Zestaw I

1. Zerowa zasada termodynamiki głosi, że: Jeśli układy A i B mogące ze sobą wymieniać ciepło są ze sobą w równowadze termodynamicznej, i to samo jest prawdą dla układów B i C, to układy A i C również są ze sobą w równowadze termodynamicznej. Przez równowagę termodynamiczną rozumiemy stan, który w danych warunkach układ osiąga i już go nie zmienia. Z zerowej zasady wynika istnienie temperatury empirycznej. Istnieje mianowicie taka wielkość fizyczna β, która jest równa dla układów A i B, będących ze sobą w równowadze termodynamicznej. W rzeczywistości takie określenie nie oznacza jeszcze znanej nam temperatury T: β może być dowolną funkcją T. Pierwsza zasada termodynamiki to prosta zasada zachowania energii, czyli ogólna reguła głosząca, że energia w żadnym procesie nie może pojawić się "znikąd". Zmiana energii wewnętrznej układu ΔU = ΔQ − ΔW Istnieją różne sformułowania tej zasady, zależnie od sytuacji: 1. Sformułowanie najbardziej ogólne:
Energia wewnętrzna układu zamkniętego nie zmienia się, niezależnie od przemian zachodzących w tym układzie. 2. Sformułowanie dla procesów cieplno-mechanicznych:
Zmiana energii wewnętrznej układu jest równa sumie pracy wykonanej przez układ bądź nad układem i ciepła dostarczonego lub oddanego przez układ. Pierwsza zasada termodynamiki Doświadczalną podstawą pierwszej zasady jest doświadczenie Joule'a i pokrewne mu, które dowodzą równoważności ciepła i pracy mechanicznej przez pokazanie możliwości całkowitej zamiany pracy na ciepło. Uznanie ciepła jako innego niż praca sposobu zmiany energii prowadzi w naturalny sposób do włączenie ciepła do zasady zachowania energii. Pierwsza zasada termodynamiki jest dokładnie tym prawem [Huang]: Joule, Mayer (1842), Helmholtz (1847): Zmiana energii wewnętrznej układu równa jest dostarczonemu do układu ciepłu i pracy wykonanej nad układem przez siły zewnętrzne:

ΔU = ΔW + δQ

Gdzie: ΔU - zmiana energii wewnętrznej układu ΔQ - ciepło wymienione przez układ z otoczeniem, jeśli układ oddaje ciepło, jego energia wewnętrzna maleje ΔW - praca wykonana przez układ lub nad układem

I zasada termodynamiki pozwala na zdefiniowanie energii wewnętrznej jako funkcji stanu : dla wszystkich procesów prowadzących od pewnego określonego stanu do drugiego, zmiana ΔU ma zawsze tą samą wartość, choć ilości dostarczanego ciepła i wykonanej pracy są na ogół różne dla różnych procesów

Druga zasada termodynamiki mówi, że w układzie zamkniętym w procesach odwracalnych, ciepło (nie będące funkcją stanu) ma czynnik całkujący w postaci odwrotności temperatury, co prowadzi do pojęcia entropii jako funkcji stanu . Zatem poprawne sformułowanie II zasady termodynamiki jest nastepujące: "W dowolnym procesie (odwracalnym lub nieodwracalnym) w układzie zamkniętym zmiana entropii dS jest równa dQ/T lub większa" lub jeszcze prościej:

"W układzie zamkniętym w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje".

Definicja w terminach termodynamiki klasycznej Matematyczny zapis tego faktu to nastepujące sformułowanie: zmiana entropii ΔS w dowolnym procesie odwracalnym jest równa całce z przekazu ciepła
podzielonego przez temperaturę T. W procesie nieodwracalnym natomiast zmiana entropii jest większa od tej całki. Forma całkowa II zasady termodynamiki wygląda następująco:

Różnica ta jest miarą nieodwracalności procesu i jest związana z rozpraszaniem energii. Oznaczenie
użyte do zapisu przyrostu ciepła ma na celu odróżnienie tego przyrostu od różniczki, ponieważ przyrost ciepła nie jest różniczką żadnej funkcji. Gdyby był różniczką, ciepło byłoby funkcją stanu.

Definicja, w terminach termodynamiki statystycznej

• Entropia (S) jest funkcją stanu proporcjonalną do liczby sposobów (N) na jakie może być zrealizowany określony stan termodynamiczny danego układu, w określonej temperaturze (T)

• Układ dąży do stanu, który może być w danych warunkach zrealizowany w jak najwięcej sposobów; dąży więc on do maksymalizacji entropii.

