Budowa materii
Chemia, jak wiemy zajmuje się materią i jej przemianami. Materią jest wszystko, co ma masę i zajmuje objętość, wszystko, czego możesz dotknąć. Materia składa się z wszystkich materiałów dokoła nas - gazów, cieczy i ciał stałych o róznych kształtach i wymiarach. Często dotykając wielu przedmiotów zadajemy sobie pytanie - jak ta materia jest zbudowana, jakie są jej najmniejsze cegiełki? Otóż okazuje się, że materia nie ma struktury ciągłej. Ma ona ma budowę ziarnistą, nieciągłą, gdyż dowolnie mała przestrzeń pomyślana w jej wnętrzu nie jest nią całkowicie wypełniona. A to oznacza, że istnieją w tej bryle materii puste przestrzenie nie zawierające żadnych składników materialnych.
 Rys. 1 Schemat dyfuzji |
O nieciągłej budowie materii wnioskujemy z szeregu potocznych zjawisk. Na przykład proces dyfuzji, czyli zjawisko samorzutnego mieszania się różnych substancji we wszystkich stanach skupienia zachodzi dzięki temu, że pomiędzy skupieniami (cząsteczkami) jednej substancji istnieją wolne przestrzenie, przez które mogą przenikać cząsteczki innej substancji.
Przykładem jest proces dyfuzji jaki zachodzi w czasie parzenia herbaty w szklance. Zalana wrzątkiem herbata uwalnia esencję, która samorzutnie przemieszcza się w całej objętości naczynia. W wyniku samorzutnego przemieszczania się drobin wody i drobin substancji esencji następuje wyrównanie stężeń w całej objętości szklanki. W tym przypadku dyfuzja jest wywołana ruchem termicznym cząsteczek. Podczas dyfuzji stężenia wyrównują się i otrzymujemy mieszaninę jednorodną.
Na rysunku 1 został przedstawiony proces dyfuzji jaki zachodzi między czystym rozpuszczalnikiem nawarstwionym na roztwór, który zawiera rozpuszczoną sól. Po pewnym czasie zaobserwujemy wyrównanie stężeń obu części.
Gdyby materia była ciągła, wówczas nie występowałoby zjawisko dyfuzji
|
|
O nieciągłej budowie materii swiadczą również takie zjawiska jak;
- rozchodzenie się zapachów w pomieszczeniach.
Pytanie - co jest najmniejszą częścią materii?
Rys. 2 Mikroskop elektronowy i struktura kryształu złota
|
Wyobraźmy sobie, że rozdrabniamy węgiel w moździerzu, który jest substancją prostą (pierwiastkiem). W czasie rozdrabniania rozpada sie na pył i dochodzimy do momentu, kiedy dalsze rozdrabnianie nie daje efektów, czyli nie obserwujemy żadnych zmian. Pył, który otrzymaliśmy dalej jest pyłem. Okazuje się, że te najmniejsze drobiny pyłu jakie uzyskaliśmy w czasie rozdrabniania zawierają jeszcze mniejsze drobiny i może ich być kilka tysięcy. Że tak jest, dowodzą tego obrazy ciał stałych w dużym powiększeniu. Takie powiekszenie możemy uzyskać w mikroskopie elektronowym (rys.2). Rysunek ten przedstawia obraz struktury kryształu ciała stałego jakim jest złoto, na którym widać mniejsze drobiny (miejsca zaciemnione). Kryształy znamy z codziennego doświadczenia a są nimi: cukier, sól, kryształy różnych minerałów, kamienie szlachetne oraz metale. I właśnie dzieląc te substancje na mniejsze części dochodzimy do momentu, kiedy podział staje się niemożliwy. Kresem podziału są najmniejsze drobiny niepodzielne posiadające właściwości pierwiastka i nazywane atomami.
|
Atom jest najmniejszą jednostką budowy pierwiastka chemicznego, ale już - bez naruszenia zasadniczych właściwości pierwiastka - niepodzielną.
|
Podobny efekt osiągniemy rozdrabniając substancję złożoną (związek chemiczny). Ale te najmniejsze drobiny nazywamy cząsteczkami.
Cząsteczka jest najmniejszą jednostką budowy związku chemicznego, ale już - bez naruszenia zasadniczych właściwości związku chemicznego - niepodzielną.
|
Skupienia materii zwane cząsteczkami zbudowane są z mniejszych jednostek strukturalnych zwanych atomami
|
Jak mały jest atom?
Badania atomów różnych pierwiastków pokazały, że jego średnica jest wielkością bardzo małą i wynosi
ok. 0,0000000002 = 2 * 10-10 m, a masa ok. 0,00000000000000000000000005 = 5 * 10-26 kg.
Atom jest tak mały, że nie dostrzeżemy go ani pod lupą, ani pod mikroskopem. Wyodrębnienie pojedyńczego atomu jest więc praktycznie niemożliwe. Obrazy atomów uzyskano dopiero niedawno przy olbrzymich powiększeniach w specjalnym mikroskopie; wyglądają one jak małe kulki.
Trudno wyobrazic sobie, jak małe są atomy. Pewien pogląd na to mogą dać porównania.
Ile atomów możemy rozmieścic wzdłuż średnicy główki szpilki?
Główka szpilki ma średnicę około 1 x 10-3 m (milimetr długości). Atom ma średnicę 2.5 x 10-10 m, wtedy
(1 atom/2.5 x 10-10 m) * (1 x 10-3 m) = 4 x 106 atomów
Czyli cztery miliony atomów (4000000) można rozmieścić wzdłuż średnicy główki szpilki.
Jeżeli ta sama główka szpilki będzie jądrem atomu, to odpowiednio średnica atomu bedzie miała wartość 10m (średnica jądra ma wymiar około 0,01% średnicy atomu).
|
Współczesny stan wiedzy o budowie materii przyjmuje, że z kolei atom zbudowany jest jeszcze z mniejszych składników tj. jądra, w którego niezwykle małej objętości skupiona jest niemal cała masa atomu, oraz elektronów znajdujących się w stosunkowo dużej przestrzeni otaczającej jądro. Więcej szczegółów budowy samego atomu w kolejnych rozdziałach.
Ważne pojęcia
Atom - jest najmniejszą jednostką budowy pierwiastka chemicznego, ale już - bez naruszenia zasadniczych właściwości pierwiastka - niepodzielną.
Cząsteczka - jest najmniejszą jednostką budowy związku chemicznego, ale już - bez naruszenia zasadniczych właściwości związku chemicznego - niepodzielną.
|
|
