Transcript Historia budowy atomu

Historia budowy atomu
Historia chemii sięga wstecz
do zamierzchłych czasów.
Możemy ją podzielić na
cztery okresy: czarną
magię (od pradziejów do
narodzin Chrystusa),
alchemię (do połowy
XVII wieku), chemię
tradycyjną (do połowy
XIX wieku), i
współczesną chemię
nowoczesną."
Historia
Dalej
Historia atomu
Henri Becquerel. Przypadkowo umieścił próbki soli uranu na kliszy fotograficznej, przygotowanej do badań nad związkami
pomiędzy promieniami X a luminescencją wykazywaną przez sole uranu po naświetleniu ich promieniami słonecznymi. Zauważył,
że kawałek rudy uranowej położony na opakowanej w papier kliszy fotograficznej powoduje jej zaczernienie bez naświetlania
światłem dziennym. Odkrycie Becquerela w 1896 roku zapoczątkowało rozwój nowej dziedziny fizyki - nauki o
promieniotwórczości. Wkrótce Maria Skłodowska-Curie zainteresowała się zjawiskiem promieniotwórczości i rozpoczęła badania
nad aktywnością promieniowania rozmaitych substancji. Interesowały ją minerały występujące w przyrodzie, a szczególnie rudy
uranu. Wraz z mężem Piotrem Curie wyodrębnili z rud uranu dwa nowe pierwiastki polon i rad i ogłosili ich istnienie w 1898 r.
Tak rozpoczął się nowy rozdział w dziejach fizyki. Odkrycie promieniotwórczości przyspieszyło badania struktury atomu. Po
odkryciu zjawiska promieniotwórczości w 1897 roku Joseph John Thomson stwierdził, że atom nie jest kresem podzielności
materii i wykrył jedną z jego części składowych - elektron. Jednocześnie Thomson przedstawił swoją wizję budowy atomu jako
dodatnio naładowanej kuli z poruszającymi się w niej elektronami. Model ten został nazwany "Ciastem z rodzynkami". Dzięki
Jego pracom poznano własności elektronu. Bardzo szybko uczeni przekonali się, że to nie koniec zmagań z atomem. W 1911 roku
Rutherford rozwikłał zagadkę, jaką było słynne doświadczenie przeprowadzone przez Geigera i Marsdena. Rozpraszali oni cząstki
alfa na bardzo cienkiej foli ze złota. Prawie wszystkie cząstki przechodziły przez folię, ale około jedna na dziesięć tysięcy była
odbijana do tyłu. Było to tym dziwniejsze, że cząstki alfa są kilka tysięcy razy cięższe niż elektrony. W swoich rozważaniach
przyjmowali błędny model budowy atomu według Thomsona, dlatego wyniki doświadczenia były dla Geigera i Marsdena
nieoczekiwane. Rutherford rozważył wszechstronnie rezultaty doświadczeń i zaproponował nowy model budowy atomu. Według
niego cały dodatni ładunek i prawie cała masa atomu o średnicy rzędu 10- 10 m są skupione w małym jądrze o średnicy 10-14 m
znajdującym się w środku. Ponadto twierdził, że elektrony krążą wokół jądra po orbitach . Pozostawał jeszcze mały problem do
rozwikłania. Krążące elektrony powinny wypromieniowywać energię, co mogło doprowadzić po pewnym czasie do jej utraty i
opadnięcia na jądro. Już w 1900 roku Max Planck odrzucił przekonanie ,że energia wysyłana jest w sposób ciągły i wprowadził
pojęcie kwantu energii. Była to niezwykła i bardzo śmiała teoria. Planetarny model Rutherforda Bohr uzupełnił pewnymi
postulatatami: elektrony w atomach mogą mieć tylko pewne ściśle określone wartości energii, nie mogą też wypromieniowywać
energii w sposób ciągły. Emitują lub pochłaniają energię w postaci kwantu jedynie podczas przeskoku z jednego stanu
energetycznego do drugiego. Na podstawie obu modeli ustalono,że podstawowymi składnikami jądra atomowego są protony.