• Entropia jest ciągłą, rózniczkowalną i monotonicznie rosnącą funkcją energii wewnętrznej (U), co zapisuje się matematycznie jako:

• Entropia jest funkcją ekstensywną tj. entropia całego układu jest sumą entropii wszystkich jego składników.

Trzecia zasada termodynamiki głosi, że entropia substancji tworzących doskonałe kryształy dąży do 0 gdy temperatura dąży do 0 K.

Mówiąc jaśniej, gdyby udało się schłodzić jakąś substancję do 0 K i gdyby ona utworzyła kryształ doskonały to jej entropia musiałaby przyjąć wartość 0. Jest to jednak technicznie, a także formalnie niewykonalne, dlatego definicja trzeciej zasady termodynamiki w formie:

entropia kryształu doskonałego w temperaturze zera bezwględnego jest równa 0

nie jest poprawna, choć intuicyjnie akceptowalna.

Czwarta zasada termodynamiki (istota) - wprowadza czas jako parametr niezależny. Dotyczy termodynamiki procesów nieodwracalnych takich jak:

• przekazywanie ciepła (przewodzenie)

• przekazywanie materii (dyfuzja)

• przekazywanie pędu (siła tarcia)

• przepływ prądu

Macierz czynników fenomenologicznych jest symetryczna

Lik = Lki

Zasada Onsagera obowiązuje przy większości zjawisk sprzężonych. Rozszerzenie tej zasady zostało podane przez Casimira:

Jeżeli równocześnie występują zjawiska od parametrów typu alfa będących parzystą funkcją prędkości cząstek i od param. typu beta, będących nieparzystą funkcją prędkości, to obowiązuje zasada wzajemności Onsagera-Casimira.

Lik = EiEkLki

2. Rola energii słonecznej w procesie fotosyntezy
a) Fotosynteza: proces wytwarzania przez żywe komórki roślinne zawierające chlorofil, węglowodanów z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii świetlnej. Czynnikiem rozkładającym dwutlenek węgla jest wodór który zostaje uwolniony z wody pod wpływem światła. Końcowym produktem fotosyntezy jest skrobia i tlen (wydalany do atmosfery).
b) Światło stanowi podstawowy czynnik fotosyntezy. Wzrost natężenia światła powoduje zwiększenie intensywności fotosyntezy (zależność ta inaczej kształtuje się u roślin światło i cieniolubnych).Wpływa też na rozmieszczenie chloroplastów w komórkach.
c) Światło przyczynia się do powstania chloroplastów z proplastydów, oraz wpływa na ich rozmieszczenie w komórkach
d) Rola energii słonecznej w fazie jasnej fotosyntezy: Uderzenie fotonów (czyli małych dawek energii świetlnej w cząsteczkę chlorofilu powoduje wybicie z niej elektronu, który przejmuje energię uderzenia fotonów, stąd dysponuje pewnym zasobem energii. wybite elektrony są wychwytywane przez łańcuch koenzymów zwanych przenośnikami elektronów. Podczas przepływu przez ogniwa łańcucha enzymów elektrony tracą energię(jest ona wykorzystywana do tworzenia wiązań ADP).
e) Rola energii słonecznej w fazie ciemnej fotosyntezy: jest to faza niezależna od światła, może zachodzić w ciemnościach ale nie musi, energii słonecznej w tej fazie nie ma więc żadnego znaczenia.
f) Barwniki asymilacyjne obejmują trzy grupy:
- Chlorofile (chlorofile a i b pochłaniają światło niebiesko fioletowe i czerwone są to najważniejsze barwniki fotosyntetyczne ponieważ tylko one uruchamiają przebieg tego procesu)
- Karotenoidy i fikobiliny (fikocyjanina i fikoerytryna, występują tylko u sinic i krasnorostów)- są to barwniki towarzyszące ich funkcja polega na wychwytywaniu energii świetlnej w innym obszarze niż chlorofil i przekazywaniu jej chlorofilowi (pochłaniają fale świetlne innej długości niż chlorofile)
g) W procesie fotosyntezy biorą udział dwa fotoukłady PSI (chlorofil a którego maksimum absorpcji odpowiada długości fali 700nm i karoteny) i PSII(chlorofil a którego maksimum absorpcji wynosi 680nm , oraz chlorofil b i ksantofile). Oba fotosystemy współpracują ze sobą by przekształcić energię świetlną na ciąg elektronów. przenoszonych przez odpowiednie przenośniki.

