Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: ZESPÓŁ SZKÓŁ IM. KAROLA MARCINKOWSKIEGO • ID grupy: 98/33_MF_G1 • Kompetencja: MATEMATYCZNO - FIZYCZNA • Temat projektowy: CZY CIAŁA MAJĄ BUDOWĘ CZĄSTECZKOWĄ? • Semestr/rok szkolny: 2/ 2010/2011

3. wprowadzenie • W przyrodzie substancje występują w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym. • Rozglądając się wokół można zauważyć, że otaczające nas ciała wykazują ogromną różnorodność właściwości. • Skąd się bierze ta różnorodność, i skąd się biorą tak różne własności ciał? • Naszym celem było sprawdzenie tego i potwierdzenie hipotezy, że wszystkie ciała zbudowane są z cząsteczek, które na dodatek są w ciągłym ruchu.

4. Właściwości ciał stałych • posiadają określony kształt, który w większości ciał trudno zmienić • posiadają określoną objętość – nawet zmiana kształtu ciała stałego nie powoduje zmiany jego objętości • mogą być kruche, np. kreda • mogą być plastyczne, np. plastelina • mogą być sprężyste, np. sprężyna • przy wzroście temperatury zwiększają swoje rozmiary, a przy obniżaniu temperatury – zmniejszają rozmiary

5. WŁAŚCIWOŚCI CIECZY • mają określoną objętość, którą trudno zmienić – są praktycznie nieściśliwe • nie mają określonego kształtu – przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują • przy wzroście temperatury zwiększają swoją objętość, a przy obniżaniu – zmniejszają objętość (wyjątek stanowi woda, która kurczy się podczas ogrzewania od 0°C do 4°C)

6. WŁAŚCIWOŚCI GAZÓW • nie mają własnego kształtu – przyjmują kształt zbiornika(naczynia), w którym się znajdują • nie mają określonej objętości – są ściśliwe i rozprężliwe • przy wzroście temperatury zwiększają swoją objętość, a przy obniżaniu temperatury – zmniejszają objętość

7. WŁAŚCIWOŚCI CIAŁ STAŁYCH, CIECZY I GAZÓW • W celu utrwalenia i zapamiętania wszystkich właściwości ciał w trzech różnych stanach skupienia podzieliliśmy się na grupy i wykonaliśmy plakaty.

8. ZADANIE NR 1 • Diagram przedstawia przyrost długości Δl prętów o długości 1m przy ogrzaniu o 100°C. Podaj długość aluminiowego pręta po ogrzaniu go o 150°C. • Rozwiązanie: Ponieważ przyrost długości jest wprost proporcjonalny do przyrostu temperatury (Δl ~ Δt), więc po ogrzaniu pręta aluminiowego o 150°C jego długość wzrośnie o 4,5mm.

9. HIPOTEZA O CZĄSTECZKOWEJ BUDOWIE CIAŁ • Twórcą hipotezy o cząsteczkowej budowie ciał był Demokryt z Abdery. Żył on od ok. 460 do ok. 370 roku p.n.e. Był najbardziej wszechstronnie wykształconym uczonym przed Arystotelesem. • Stwierdził on, że: „Właściwości ciał stałych, cieczy i gazów wynikają z ich ziarnistej(cząsteczkowej) budowy. Wszystkie ciała zbudowane są z drobin (atomów i cząsteczek), które są w ciągłym ruchu”.

10. DOŚWIADCZENIA POTWIERDZAJĄCE CZĄSTECZKOWĄ BUDOWĘ CIAŁ • Przyrządy: menzurka, woda, denaturat. • Czynności: Do menzurki wlewamy wodę, a następnie uważając, aby ciecze się nie zmieszały, dolewamy denaturatu. Zaznaczamy pisakiem górny poziom cieczy. Następnie mieszamy obie ciecze i obserwujemy poziom mieszaniny.