Dodatni ładunek protonów jest zobojętniany przez elektrony. Ciągle jednak zastanawiano się, jak to się dzieje, że obok siebie mogą
isnieć w jądrze protony o dodatnim ładunku, nie odpychając się elektrostatycznie. Przewidywano istnienie innych cząstek, ale
dopiero w 1932 roku istnienie tych dodatkowych cząstek (neutronów) eksperymentalnie potwierdził angielski fizyk, James
Chadwick. Nadeszła era energetyki jądrowej
wstecz
ROZWÓJ POGLĄDÓW NA TEMAT
BUDOWY ATOMU
• Teoria atomistyczna Demokryta
•
•
•
•
Teoria atomistyczna Daltona 1805r.
Model Thompsona 1906r.
Model Rutherforda 1911r
Model Bohra 1913r.
• Model kwantowo - mechaniczny
• Budowa atomu podstawowe pojęcia
Znane postacie
Galeria
wstecz
koniec
1
18
1
H
2
Li Be
3
Na Mg
4
He
1
O
F Ne
2
S
Cl Ar
3
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
4
2
3
4
K Ca Sc Ti
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
B
C
N
Al Si
P
5
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
6
Cs Ba La
Hf Ta W Re Os Ir
7
Fr Ra Ac
Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub
17
Xe
5
Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn
6
113
Uuq
115
116
I
117
118
Lantanowce
Metale
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Półmetale
Aktynowce
Niemetale
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Niemetale
Gazy szlachetne
7
wstecz
Dalej
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
wstecz
Dalej
Zdjęcie
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz
Dalej
wstecz
wstecz
Dalej
wstecz Dalej
Do początku
wstecz Dalej Zdjęcie
wstecz
Dalej
początek wstecz
wstecz
Budowa atomu
Pojęcia podstawowe
Cząsteczka - najmniejsza część substancji złożonej zachowująca jej cechy składa się z Przykłady
atomów połączonych wiązaniami atomowymi.
cząsteczek
Atom - najmniejsza część substancji prostej zachowująca właściwości tej substancji.
Jądro atomowe, składające się z protonów i neutronów (nazywanych razem nukleonami),
otacza je chmura elektronowa (gaz elektronowy). W jądrze działają siły oddziaływań
wewnątrzjądrowych, są one silniejsze i o mniejszym zasięgu niż siły wzajemnego
odpychania dodatnich protonów.
Proton posiada dodatni (równy co do wartości elementarnemu) ładunek elektryczny oraz
masę wynoszącą 1,007 u
Neutron nie posiada ładunku elektrycznego, jego masa wynosi 1,009u, może rozpadać się
na proton elektron i neutrino.
Elektron posiada ujemny elementarny ładunek elektryczny oraz masę wynoszącą 1/1840u,
istotny niekiedy jest fakt iż ma dwie natury cząstkową i falową
Pierwiastki i atomy
Pierwiastki i atomy
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Liczba masowa (suma protonów i neutronów) jest cechą charakterystyczną
izotopu i podawana jest przy symbolu pierwiastka na górze po prawej stronie.
liczba atomowa, zwana też liczbą porządkową (liczba protonów) jest cechą
charakterystyczną pierwiastka, podawana jest po prawej stronie symbolu na
dole.
Nuklid - podzbiór zbioru atomów
Izotop - co najmniej dwie odmiany jednego pierwiastka (różniące się liczbą
masową)
Izobary - odmiany różnych pierwiastków o tej samej liczbie masowej a
różnych liczbach atomowych (porządkowych)
Izotony - jądra o takiej samej liczbie neutronów a innej liczbie protonów
Odmiany alotropowe - różne substancje z tych samych atomów
mat - masa atomowa [u - atomowa jednostka masy] - podaje się ją
uwzględniając procentowy udział każdego izotopu - średnia ważona
Masa atomu[g] u = 1,66 · 10-24
Wstecz
Układ okresowy
pierwiastków
Układ okresowy pierwiastków
Numer okresu (poziomo) - informuje nas o liczbie powłok elektronowych
Numer grupy (pionowo) - informuje nas o liczbie elektronów walencyjnych (stary - rzymski). W przypadku
grup głównych znajdują się one w ostatniej powłoce. W przypadku grup pobocznych (pierwiastki
przejściowe) elektrony walencyjne znajdują się w dwóch ostatnich powłokach. Elektrony dochodzące do
atomu wraz z wzrostem liczby atomowej lokowane są gdzieś w którejś z tych powłok.