Zestaw II

1. Teledetekcja (ang. remote sensing) to pomiar wykonany z pewnej odległości. Pomiary teledetekcyjne można wykonywać z samolotów, przestrzeni kosmicznej, lub z powierzchni ziemi. Metody teledetekcyjne dzielą się na aktywne i pasywne. W aktywnej teledetekcji sygnał jest wysłany z instrumentu a następnie analizowany. Przykładami aktywnej teledetekcji jest radar - gdzie wysyłane są mikrofale, lidar - w tym przypadku wysyłane jest światło, czy sodar - wtedy wysyłane są fale akustyczne. Pasywnymi metodami teledetekcji są metody oparte na analizie sygnału wysyłanego od obserwowanego obiektu. Zdjęcie fotograficzne jest przykładem teledetekcji pasywnej. W nowoczesnej terminologii terminu teledetekcja używa się przy pomiarach z satelitów czy z samolotów. Techniki teledetekcyjne używają tzw. metod odwrotnych do oceny interesujących własności. Dla przykładu, ocena ilości deszczu z chmur może być dokonana na podstawie intensywności sygnału z radaru meteorologicznego.

2. Zanik tlenków azotu związany jest z ich przemianą do kwasu azotowego (V) HNO ₃  . Istotną rolę w ich przemianie przypisuje się udziałowi wolnych rodników hydroksylowych (OH ^- ). Tlenki azotu ulegają w atmosferze bardzo złożonym przemianom, szczególnie w przypadku obecności innych zanieczyszczeń powietrza (np.węglowodorów). Zanik tlenków azotu w atmosferze związany jest z ich przemianą do kwasu azotowego HNO₃. Szkodliwe substancje wędrują z wiatrem w postaci zawiesiny i opadając z cząsteczkami wody na ziemię uszkadzają wiele ekosystemów i nie tylko.

Zestaw III

1. Ozon troposferyczny jest zanieczyszczeniem wtórym. Powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych zachodzących w powietrzu zanieczyszczonym tlenkami azotu, węglowodorami i tlenkiem węgla (są to głównie reakcje transformacji tlenowych związków azotu) pochodzących ze źródeł antropogenicznych, głównie transportu drogowego. Formowaniu ozonu sprzyja wysoka temperatura, duże nasłonecznienie i duża wilgotność powietrza. Przy wyższych stężeniach ozon powoduje podrażnienia oczu, głównie zapalenie spojówek, zmiany w parametrach widzenia, zmiany czynności płuc (szczególnie u dzieci), zwiększoną częstotliwość ataków astmy oraz wzrost zachorowalności na raka skóry.

Ozon stratosferyczny pochłania promieniowanie ultrafioletowe, docierające do Ziemi ze Słońca. Promieniowanie ultrafioletowe jest szkodliwe i niebezpieczne dla organizmów żywych, ponieważ może uszkadzać komórki (wywołując oparzenia), oraz może uszkadzać materiał genetyczny komórek. U ludzi i zwierząt może wywoływać zmiany nowotworowe (np. czerniaka złośliwego). Organizm ludzki broni się przed ultrafioletem, wytwarzając barwnik powodujący pochłanianie promieniowania w warstwie powierzchniowej skóry - melaninę. Jej zawartość objawia się ciemnieniem skóry. Można zapobiegać zmianom stosując preparaty ochronne (np. emulsje do opalania z filtrem).
Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego słońca z cząsteczkami gazów atmosferycznych. W czasie zimy polarnej, nad obszarami nieoświetlonymi przez Słońce, następuje zmniejszenie stężenia ozonu w atmosferze. Dziura ozonowa jest więc zjawiskiem sezonowym. O ile warstwa ozonowa chroni Ziemię, o tyle sam ozon jest związkiem niebezpiecznym - silnie toksycznym, szkodliwym dla roślin i zwierząt.
Badania stężenia ozonu w atmosferze ziemskiej wykazały, że w ciągu ostatnich kilkunastu lat zmniejsza się stężenie ozonu (średnio 0,2% rocznie). Obniżanie się stężenia tego gazu opisuje się jako powiększanie dziury ozonowej. Zjawisko zmniejszania się zawartości ozonu w atmosferze obserwuje się nie tylko nad Antarktydą, ale również na innych szerokościach geograficznych, m.in. nad Polską. Regularne badania nad grubością warstwy ozonowej rozpoczęto w latach osiemdziesiątych. Posłużyły do tego satelity. Z ich pomocą udało się stwierdzić, że ubytki ozonu mają charakter sezonowy. W grudniu 2000 roku prasa popularnonaukowa podała, że dziura ozonowa nad Antarktydą jest gigantyczna i nie wykazuje tendencji do zmniejszania. Uznano to za pośredni skutek niezwykle ostrej zimy. Sytuacja powtórzyła się niedawno nad Arktyką.