11. C.D. DOŚWIADCZENIA Z WODĄ I DENATURATEM • Wynik: Poziom cieczy po zmieszaniu obniżył się. • Wniosek: Cząsteczki denaturatu wypełniły luki między cząsteczkami wody, w skutek czego poziom cieczy w probówce spadł. Mniejsze cząsteczki wypełniły puste miejsca między większymi. • Jeżeli do kogoś nie przemawia to doświadczenie, wykonamy inne – tzw. doświadczenie modelowe, które bardziej unaoczni to co zaszło w doświadczeniu z wodą i denaturatem.

12. Doświadczenie modelowe • Przyrządy: modelem cząsteczek wody są ziarna kaszy, a modelem cząsteczek denaturatu – ziarna grochu. • Czynności: Do probówki wsypujemy kaszę i groch i zaznaczamy ich poziom. Następnie mieszamy je ze sobą i obserwujemy poziom „mieszaniny”. • Wynik: Poziom mieszaniny jest niższy. • Wniosek: Puste miejsca między ziarnami grochu zajęły ziarna kaszy. • Doświadczenie to tłumaczy nam wynik doświadczenia mieszania wody z denaturatem.

13. ROZMIARY CZĄSTECZEK • Trudno jest wyobrazić sobie rozmiary cząsteczek. Najlepiej jest podawać je w tzw. nanometrach. • 1 nm= 1/1000000000 m = 1/1000000 mm • Cząsteczka wody jest prawie kulista i ma średnicę ok. 0,3 nm, a cząsteczka denaturatu 0,6 nm. • Gdybyśmy wszystkie ciała powiększyli 3 miliony razy, to cząsteczka wody miałaby średnicę około 1mm, a dla porównania wzrost przeciętnego człowieka wynosiłby około 4800 km. • W warunkach normalnych w 1cm³ naczynia z tlenem znajduje się około 27000000000000000000 cząsteczek.

14. RUCHY BROWNA • Ruchy Browna to chaotyczne ruchy cząstek w płynie (cieczy lub gazie), wywołane zderzeniami zawiesiny z cząsteczkami płynu. • W 1827 roku brytyjski biolog Robert Brown obserwując przez mikroskop pyłki kwiatowe w zawiesinie wodnej dostrzegł, iż znajdują się one w nieustannym, chaotycznym ruchu. • W danej chwili jedne cząsteczki poruszają się wolniej, a inne szybciej. Cząsteczki nie oddalają się zbytnio od początkowego położenia, ponieważ w wyniku zderzeń z innymi cząsteczkami ich ruch jest zygzakowaty.

15. DYFUZJA • Dyfuzja to proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka. • Dyfuzja świadczy o cząsteczkowej budowie materii i nieustannym ruchu cząsteczek. • Dyfuzja najszybciej zachodzi w gazach, a najwolniej w ciałach stałych. • Zjawisko dyfuzji przebiega znacznie szybciej w wysokich temperaturach, bo średnie szybkości cząsteczek są większe.

16. DYFUZJA W GAZACH • Przyrządy: dezodorant. • Czynności: rozpylamy dezodorant w jednym rogu klasy. • Wynik: Po chwili zapach perfum czuć w całym pomieszczeniu. • Wniosek: Cząsteczki perfum, zderzając się z cząsteczkami powietrza, wnikają pomiędzy nie i przemieszczają się we wszystkich kierunkach.

17. DYFUZJA W CIECZACH • Przyrządy: szklanka z wodą, mleko. • Czynności: do szklanki z wodą wlewamy kilka kropli mleka. • Wynik: Po chwili woda zmieszała się z mlekiem tworząc mleczną mieszaninę. • Wniosek: Cząsteczki mleka i wody przemieszczają się samorzutnie i mieszają ze sobą.

18. DYFUZJA W CIAŁACH STAŁYCH • W ciałach stałych też występuje dyfuzja. Jest to jednak proces długotrwały. • Kiedyś wykonano następujące doświadczenie: przyłożono do siebie dwie płyty – jedna ze złota, a druga z ołowiu i przyciśnięto je ciężarkiem. Po paru latach po odjęciu od siebie tych płyt zaobserwowano na płycie ze złota kawałki ołowiu, a no ołowianej złota. • W organizmach żywych możliwe jest wymiana gazowa przez skórę oraz przenikanie substancji odżywczych z układu trawiennego do krwi, bądź przenikanie tlenu z pęcherzyków płucnych do krwi i dwutlenku węgla do pęcherzyków. Ten rodzaj dyfuzji nazywamy osmozą.