Wszystkie gazy szlachetne (oprócz He) mają w ostatniej - walencyjnej powłoce 8 elektronów - są w oktecie;
mają stan najniższej energii wewnętrznej. Inne pierwiastki dążą do upodobnienia swojej konfiguracji do
pobliskiego gazu szlachetnego mogą to zrobić na dwa sposoby - oddać (robią to pierwiastki metaliczne) bądź
pobrać (robią to pierwiastki niemetaliczne) elektrony.
Elektroujemność - siła z jaką pierwiastek przyciąga własne i cudze elektrony walencyjne, wyrażana w skali
liczbowej (np. skali Paulinga 0,7 - 4,0). Ona decyduje o tym, który pierwiastek pobiera a który oddaje
elektrony i z jakim oporem to robi. Największa jest przy niskiej powłoce i dużej liczbie elektronów
walencyjnych (a więc także przyciągających protonów)
Powiększ
Wstecz
Demokryt
Całe swoje życie podporządkował zdobyciu
wiedzy. Wiele podróżował. Zwiedził
Egipt,
Babilonię, Persję, Indie czyli cały
ówczesny
cywilizowany świat.
Efektem tych podróży,
nauk
pobieranych od mędrców w różnych
krajach i własnej pracy badawczej powstał
system obejmujący całokształt ówczesnej
wiedzy.Demokryt był twórcą atomizmu.
Wszystko jest zbudowane z
atomów, które
są wieczne, niepodzielne i
niezmienne.
Ludzie również są
atomami. Różnorodność
rzeczy powstaje
z różnych układów atomów. Rzeczy giną, bo choć same atomy są
wieczne, ale ich układy ulegają rozpadowi. "Jedne światy rosną, inne
znajdują się w stanie rozkwitu, jeszcze inne ulegają zagładzie." Poza
atomami i próżnią nie ma w zasadzie nic stałego
wstecz
Teoria atomistyczna Demokryta
W V w. P.n.e. starożytny filozof przyrody
Demokryt po raz pierwszy w historii nauki
przyjął atomistyczną strukturę materii.
Demokryt głosił, że materia składa się z bardzo
małych kulek – atomów, a różnorodność
otaczającej nas materii ma swoje źródło w
różnorodności kształtu, liczby i porządku
ułożenia atomów. Materialistyczna filozofia
Demokryta, będąca tylko spekulatywną teorią,
wobec niemożności poparcia jej dowodami
eksperymentalnymi nie miała większego wpływu
na dalszy rozwój poglądów na budowę materii.
wstecz
Biografia
Teoria atomistyczna Daltona 1805 r.
.....:: Atom ma kształt kulisty i jest niepodzielny ::.....
•
•
•
•
•
Podstawowe założenia teorii Daltona:
Materia złożona jest z niewidzialnych atomów
Wszystkie atomy jednego pierwiastka mają identyczną masę i
inne 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.
wstecz
Biografia
wstecz
Galeria
Dalton John
Dalton John";"(1766 – 1844) angielski
fizyk i chemik, twórca nowoczesnej teorii
atomistycznej. Wyjaśnił na gruncie tej
teorii prawo stałości składu. Sformułował
prawo stosunków wielokrotnych i prawo
ciśnień cząstkowych. Zajmował się
również badaniami rozszerzalności gazów
i zależnościami pomiędzy ciepłem a
energią i stałością składu związków
chemicznych. Opisał wadę wzroku,
polegającą na nierozróżnianiu kolorów
czerwonego oraz zielonego i
przyjmowaniu ich za kolor szary.
Chorobie tej (ślepocie barw) nadano
następnie nazwę daltonizmu.
wstecz
wstecz
Znane sylwetki
Curie
Einstein Albert Skłodowska
Maria
Boyle Robert
Faraday Michał Ostwald Wilhelm
Proust Joseph
Avogadro
Mendelejew Dmitrij
William Thomson
• Kelvin lord of Largs, właściwie William Thomson (1824-1907),
urodzony w Belfaście wybitny fizyk i wynalazca brytyjski, profesor
uniwersytetu w Glasgow, członek Royal Society, uhonorowany
tytułem lorda (1892), autor prac z dziedziny termodynamiki.
• Zajmował się szczególnie metodami otrzymywania niskich
temperatur i skraplania gazów (Joule'a-Thomsona zjawisko,
Kelvina równanie), sformułował zasadę zachowania energii
i (niezależnie od E. Clausiusa) II zasadę termodynamiki,
zaproponował skalę bezwzględną temperatury (Kelvina skala
temperatury).