2. Energia rozszczepienia jądra może być wykorzystana w elektrowni jądrowej do wytworzenia pary wodnej o wysokiej temp.., która porusza turbinę. Może być również wykorzystana, niestety w najbardziej okrutnej broni- w bombie atomowej. Masa krytyczna, najmniejsza ilość materiału rozszczepialnego, dla której zachodzi spontaniczna reakcja łańcuchowa (reaktor jądrowy). Masa krytyczna nie jest pojęciem ścisłym, zależy od formy geometrycznej bryły materiału, czystości oraz innych czynników. Defekt masy, niedobór masy, różnica pomiędzy masą Z protonów i N neutronów a masą danego jądra atomowego o liczbie masowej A=N+Z.
Brakująca masa odpowiada energii wiązania uwalnianej w trakcie łączenia się nukleonów w jądro.

Energetyka jądrowa - to zespół zagadnień związanych z uzyskiwaniem na skalę przemysłową energii z rozszczepienia ciężkich jąder pierwiastków (głównie uranu 235).

Energię tę pozyskuje się w elektrowniach jądrowych (reaktor jądrowy), w reaktorach służących do napędu okrętów, w zasilaczach izotopowych (SNAP) itd. Energetyka jądrowa obejmuje również problemy związane z wydobyciem uranu, przeróbką paliwa jądrowego oraz składowaniem odpadów jądrowych. Pierwsze elektrownie jądrowe pojawiły się w latach pięćdziesiątych, dynamiczny rozwój tej dziedziny rozpoczął się w 2. poł. lat sześćdziesiątych, w związku z wzrostem kosztów energii uzyskiwanej ze spalania kopalin. Rozwój ten został prawie wstrzymany po katastrofie w Czarnobylu.

Na świecie zainstalowane są elektrownie jądrowe o łącznej mocy 274,5 GW, wytwarzanej przez 429 bloków energetycznych. (Dla porównania: energetyka węglowa posiada moc zainstalowaną równą 1614,1 GW, elektrownie wodne 566,8 GW, dane z końca lat osiemdziesiątych). Wielkości rocznej produkcji energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych wskazuje na większe w nich wykorzystanie zainstalowanej mocy (kolejno: jądrowe: 1560, węglowe 6350, wodne 2030 TWh). Najwięcej energii elektrycznej uzyskuje się z energetyki jądrowej w USA (rocznie 527 TWh, 108 reaktorów) i Francji (260 TWh, 55 reaktorów). Potęgami są tu również Japonia, Rosja, Ukraina i RFN. Największy procentowo udział energetyki jądrowej w produkowanej energii elektrycznej ma obecnie Litwa (ok. 80%), Francja (73%) i Belgia (65,5%). Największe kontrowersje wokół energetyki jądrowej związane są z problemem powstawania, transportu i składowania odpadów promieniotwórczych.

Zestaw IV

1.Promieniowanie Słoneczne

Słońce dostarcza na powierzchnię Ziemi najwięcej energii. Dzieje się tak z powodu niewielkiej odległości, jaka dzieli oba te ciała niebieskie. Wynosi ona bowiem średnio 149,6 miliona kilometrów, podczas gdy dystans do najbliższego innego źródła energii, gwiazdy Proxima Centauri, jest przeszło 282 tysiące razy większy, równy w przybliżeniu 4,3 roku świetlnego, czyli prawie 40,5 biliona kilometrów.

Jeśli przyjąć założenie, że w czasie Wielkiego Wybuchu Układ Słoneczny stanowił jedną z drobin rodzącego się wszechświata, to Ziemia siłą rzeczy jest genetycznie związana ze Słońcem. Jej ewolucja jako planety oraz rozwój życia odbywają się więc w ścisłej zależności od przemian na Słońcu.

Około 3,8 do 3,5 miliarda lat temu temperatura na powierzchni Ziemi obniżyła się poniżej 100°C, co zapoczątkowało proces skraplania pary wodnej i formowanie się ciepłego oceanu. Woda pokrywająca powierzchnię kuli ziemskiej stanowiła czynnik niezbędny do wykształcenia się pierwszych organizmów żywych, które mogły wykorzystywać energię słoneczną do pewnej - przypuszczalnie beztlenowej - formy fotosyntezy. Na potwierdzenie tego faktu uczonym udało się wykazać podobieństwo chloroplastów (organelli odpowiedzialnych za fotosyntezę) współczesnych roślin do prymitywnych sinic, jakie żyły w prekambryjskim morzu. W następnym etapie ewolucji pojawiły się glony zdolne do fotosyntezy uwalniającej tlen. Był on również produkowany bezpośrednio z wody przez energię słoneczną powodującą jej rozpad (fotolizę) na cząsteczki wodoru i tlenu. Wprawdzie molekuły te bardzo prędko łączyły się z powrotem w cząsteczki wody, ale część wodoru jako najlżejszego z gazów ulatywała w przestrzeń kosmiczną, pozostawiając wolne cząsteczki tlenu. W ten sposób pod wpływem Słońca powstała atmosfera zawierająca tlen oraz rezerwa tego gazu w oceanie, umożliwiająca dalszą ekspansję oddychających nim organizmów. Gdy pierwsze stawonogi wyruszyły na podbój lądów, w atmosferze istniała warstwa ozonowa, która skutecznie pochłaniała najbardziej szkodliwe składniki słonecznego ultrafioletu.

