Lekcja 4 - Budowa atomu

Budowa atomu

Pierwszej ważnej obserwacji dokonał Sir Joseph John Thomson w 1886 roku, gdy badał wyładowania elektryczne, odkrył istnienie cząsteczki mniejszej od atomu naładowanej ujemnie. Cząsteczkę tą nazwaną elektronem (e_-). 

Następnym krokiem było odkrycie promieniotwórczości niektórych pierwiastków przez Antoine’ a Henriego Becquerela. Stwierdził, że rozpadające pierwiastki rozpadają się samorzutnie, emitując trzy rodzaje promieniowania: α β i γ. Oczywiście inni chemicy i fizycy poszerzali wiedzę na temat budowy materii. Byli nimi między innymi Maria Skłodowska-Curie i jej mąż. 
Rodzaje promieniowania: 
a) promieniowanie &alpha - cząsteczki o dodatnim ładunku (+2) i masie równej 4 u.
b) promieniowanie β - odkryte przez S.J.J.Thomsona elektrony.
c) promieniowanie γ - krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne. Podobne do promieni Roentgena.

Zjawisko samorzutnego rozpadu atomu połączone emisją promieniowania nazywano promieniotwórczością naturalną. Natomiast pierwiastki, których atomy uległy rozpadowi, pierwiastkami promieniotwórczymi. 

Następnym przełomowym odkryciem było doświadczenie i sformułowanie teorii planetarnego modelu atomu przez Ernesta Rutherforda. Doświadczenie polegało na skierowaniu strumienia cząsteczek α na folię ze złota. Jak się okazało większość promieni przeszła przez folię uderzając w ekran, który znajdował się tuż za folią. Na tej podstawie wywnioskował teorię, że atom składa się z jądra i krążących wokół niego elektronów, które podobnie jak planety krążą po orbitach.

Niels H. Bohr, ogłosił w 1913 roku, że elektrony krążą po tzw. orbicie stacjonarnej nie zmieniając swojej energii. Przeskok z orbity stacjonarnej na inną z udziałem pobrania energii lub oddania nazywamy kwantem. Model atomu Bohra zgadza się tylko dla wodoru. 

Kolejny postęp w poznaniu dokładnej budowy atomu przyniosła mechanika kwantowa. Jest to dział fizyki zajmujący się dokładnym opisem budowy każdego atomu.

W 1924 roku Louis Victor de Broglie zmienił poglądy na temat elektronu, który zachowuje się jak fala elektromagnetyczna. 

Ogólna budowa atomu znana nam dzisiaj jest następująca:

Atom zbudowany jest z dodatniego jądra i znajdującej się naokoło ujemnie naładowanej strefy elektronowej.

Elektrony krążące w różnych odległościach od jądra tworzą powłoki elektronowe. Ilość powłok jest zmienna. Jednak ile elektronów znajduje się na danej powłoce jesteśmy w stanie przedstawić.

Elektrony oddalone najbardziej od jądra tworzą elektrony walencyjne. To one biorą udział w tworzeniu wiązań chemicznych. Pozostałe elektrony wraz z jądrem tworzą tzw. rdzeń atomowy. W skład jądra wchodzą także inne cząsteczki materii jednak nie mają one wpływu na ładunek jądra jednak mają wpływ na masę atomy.

W 1932 roku Sir James Chawdick odkrył cząsteczkę elektrycznie obojętną o masie około 1 u. Nazwał ją neutronem.

Proton, neutron oraz elektron to podstawowe cząsteczki materii.

Liczba masowa (A) są to protony i neutrony, czyli nukleony wchodzące w skład jądra atomowego, natomiast Liczba atomowa (Z) jest to liczba protonów w jądrze atomowym

Dla przykładu obliczmy ile protonów, neutronów oraz elektronów zawiera cyna (Sn) oraz chlor (Cl).
a) cyna - masa atomowa 119 i liczba atomowa 50
protonów = 50, elektronów = 50, neutronów 69 (119-50=69)

b) chlor - masa atomowa 35 i liczba atomowa 17
protonów = 17, elektronów = 17, neutronów 18 (35-17=18) 

Atom - układ złożony z jądra i powłok krążących wokół jądra.
Protony - składnik jądra atomowego o masie 1u i ładunku dodatnim elektryczny.
Neutrony - składnik jądra atomowego o masie 1u i nie mającym ładunku elektrycznego.
Elektrony - cząstki poruszające się wokół jądra po powłokach o masie 1/1840u oraz ujemnym ładunku elektrycznym.
Elektrony walencyjne - elektrony umieszczone na ostatniej powłoce danego pierwiastka.
Liczba atomowa (Z) - liczba protonów w jądrze atomowym.
Liczba masowa (A) - liczba protonów i neutronów w jądrze atomowym.