• Zajmował się też drganiami elektrycznymi, szczególnie w związku
z samoindukcją, oraz zjawiskami promieniotwórczymi, np.
promieniowaniem kanalikowym.
wstecz
Bohr Niels Henrik
Bohr Niels Henrik David (1885-1962), fizyk duński,
jeden z najwybitniejszych fizyków XX wieku, uczeń J.J.
Thomsona i E. Rutherforda. Od 1916 prof. uniwersytetu
w Kopenhadze, założyciel i pierwszy dyrektor (1920-62)
Instytutu Fizyki Teoretycznej w Kopenhadze (obecnie jego
imienia). Jeden z twórców mechaniki kwantowej, 1913
opracował pierwszy kwantowy, uproszczony model
budowy atomu (Bohra model atomu). Za badania nad
strukturą atomu i mechanizmem promieniowania światła
otrzymał 1922 Nagrodę Nobla. Był założycielem
i centralną postacią tzw. szkoły kopenhaskiej mechaniki
kwantowej oraz interpretacji filozoficznej teorii kwantów (gł.
oponentem tej szkoły był A. Einstein). Bohr przedstawił
obronę swoich racji w pracy Atomic Physics and Human Nature
(1958). Od 1940 brał udział w duńskim ruchu oporu przeciw faszystowskiej okupacji. W.
Heinsenberg, kierujący niemieckimi pracami nad produkcją bomby atomowej, próbował
nakłonić Bohra do wzięcia w nich udziału. 1943 w obawie przed aresztowaniem Bohr
przedostał się wraz z rodziną z okupowanej Danii przez Szwecję do Anglii, skąd był
delegowany do USA (jako członek angielskiej grupy) do wzięcia udziału w Manhattan Project
.
wstecz
Model Thompsona
1906r.
• Atom jest kulą
wypełnioną
równomiernie w całej
objętości rozłożonym
ładunkiem dodatnim,
zobojętnionym przez
nieruchome elektrony
rozmieszczone w
oznaczonych punktach
atomu
wstecz
Biografia
Model Rutherforda
1911r
Planetarny model atomu - w centralnej części atomu
znajduje się dodatnio naładowane jądro, w którym
skoncentrowana jest praktycznie cała masa atomu; wokół
jądra po odpowiednich krążą elektrony
wstecz
Biografia
Rutherford Ernest
•
•
•
•
Rutherford Ernest sir, baron Rutherford of Nelson (1871-1937), brytyjski fizyk
urodzony w Nowej Zelandii, prezydent British Association for Advancement of
Science oraz członek Royal Society (od 1922). Od 1925 członek PAU.
Działalność badawczą prowadził kolejno w McGill University w Montrealu (18971907), Victoria University w Manchesterze (1907-1919) oraz w Cambridge
University i w Cavendish Laboratory (od 1919). Rozróżnił promieniowanie α i β
i wykazał, że promieniowanie α tworzone jest przez jony helu oraz (wspólnie z H.
Geigerem) skonstruował licznik do pomiaru tego promieniowania.
Odkrył emanację toru (pierwszy znany przypadek przemiany jednego pierwiastka
w drugi). Przeprowadził pierwszą sztuczną reakcję jądrową i zidentyfikował
protony. Badał rozpraszanie cząstek naładowanych, jonizujące działanie
promieniowania X, radioaktywność uranu i toru.
Opracował planetarny model atomu oraz (wspólnie z F. Soddym) teorię rozpadu
promieniotwórczego. Podczas I wojny światowej pracował nad sposobami
wykrywania okrętów podwodnych. Nagroda Nobla w 1908 w dziedzinie chemii.
wstecz
Model Bohra 1913r.
Bazujący na doświadczeniach
Rutherforda - opisuje teorię orbit
stacjonarnych: dookoła jądra dodatnio
naładowanego jądra krążą ujemne
elektrony, poruszające się po ściśle
określonych, kołowych torach (tzw.
orbitach), różniących się wielkością
promieni: elektron w takim stanie nie
pobiera i nie emituje energii.
wstecz
Biografia
Model kwantowo - mechaniczny
Model ten oparty jest o koncepcję
Bohra – przypisuje elektronowi w
atomie charakter korpuskularnofalowy, wg teorii teorii kwantowej
stan elektronu w atomie opisuje się
za pomocą funkcji falowej /psi/
zwanej orbitalem atomowym
wstecz
Przygotowali
• Puc Damian
• Novak Piotrek