Rola Słońca jako życiodajnej siły dla Ziemi nie zmieniła się przez 4,5 miliarda lat ewolucji naszej planety, chociaż samo Słońce podlegało w tym okresie przemianom. W ich wyniku wzrosło o około 25 procent natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnych warstw atmosfery, czyli tak zwana stała słoneczna. Obecnie jej wartość wynosi około 1368 watów na metr kwadratowy (W/m2), choć w ciągu roku może ulegać niewielkim, na ogół nieprzekraczającym paru procent wahaniom w związku ze zmianą odległości Ziemi od Słońca. Również Ziemia nie jest taka sama, jak przed kilkoma miliardami lat. Wprawdzie skład atmosfery wydaje się ustalony od dość dawna, jednak warunki klimatyczne, a co za tym idzie - biogeneza, przechodziły różne koleje losu. Jedynie to, że tlenowce są podstawowymi formami życia już od końcowej fazy prekambru, nie budzi większych wątpliwości.

Podjęte w ciągu ostatniego stulecia badania Słońca ujawniły wiele nowych faktów dotyczących natury emitowanej przez nie energii. Po pierwsze udało się dokładnie rozpracować skład docierających do naszej planety wiązek promieniowania. W 99 procentach składa się na nie krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 0,1 do 4 mikrometrów (urn), z czego 45 procent przypada na promieniowanie widzialne, czyli światło, którego barwy zdolne jest zarejestrować ludzkie oko (0,38-0,76 urn). 46 procent stanowią promienie podczerwone, czyli fale dłuższe, od około 0,76 do około 2000 urn, odczuwane w postaci ciepła, a 8 procent to promieniowanie nadfioletowe (ultrafioletowe), o długości fali mniejszej od 0,38 urn. Pozostały l procent promieniowania słonecznego to promieniowanie elektromagnetyczne o większych i mniejszych długościach fal oraz emisja korpuskularna, w skład której wchodzą głównie protony i cząsteczki a. Nie odgrywa ono jednak większej roli w procesach biologicznych zachodzących na Ziemi.