19. Zależność dyfuzji od temperatury • Przyrządy: dwie szklanki – jedna z gorącą, a druga z zimną wodą, dwie torebki herbaty. • Czynności: umieszczamy torebki herbaty w szklankach z woda. • Wynik: W szklance z gorącą wodą herbata zaparzyła się szybciej, niż w szklance z zimną wodą. • Wniosek: Zjawisko dyfuzji zachodzi szybciej w wyższej temperaturze, dlatego np. latem czuć więcej zapachów.

20. SKALA CELSJUSZA I KELWINA • Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Najczęściej wykorzystywane skale temperatur to na dzień dzisiejszy wszystkim znana skala Celsjusza i Kelvina. Oto porównanie tych dwóch skal:

21. Zadanie nr 2 • 150°C – ile to kelwinów? • Rozwiązanie: Między wartością temperatury Tk w skali Kelvina a wartością temperatury Tc w skali Celsjusza zachodzi związek: • Tk = Tc + 273,15 • Zatem: 150°C = (150 + 273,15)K = 423,15 K.

22. ZADANIE NR 3 • 150 K – ile to stopni Celsjusza? • Rozwiązanie: Między wartością temperatury Tk w skali Kelvina a wartością temperatury Tc w skali Celsjusza zachodzi związek: • Tc = Tk - 273,15 • Zatem: 150 K = (150 – 273,15)°C = –123,15 °C.

23. SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE • Skoro wszystkie ciała zbudowane są z cząsteczek, to dlaczego nie rozpadają się na poszczególne cząsteczki? • Odpowiedź jest prosta: pomiędzy cząsteczkami wszystkich ciał działają siły zwane siłami międzycząsteczkowymi. Każda cząsteczka przyciąga sąsiednie cząsteczki i sama jest przez nie przyciągana.

24. SIŁY SPÓJNOŚCI • Siły międzycząsteczkowe, działające pomiędzy cząsteczkami tego samego rodzaju, nazywają się siłami spójności. To one powodują, że krople przyjmują kształt kulisty, a rozlana na stole woda tworzy jedną mokrą plamę i nie rozpada się na poszczególne krople.

25. SIŁY PRZYLEGANIA • Siły międzycząsteczkowe, działające pomiędzy cząsteczkami różnych ciał, nazywają się siłami przylegania. Fakt, że nasze ręce po umyciu są mokre, świadczy o tym, że cząsteczki wody przylgnęły do naszego ciała.

26. SIŁY NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO • Szczególnym przykładem sił międzycząsteczkowych są siły działające między cząsteczkami tworzącymi powierzchnię wody, na której powstaje rodzaj cienkiej, elastycznej błony, która utrzymuje na sobie nawet drobne stalowe przedmioty. Zjawisko to nosi nazwę napięcia powierzchniowego.

27. NARTNIKI • Napięcie powierzchniowe wykorzystują np. nartniki – owady poruszające się po powierzchni wody w stawach i rzekach. Udaliśmy się na wycieczkę, żeby to sprawdzić. Oto wyniki naszych obserwacji:

28. WPŁYW MYDŁA I DETERGENTÓW NA SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE • Przedmioty: talerz z wodą, pieprz, płyn do naczyń. • Czynności: posypaliśmy wodę pieprzem. Następnie wlaliśmy do wody z pieprzem kroplę płynu. • Wynik: Pieprz „ucieka” od płynu. • Wniosek: Mydło i detergenty znacznie zmniejszają siły międzycząsteczkowe, ułatwiając tym samym zmywanie i pranie.