Podsumowanie tematu
1. Podaj trzy rodzaje promieniowania.
2. Ile protonów zawiera atom: helu i magnezu?
3. Podaj różnice między liczbą atomową a liczbą masową.
4. Wymień ile elektronów może znaleźć się na powłoce O i P.

Lekcja 3 - Prawo zachowania masy

Lekcja 5 - Izotopy

Lekcja 5 - Izotopy

Izotopy

Izotopy to nic innego jak odmiany tego samego pierwiastka różniące się liczbą masową. Wywnioskować można, że atomy tego samego pierwiastka mają różne liczby neutronów. 

Izotopy różnią się nieznacznie. Reakcje, którym ulegają izotopy danego pierwiastka są bardzo podobne do reakcji zwykłego pierwiastka. 

Wodór posiada trzy izotopy:
- prot - liczba neutronów = 0.
- deuter - liczba neutronów = 1.
- tryr - liczba neutronów = 2; 

W przyrodzie występuje około 272 izotopy stałe i ponad 2000 izotopów promieniotwórczych (naturalnych i otrzymywanych sztucznie). 

Izotopy naturalne - izotopy występujące w przyrodzie.
Izotopy sztuczne - izotopy otrzymywane przez człowieka na drodze przemian promieniotwórczych.

Zastosowanie
- lecznictwo
- przemysł
- czujniki przeciwpożarowe
- kontrola pracy silników

Izotopy promieniotwórcze różnią się intensywnością i czasem promieniowania, tzw. okresem połowicznego rozpadu.

Podsumowanie tematu
1. Co to jest izotop ?
2. Co różni zwykły pierwiastek od izotopu ?

Lekcja 4 - Budowa atomu

Lekcja 6 - Promieniotwórczość

Lekcja 6 - Promieniotwórczość

Promieniotwórczość

Początki odkryć zjawisk promieniotwórczości, zwane radioaktywnością, sięgają aż po ostatnie lata XIX wieku. 

W 1895 roku Wilhelm Conrad Roentgen odkrył niewidzialne dla ludzkiego oka promienie, które nosiły początkową nazwę „X”. Później nazwane zostały promieniami Roentgena. Są to zagadkowe promienie przenikające przez m.in.: drewno, papier oraz czernią kliszę fotograficzną. Pobudzają też niektóre substancje do fluoryzowania (świecenia). 

Badania nad fluorescencją doprowadziły do zupełnie nowego zjawiska. Dzięki Roentgenowi, Antoine’a Henrigeo Becquerela odkrył, że kawałek uranu przechowywany w ciemnym pomieszczeniu cały czas promieniuje. 

Maria Składowska-Curie wraz z mężem w 1898 roku dokonała jednego z największych odkryć związanych z promieniotwórczością. Odkryli dwa pierwiastki: polon i uran.

Promieniotwórczość polega na samorzutnym rozpadzie inaczej mówiąc rozczepieniu jąder niektórych pierwiastków.

Są dwa rodzaje promieniotwórczości:
- Promieniowanie naturalne czyli pierwiastki promieniotwórcze samoistnie ulegają rozpadowi. 
- Promieniowanie sztuczne nazywamy pierwiastki promieniotwórcze, które wywołane są przez bombardowanie danego jądra, np. neutronami lub protonami. 

Za odkrywcę promieniotwórczości naturalnej uważa się A.H. Becquerela. Natomiast za odkrywcę promieniotwórczości sztucznej małżeństwo Curie. 

Pierwiastki promieniotwórcze dzielą się na dwa rodzaje:
a) pierwiastki rozczepiające się i tworzące nowe pierwiastki wysyłające cząstki α.
b) pierwiastki rozczepiające się i tworzące nowe pierwiastki wysyłające cząstki β.

Okres połowicznego rozpadu – (okres półtrwania) czas, po którego upływie połowa atomów pierwiastka promieniotwórczego ulega rozpadowi.

Skutki odkrycia promieniotwórczości:
a) pozytywne - lecznictwo, walka z nowotworem, elektrownie jądrowe.
b) negatywne - wycieki roztworu szkodliwe dla środowiska, choroby po promieniowania, broń jądrowa.

Podsumowanie tematu
1. Wymień rodzaje promieniotwórczości.
2. Kto uważany jest za odkrycie promieniowania sztucznego ?
3. W jakim wieku powoli odkrywano promieniotwórczość.

Lekcja 5 - Izotopy

Lekcja 7 - Układ okresowy