W trakcie przechodzenia przez atmosferę ziemską promieniowanie słoneczne ulega osłabieniu na skutek pochłaniania, odbicia i rozproszenia w atmosferze. Tylko niespełna 50 procent emisji słonecznej dociera od górnej granicy atmosfery na powierzchnię kuli ziemskiej. Na owe 50 procent składa się zarówno promieniowanie docierające do Ziemi bez zakłóceń (tzw. promieniowanie bezpośrednie), jak i znaczna część promieniowania rozproszonego. Promieniowanie. które osiąga powierzchnię Ziemi, ma nieco inny skład widmowy od pierwotnej wiązki słonecznej. Ultrafiolet zajmuje w nim jedynie około l procenta, gdyż jego resztę pochłania warstwa ozonowa, promieniowanie widzialne około 40 procent, a podczerwone aż 59 procent, co najlepiej tłumaczy przygruntowy wzrost temperatury. Najważniejsze dla organizmów jest promieniowanie bezpośrednie, którego wielkość zależy nie tylko od natężenia promieniowania słonecznego, ale i od wysokości Słońca na niebie, a więc szerokości geograficznej punktu obserwacji, a także jego wysokości nad poziomem morza. Stąd najbardziej nasłonecznione są okolice międzyzwrotnikowe i dlatego przy odpowiedniej wilgotności w nich właśnie żyje najwięcej gatunków roślin wiecznie zielonych. Istotne znaczenie ma również ukształtowanie terenu, a zwłaszcza ekspozycja stoków na promieniowanie. W wielu rejonach świata rośliny światłolubne, sady czy winnice można uprawiać jedynie na południowych, a więc najbardziej nasłonecznionych pochyłościach terenu. Promieniowanie rozproszone natomiast, to znaczy takie, którego promienie zmieniły swój kierunek z uporządkowanego na chaotyczny, co jest częstym efektem zetknięcia się wiązki promieni z przeszkodami w atmosferze (np. z chmurami i aerozolami atmosferycznymi, czyli rozproszonymi w powietrzu stałymi i ciekłymi cząsteczkami różnych związków stanowiącymi zanieczyszczenia atmosferyczne pochodzenia naturalnego, a także powstałe na skutek działalności człowieka), odgrywa bardzo istotną rolę, gdy niebo jest mocno zachmurzone i nie przepuszcza promieniowania bezpośredniego. Za jego pośrednictwem dociera wówczas do Ziemi światło słoneczne, choć tarcza Słońca pozostaje niewidoczna. W sytuacji długotrwałych zachmurzeń umożliwia ono prawidłowy przebieg procesów fotosyntezy i wzrost większości roślin. Zsumowana wartość promieniowania bezpośredniego i rozproszonego daje wielkość zwaną promieniowaniem całkowitym. Średnio w 43 procentach jest ono pochłaniane przez powierzchnię Ziemi. Pozostała jego część zostaje odbita od naszej planety i od cząsteczek powietrza. Najwięcej energii słonecznej pochłaniają wody oceaniczne, bo aż 95 procent. Dzięki temu woda kumuluje znaczne ilości ciepła, co pozwala przeżyć zamieszkującym w niej organizmom zarówno dobowe skoki temperatury, jak i zimowe ochłodzenie atmosfery. Śnieg natomiast odbija aż 85 procent promieniowania słonecznego, a tylko 15 procentom pozwala wniknąć pod swą powierzchnię. Zapewne dlatego podczas zimy wiele organizmów obniża swój metabolizm i zapada w sen zimowy, aby nie tracić zbyt wiele energii na utrzymanie temperatury ciała. Również piasek pustyni potrafi skumulować aż 70 procent ciepła, co chroni żyjące w nim organizmy przed znacznym obniżeniem temperatury każdej nocy. Wszystkie rodzaje ziemskiej nawierzchni charakteryzuje im tylko właściwa zdolność odbijania i pochłaniania światła. Określa ją wielkość zwana albedo, czyli stosunek promieniowania odbitego we wszystkich kierunkach do ilości promieniowania padającego na dane ciało, w tym wypadku jednostkę powierzchni. Energia słoneczna umożliwiła powstanie świata roślinnego, a co za tym idzie - stworzyła podstawy łańcucha pokarmowego dla innych organizmów, pozbawionych zdolności bezpośredniego jej wykorzystywania. Ale nie tylko do tego ogranicza się wpływ Słońca na biosferę. Obrót Ziemi dookoła własnej osi, nachylonej pod stałym kątem do płaszczyzny ziemskiej orbity okołosłonecznej, powoduje, że poszczególne punkty jej powierzchni otrzymują różną ilość światła słonecznego. To z kolei jest przyczyną różnej długości dnia i nocy w różnych częściach świata. Podobnie rzecz ma się z porami roku, które są wynikiem obiegu naszej planety wokół Słońca. W rezultacie zarówno strefy klimatyczne, jak i krainy fitogeograficzne (czyli rozmieszczenia roślin na kuli ziemskiej) są wynikiem działania określonej ilości energii słonecznej i z tego względu układają się równoleżnikowo. Pośrednio dotyczy to także zwierząt, zwłaszcza zmienno cieplnych. Jedynie człowiek, zasiedlając różne obszary Ziemi, nie ugiął się przed tym swoistym słonecznym reżimem, choć w skrajnie niekorzystnych warunkach, na przykład na Grenlandii czy w północnej Rosji, tylko niektóre grupy etniczne są w stanie mieszkać na stałe.

Dla przeciętnego mieszkańca Ziemi, żyjącego w umiarkowanych warunkach klimatycznych, promieniowanie słoneczne ma również istotne znaczenie. Umożliwia bowiem przemianę ergosterolu (prowitaminy witaminy D₂), zawartego w tkankach roślinnych, drożdżach oraz skórze, w witaminę D. Bez niej organizm ludzki nie jest w stanie rozwijać się prawidłowo. Brak słońca może także wpływać na obniżenie nastroju, stąd odnotowuje się częstsze depresje u ludzi późną jesienią i zimą.

