Rayleigha.
Wielkości cząsteczek określono w wielu eksperymentach. Jedno z nich przeprowadził angielski naukowiec Robert Rayleigh.
Do czystego, szerokiego naczynia wlano wodę i na jego powierzchnię umieszczono kroplę. oliwa z oliwek. Kropla rozprzestrzeniła się na powierzchni wody i utworzyła okrągły film. Stopniowo powierzchnia folii zwiększała się, ale potem rozprzestrzenianie się ustało i powierzchnia przestała się zmieniać. Rayleigh założył, że cząsteczki są ułożone w jednym rzędzie, tj. Grubość filmu stała się dokładnie równa wielkości jednej cząsteczki i postanowiłem określić jej grubość. W tym przypadku należy oczywiście wziąć pod uwagę, że objętość filmu jest równa objętości kropli.
Korzystając z danych uzyskanych w eksperymencie Rayleigha, obliczamy grubość filmu i dowiadujemy się, jaki jest wymiar liniowy cząsteczki oleju. Kropla miała objętość 0,0009 cm3, a powierzchnia folii utworzonej z kropli wynosiła 5500 cm2. Stąd grubość folii:
Zadanie eksperymentalne:
Wykonaj eksperyment w domu, aby określić wielkość cząsteczek oleju.
Do eksperymentów wygodnie jest użyć czystego oleju maszynowego. Najpierw określ objętość jednej kropli olejku. Dowiedz się, jak to zrobić samodzielnie, używając pipety i zlewki (możesz użyć zlewki używanej do odmierzania leków).
Do talerza wlać wodę i na jego powierzchnię nałożyć kroplę oleju. Gdy kropla się rozprzestrzeni, zmierz średnicę folii za pomocą linijki, umieszczając ją na krawędziach płytki. Jeśli powierzchnia folii nie ma kształtu koła, to albo poczekaj, aż przyjmie ten kształt, albo wykonaj kilka pomiarów i określ jej średnią średnicę. Następnie oblicz powierzchnię folii i jej grubość.
Jaki numer dostałeś? Ile razy różni się ona od rzeczywistej wielkości cząsteczki oleju?
Na przykład cząsteczka wody jest najmniejszym przedstawicielem substancji takiej jak woda.
Dlaczego nie zauważamy, że substancje składają się z cząsteczek? Odpowiedź jest prosta: cząsteczki są tak małe, że są po prostu niewidoczne dla ludzkiego oka. Więc jaki mają rozmiar?
Eksperyment mający na celu określenie wielkości cząsteczki przeprowadził angielski fizyk Rayleigh. Do czystego naczynia wlano wodę i na jego powierzchnię nałożono kroplę oleju. Olej rozpłynął się po powierzchni wody i utworzył okrągły film. Stopniowo powierzchnia folii zwiększała się, ale potem rozprzestrzenianie się ustało i powierzchnia przestała się zmieniać. Rayleigh zasugerował, że grubość filmu staje się równa wielkości jednej cząsteczki. Na podstawie obliczeń matematycznych ustalono, że wielkość cząsteczki wynosi około 16 * 10 -10 m.
Cząsteczki są tak małe, że w małych objętościach materii znajdują się ich ogromne ilości. Na przykład jedna kropla wody zawiera tyle cząsteczek, ile jest takich kropli w Morzu Czarnym.
Cząsteczek nie można zobaczyć za pomocą mikroskopu optycznego. Można fotografować cząsteczki i atomy za pomocą mikroskopu elektronowego, wynalezionego w latach 30. XX wieku.
Cząsteczki różnych substancji różnią się wielkością i składem, ale cząsteczki tej samej substancji są zawsze takie same. Na przykład cząsteczka wody jest zawsze taka sama: w wodzie, w płatku śniegu i w parze.
Chociaż cząsteczki są bardzo małymi cząsteczkami, można je również podzielić. Cząsteczki tworzące cząsteczki nazywane są atomami. Atomy każdego typu są zwykle oznaczone specjalnymi symbolami. Na przykład atom tlenu to O, atom wodoru to H, a atom węgla to C. W sumie w przyrodzie są 93 różne atomy, a naukowcy stworzyli w swoich laboratoriach około 20 kolejnych. Rosyjski naukowiec Dmitrij Iwanowicz Mendelejew uporządkował wszystkie pierwiastki i umieścił je w układzie okresowym, o czym dowiemy się więcej na lekcjach chemii.
Cząsteczka tlenu składa się z dwóch identycznych atomów tlenu, cząsteczka wody składa się z trzech atomów - dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Same wodór i tlen nie mają właściwości wody. Wręcz przeciwnie, woda staje się wodą dopiero wtedy, gdy utworzy się takie wiązanie.
Rozmiary atomów są bardzo małe. Na przykład, jeśli powiększysz jabłko do rozmiaru glob, wówczas wielkość atomu wzrośnie do wielkości jabłka. W 1951 roku Erwin Müller wynalazł mikroskop jonowy, który umożliwił szczegółowe obejrzenie struktury atomowej metalu.
W naszych czasach, w przeciwieństwie do czasów Demokryta, atom nie jest już uważany za niepodzielny. Na początku XX wieku naukowcom udało się zbadać jego wewnętrzną strukturę.
Okazało się, że atom składa się z jądra i elektronów krążących wokół jądra. Później się okazało rdzeń z kolei składa się z protonów i neutronów.
Zatem eksperymenty w Wielkim Zderzaczu Hadronów – ogromnej konstrukcji zbudowanej pod ziemią na granicy Francji i Szwajcarii, idą pełną parą. Wielki Zderzacz Hadronów to 30-kilometrowa zamknięta rura, w której przyspieszane są hadrony (tzw. proton, neutron lub elektron). Po przyspieszeniu niemal do prędkości światła hadrony zderzają się. Siła uderzenia jest tak duża, że protony zostają „rozbite” na kawałki. Zakłada się, że w ten sposób możliwe jest badanie wewnętrznej struktury hadronów
Wiadomo, że im dalej idzie się w nauce struktura wewnętrzna substancji, tym większe trudności napotyka. Możliwe, że niepodzielna cząstka, którą wyobrażał sobie Demokryt, w ogóle nie istnieje, a cząstki można dzielić w nieskończoność. Badania w tej dziedzinie są jednym z najszybciej rozwijających się tematów współczesnej fizyki.