29. MENISK WKLĘSŁY I WYPUKŁY • Menisk jest to zakrzywienie powierzchni cieczy w miejscu jej zetknięcia z ciałem stałym. • Jeśli siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i ścianek naczynia są większe od sił między cząsteczkami cieczy, powierzchnia cieczy w pobliżu ścianek zakrzywia się w górę, czyli ciecz tworzy menisk wklęsły i zwilża ścianki naczynia (np. woda w niepełnym naczyniu ze szkła). • Jeśli siły między cząsteczkami cieczy i ścianek są małe, powierzchnia cieczy w pobliżu ścianek zakrzywia się w dół, wtedy ciecz tworzy menisk wypukły i nie zwilża ścianek naczynia (np. rtęć w rurce szklanej).

30. WŁOSKOWATOŚĆ • Przyrządy: wysokie naczynie z zabarwioną wodą, pasek ręcznika papierowego. • Czynności: zanurzamy końcówkę ręcznika papierowego w wodzie. • Wynik: Po pewnym czasie woda sama „wspięła” się do góry po papierze.

31. WŁOSKOWATOŚĆ C. D. • Wniosek: Bardzo wąskie rurki, których średnica jest rzędu 1 milimetra lub mniejsza, nazywamy włoskowatymi lub kapilarnymi. Jeśli taką rurkę zanurzymy w cieczy, która ją zwilża, to tworzy się menisk wklęsły. Powstaje wtedy ciśnienie powierzchniowe, które powoduje podnoszenie się cieczy powyżej powierzchni swobodnej cieczy w danym naczyniu. Im mniejsza jest średnica naczynia tym wysokość na jaką podnosi się woda jest większa. • Zjawisko włoskowatości ma bardzo duże znaczenie w przyrodzie – pozwala np. zasilać wszystkie części roślin wodą, która dociera tam wąskimi kanalikami.

32. RÓŻNICE W CZĄSTECZKOWEJ BUDOWIE CIAŁ STAŁYCH, CIECZY I GAZÓW • Dlaczego substancje dzielą się na ciała stałe, ciecze i gazy? Cała tajemnica tkwi w siłach działających między cząsteczkami. • Gazy – cząsteczki gazu prawie w ogóle na siebie nie oddziałują i dzięki temu poruszają się zupełnie swobodnie, oddalając się od siebie na dowolne odległości ze znacznymi prędkościami. • Ciecze – cząsteczki cieczy ułożone są chaotycznie, słabo na siebie oddziałują i mogą przemieszczać się swobodnie, ale tylko w objętości zajmowanej przez daną ciecz.

33. RÓŻNICE W CZĄSTECZKOWEJ BUDOWIE CIAŁ STAŁYCH, CIECZY I GAZÓW c.d. • Ciało stałe – atomy i cząsteczki tworzące ciała stałe, mocno się przyciągają, są "ciasno" ułożone jedna obok drugiej i prawie nie wykonują ruchu, tzn. nie zmieniają swoich pozycji względem innych atomów, a wykonują jedynie delikatne drgania wokół punktów równowagi. Atomy ciał stałych są ułożone bardzo regularnie, najczęściej zgodnie z geometrycznymi regułami symetrii - mówimy, że tworzą sieć krystaliczną. W typowych kryształach sieć atomów jest periodyczna, tzn. składa się z jednakowych fragmentów powtarzających się we wszystkie strony (w obrębie kształtu ciała).

34. RÓŻNICE W CZĄSTECZKOWEJ BUDOWIE CIAŁ STAŁYCH, CIECZY I GAZÓW c.d. • Przykładem substancji o budowie krystalicznej jest chlorek sodu, czyli sól kuchenna. Oto wyhodowane przez nas kryształy soli:

35. ZMIANY STANÓW SKUPIENIA • Stany skupienia ciał mogą ulegać zmianie pod wpływem: • dostarczonego/odebranego ciepła • zmiany ciśnienia

36. Płyn nienewtonowski • Zainteresowała nas pewna specyficzna substancja, a dokładniej tzw. płyn nienewtonowski, który ma dość dziwne właściwości. Otóż zachowuje się jak ciecz i jak ciało stałe, w zależności od tego, jak go „traktujemy”. Zobaczcie to na tym krótkim filmie:

37. HISTORIA POGLĄDÓW NA BUDOWĘ MATERII • Empedokles z Akragas (żył w V wieku p.n.e.) twierdził, że ogień, woda, powietrze i ziemia są fundamentalnymi elementami (nazywał je żywiołami), które w wyniku wzajemnych oddziaływań prowadzą do utworzenia innych postaci materii. • Demokryt i Leukippos (V wiek p.n.e.) uznali, że materię tworzą niepodzielne cząstki - nazwali je atomami.