2. PROMIENIOTWÓRCZY ROZPAD, przemiana promieniotwórcza, promieniotwórczość, radioaktywność, samorzutna przemiana jądra atom., której towarzyszy emisja promieniowania jądrowego. Emitowaną cząstką promieniowania mogą być: foton (rozpad γ), elektron lub para elektron-pozyton (konwersja wewn.), elektron lub pozyton i antyneutrino lub neutrino (rozpad β), nukleon lub jądro (rozpad protonowy, rozpad α, rozpad egzotyczny, rozszczepienie). Tylko w jednym z powyższych przypadków cząstka (elektron konwersji wewnętrznej) jest emitowana nie bezpośrednio z jądra, lecz z powłoki elektronowej. W wyniku emisji z jądra ^A_ZX (A — liczba masowa równa liczbie nukleonów w jądrze, Z — liczba porządkowa równa liczbie protonów w jądrze) elektronu powstaje jądro  ^A_Z+1X, pozytonu — jądro ^A_Z-1X, wychwytu elektronu — również jądro  ^A_Z-1X, rozpadu protonowego — jądro ^A-1_Z-1X, zaś rozpadu α — jądro ^A-4_Z-2X. Rozpad promieniotwórczy może zachodzić na skutek oddziaływania słabego, elektromagnet. lub silnego. Rozpad promieniotwórczy jest procesem statystycznym. Istnieje określone prawdopodobieństwo równe λ (λ stała rozpadu, charakterystyczna dla danego jądra i stanu, w którym się ono znajduje), że jądro rozpadnie się w jednostkowym czasie. Prowadzi to do wykładniczego prawa rozpadu: N(t) = N₀e^- λt, gdzie N(t) i N₀ — odpowiednio liczba jąder promieniotwórczych w chwili t oraz w chwili początkowej t = 0. Obecnie jest znanych ponad 1800 różnych nuklidów promieniotwórczych, w tym tylko ok. 50 występuje w sposób naturalny w przyrodzie (promieniotwórczość naturalna; promieniotwórcze rodziny); pozostałe są wytwarzane sztucznie w reakcjach jądrowych. Promieniotwórczość naturalną odkrył 1896 A.H. Becquerel, który stwierdził, że różne związki uranu wywołują zaczernienie emulsji fot.; systematyczne badania tego zjawiska podjęte przez M. Skłodowską-Curie i P. Curie doprowadziły do stwierdzenia promieniotwórczości toru i odkrycia 1898 nowych promieniotwórczych pierwiastków: polonu i radu. Dalsze prace nad promieniotwórczością doprowadziły do rozróżnienia 3 składowych promieniowania: α, β i γ (E. Rutherford, P. Villard i in.) oraz ich identyfikacji (Becquerel, S.T. Meyer, E. von Schweidler, Rutherford, T. Royds), a następnie do stwierdzenia, że zanik aktywności substancji promieniotwórczej w czasie ma charakter wykładniczy (Rutherford, F. Soddy). Sztuczną promieniotwórczość (β⁺) odkryli 1934 I. Joliot-Curie i F.J. Joliot-Curie

Pierwiastek chemiczny to według pierwotnej definicji substancja, której nie da się chemicznymi sposobami rozłożyć na prostsze substancje. Po rozwinięciu się teorii atomowej materii okazało się, że pierwiastki to po prostu substancje składające się z atomów o tej samej liczbie protonów w jądrze (liczbie atomowej). Pierwiastki uszeregowane według ich wzrastającej liczby atomowej (patrz: układ SI) tworzą układ okresowy pierwiastków. Układ ten odpowiada z grubsza wzrastającym masom atomowym pierwiastków, jednak ze względu na składy izotopowe, w kilku przypadkach kolejność ta jest zaburzona.

Izotop, odmiana atomów pierwiastka chemicznego o określonej liczbie neutronów N=A-Z (gdzie: A - liczba masowa, Z - liczba atomowa równa liczbie protonów). Różne izotopy danego pierwiastka różnią się między sobą ilością neutronów N, a więc i masą atomową (różne A, przy stałym Z). Nazwa izotop pochodzi od greckiego "izos topos" - jednakowe miejsce (w układzie okresowym pierwiastków). Istnienie izotopów odkrył (1913) J.J. Thomson. Dany izotop pierwiastka reprezentuje zapis:




gdzie: E - symbol danego pierwiastka chemicznego, lub zapis skrócony ^AE, przykładowo:




W naturze większość pierwiastków chemicznych występuje jako mieszanina wielu swoich izotopów, przy czym proporcje pomiędzy nimi są z dużą dokładnością stałe. Procentowy udział danego izotopu nosi miano względnej częstości występowania izotopu lub abundancji. Wielkość ta jest charakterystyczna dla jednego źródła pochodzenia materii (nukleosynteza).

Właściwości chemiczne i fizyczne izotopów jednego pierwiastka są praktycznie identyczne (izotopowe efekty), istnieją jednak fizyczne metody umożliwiające rozdzielanie izotopów (spektrometria masowa, wielokrotna dyfuzja przez porowaty materiał itd.). Wydzielone, tzw. separowane izotopy znajdują zastosowanie w badaniach podstawowych, w produkcji wybranych izotopów promieniotwórczych o wysokiej czystości (np. radiofarmaceutyki), w uzyskiwaniu materiałów rozszczepialnych itd.