38. HISTORIA POGLĄDÓW NA BUDOWĘ MATERII C.D. • Przeciwna teorię wysunęli (ok. 300 roku p.n.e.) greccy filozofowie – Platon i jego uczeń Arystoteles. Głosiła ona, że materia może być dzielona na coraz to mniejsze fragmenty nieskończenie wiele razy. • W 1661 roku ukazało się dzieło Roberta Boyle’a, w którym przychylił się on do koncepcji Demokryta i Leukipposa określając pierwiastki chemiczne jako trwałe, nieskomplikowane substancje, których nie da się rozłożyć na prostsze składniki.

39. HISTORIA POGLĄDÓW NA BUDOWĘ MATERII C.D. • Angielski chemik John Dalton w 1808 roku skonkretyzował nowoczesny sposób opisu pierwiastków chemicznych podając, że składają się one z atomów, których masy i rozmiary są określone. • Dymitr Mendelejew, rosyjski chemik w roku 1869 opublikował układ okresowy, który porządkował pierwiastki według wzrastającej liczby atomowej.

40. HISTORIA POGLĄDÓW NA BUDOWĘ MATERII C.D. • Dwadzieścia lat później Joseph Thomson dokonał odkrycia elektronów, co dowodziło, że atomy nie są niepodzielnymi cząstkami. • W latach 1900 – 2000 fizycy badający wnętrze jądra atomu, odkrywają cząstki mniejsze od niego – protony i neutrony. • Podczas II wojny światowej prowadzono intensywne badania nad bombą atomową. Fizycy odkryli jeszcze mniejsze cząstki subatomowe, zwane kwarkami. • Badania nadal trwają ;)

41. BIBLIOGRAFIA W naszej pracy korzystaliśmy z : • „Świat fizyki 1” – podręcznik dla uczniów gimnazjum pod redakcją Barbary Sagnowskiej • Strony internetowe: http://draco.uni.opole.pl/moja_fizyka/numer7/okno/prezentacja.html http://pl.wikipedia.org/wiki/Demokryt http://www.edukator.pl/portal-edukacyjny/ciecze-1/3805.html http://ec.europa.eu/climateaction/eu_action/less_greenhouse_gases/index_pl.htm http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Empedokles.jpeg http://pl.wikipedia.org/wiki/Menisk

42. BIBLIOGRAFIA C.D. • http://ec.europa.eu/climateaction/eu_action/less_greenhouse_gases/index_pl.htm • http://www.lekopedium.pl/produkt/str8-energy-dezodorant-meski-w-sprayu_1479.html • http://www.bryk.pl/teksty/gimnazjum/fizyka/procesy_termodynamiczne/10009-temperatura_skale_temperaturowe.html • http://odpowiedz.pl/646/646/kontakt.html • http://www.bryk.pl/teksty/gimnazjum/fizyka/procesy_termodynamiczne/19581-budowa_materii_masa.html • http://daktik.rubikon.pl/termodynamika/trmdn_3_zmiany_stanow_skupienial.htm

43. BIBLIOGRAFIA C.D. • http://pl.wikipedia.org/wiki/Leukippos • http://pl.wikipedia.org/wiki/Platon • http://pl.wikipedia.org/wiki/Arystoteles • http://pl.wikipedia.org/wiki/Robert_Boyle • http://pl.wikipedia.org/wiki/John_Dalton • http://pl.wikipedia.org/wiki/Dmitrij_Mendelejew • http://pl.wikipedia.org/wiki/Joseph_John_Thomson