Izotopy promieniotwórcze

Oprócz 272 stabilnych izotopów wszystkich pierwiastków znanych jest ok. 2000 ich izotopów promieniotwórczych (radioizotopów), o różnych czasach połowicznego zaniku i rodzajach rozpadu promieniotwórczego. Izotopy promieniotwórcze stosowane są w wielu dziedzinach badań technicznych (np.: w badaniach przepływów - śledząc z zewnątrz układu przemieszczanie się w nim płynu zawierającego domieszkę izotopu promieniotwórczego, lub w badaniach zużycia materiałów - implantując izotop w elementy konstrukcyjne np. silnika i badając zmiany aktywności tego izotopu w oleju silnikowym w czasie pracy), znajdują zastosowanie w przemyśle (izotopowe czujniki poziomu, wagi izotopowe, izotopowe czujniki przeciwpożarowe), medycynie (radiofarmaceutyki, zasilacze izotopowe), biologii (śledzenie obiegu i roli mikroelementów), geologii (radiometryczne metody geologiczne) oraz w badaniach podstawowych (metoda atomów znaczonych, badania dyfuzji, badania strukturalne itd.).

Izotopy promieniotwórcze stosuje się również (jako źródła promieniotwórcze) do modyfikacji cech przedmiotów naświetlanych: wywoływania mutacji, sterylizacji, wywoływania zmian w strukturze polimerów, zabijania tkanek nowotworowych.

Atom (z gr. ἄτομος atomos: "niepodzielny") - najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii.

Atomy składają się z jądra i otaczających to jądro elektronów. W jądrze znajdują się z kolei protony i neutrony. Jądro jest kilkadziesiąt tysięcy razy mniejsze od całego atomu i skupia ono w sobie praktycznie całą masę atomu, gdyż proton i neutron są o ok. 2000 razy cięższe od elektronu. Protony i neutrony mają w przybliżeniu taką samą masę. Neutrony są cząstkami obojętnymi elektrycznie, protony noszą ładunek elektryczny dodatni, zaś elektrony ujemny. W każdym atomie w stanie podstawowym liczba protonów i elektronów jest jednakowa. Wartość ładunku elektrycznego protonów i elektronów jest także jednakowa, więc atomy jako całość są obojętne elektrycznie. Atomy z liczbą elektronów różną od liczby protonów nazywane są jonami.

O właściwościach atomów decyduje głównie liczba protonów w jądrze atomowym, atomy o takiej samej liczbie protonów w jądrze należą do tego samego pierwiastka chemicznego

Atomy są podstawowymi elementami budującymi materię w chemii, nie zmieniają się w reakcjach chemicznych. Atomy są najmniejszymi cząstkami rozróżnianymi metodami chemicznymi.

Rozmiary atomów nie są dokładnie określone z powodów kwantowych, zależą od rodzaju atomu i innych czynników, są rzędu 10^-10 m. Masa w przedziale 10^-27-10^-25 kg.

Modele budowy atomów:

• Niepodzielna kulka - głosił, że atom jest niepodzielną, sztywną, bez struktury wewnętrznej kulką,

• Model rodzynkowy - odkrycie elektronów zmienia poglądy, teraz atom jest kulką w której są mniejsze kulki (elektrony), tak jak w cieście są rodzynki.

• Model jądrowy - większość masy i całkowity ładunek dodatni skupiony jest w małej przestrzeni w centrum atomu zwanej jądrem, elektrony krążą wokół jądra

• Model planetarny (Bohra) - elektrony mogą poruszać się wokół jądra tylko po określonych orbitach, wyjaśnia jak poruszają się elektrony wokół jądra, ale nie podaje przyczyny

• Model kwantowy (ruchu elektronów wokół jądra) - mechanika kwantowa wyjaśnia dlaczego elektrony przyjmują określone energie.

• Kolejne modele wyjaśniają budowę jądra atomowego - szczegóły patrz jądro atomowe na gruncie mechaniki klasycznej a następnie kwantowej.

SODDY'EGO-FAJANSA REGUŁA PRZESUNIĘĆ, reguła przesunięć, reguła określająca liczbę masową i położenie w układzie okresowym pierwiastka powstającego w wyniku rozpadu promieniotwórczego α lub β; głosi że: wskutek rozpadu α powstaje pierwiastek o liczbie atom. A mniejszej o 4, znajdujący się w układzie okresowym pierwiastków o 2 miejsca przed pierwiastkiem wyjściowym, wskutek zaś rozpadu β — pierwiastek o takiej samej liczbie masowej znajdujący się w układzie okresowym pierwiastków o jedno miejsce za pierwiastkiem wyjściowym, np.
; regułę podali 1913 (niezależnie) F. Soddy i K. Fajans.

---