Szczypta (al)chemii i nauk pokrewnych. ... dla humanistów. Wojciech Grochala. Wykład III Atom. Uniwersytet Warszawski Centrum Nowych Technologii

Transkrypt

1 Szczypta (al)chemii i nauk pokrewnych Uniwersytet Warszawski Centrum Nowych Technologii... dla humanistów

2 Determinizm Leucyp z Miletu V w. BC Demokryt z Abdery BC Nic nie dzieje się bez przyczyny, lecz wszystko z jakiejś racji i konieczności Ojcowie nauk ścisłych

3 Atomos vel "niepodzielny" Leucyp z Miletu V w. BC Demokryt z Abdery BC Materia jest zbudowana z małych, niepodzielnych, niezmiennych i nieprzenikliwych cząstek, otoczonych próżnią i różniących się między sobą: kształtem, położeniem i porządkiem A CO WIEMY DZIŚ? Wesoły Demokryt i podejrzenia o szaleństwo Racjonalna teoria tworzywa

4 Atomos vel "niepodzielny" Leucyp z Miletu V w. BC Demokryt z Abdery BC Materia jest zbudowana z małych, niepodzielnych, niezmiennych i nieprzenikliwych cząstek, otoczonych próżnią i różniących się między sobą: kształtem, położeniem i porządkiem A CO WIEMY DZIŚ? Wesoły Demokryt i podejrzenia o szaleństwo Racjonalna teoria tworzywa

5 Renesans atomów 1808 John Dalton Prawo stosunków wielokrotnych (1802) symbole atomowe The elements of oxygen may combine with a certain portion of nitrous gas or with twice that portion, but with no intermediate quantity cząsteczki WZORY CHEMICZNE A New System of Chem. Phil.

6 Renesans atomów 1808 John Dalton (i) Elements are made of extremely small particles called atoms. (ii) Atoms of a given element are identical in size, mass, and other properties; atoms of different elements differ in size, mass, and other properties. (iii) Atoms cannot be subdivided, created, or destroyed. (iv) Atoms of different elements combine in simple whole-number ratios to form chemical compounds. (iv) In chemical reactions, atoms are combined, separated, or rearranged. A New System of Chem. Phil.

7 Renesans atomów 1808 John Dalton (i) Elements are made of extremely small particles called atoms. (ii) Atoms of a given element are identical in size, mass, and other properties; atoms of different elements differ in size, mass, and other properties. (iii) Atoms cannot be subdivided, created, or destroyed. (iv) Atoms of different elements combine in simple whole-number ratios to form chemical compounds. (iv) In chemical reactions, atoms are combined, separated, or rearranged. A New System of Chem. Phil.

8 Renesans atomów, c.d. Prawo protyli 1815 the atomic weights that had been measured for the elements known at that time appeared to be whole multiples of the atomic weight of hydrogen (całkowite wielokrotności) William Prout H: 1 C: 12 N: 14 O: 16 Cl: 35.5 (!) 35 Cl: ok. ¾ 37 Cl: ok. ¼ Materia: z atomów wodoru

9 Narodziny cząstek element. prom. anodowe (kanałowe) potem: m=1840 m e 1886 Eugen Goldstein GLIWICE Proton (nienazwany)

10 Narodziny cząstek element Joseph J. Thomson prom. katodowe Elektron

11 Narodziny cząstek element Joseph J. Thomson prom. katodowe Elektron

12 Model atomu Thomsona 1904 Joseph J. Thomson Odkryto już: elektron (prom. katodowe, 1897) protony (prom. anodowe, 1886) Pudding śliwkowy

13 Eksperyment ze złotą folią 1909 Hans W. Geiger Ernest Marsden Popsuli ciociny pudding

14 Interpretacja eksperymentu 1911 Ernest Rutherford Nowy model!

15 Interpretacja eksperymentu 1911 Ernest Rutherford Nowy model!

16 Interpretacja eksperymentu 1911 Ernest Rutherford Nowy model!

17 Jak duży jest atom? He (α) m bardzo mały (Demokryt, Dalton)

18 Ile atomów mieści się 1 mm =10 3 m atom m atomów 100,000,000,000,000 Tomasz z Akwinu ( ) Summa Theologiae, cz. II, rozdz. LII 3 na główce od szpilki?

19 Mikroskop elektronowy SEM

20 Mikroskop elektronowy SEM

21 Mikroskop elektronowy TEM (HR)

22 Manipulacje atomami STM AFM (tip)

23 Jądro + elektron(y) Jak rusza się elektron??? Czemu nie spada na jądro? Dlaczego wzbudzenia są skwantowane? Niels Bohr serie Balmera (1885) Szkoła kopenhaska

24 Układy planetarne Ordnung muss sein

25 Rozwój teorii kwantów stara nowa Postulaty mech. kwantowej (ex cathedra) Elektron(y)

26 (In)determinizm 1926 Ψ ZNH Erwin Schrödinger nowa Interpretacja kopenhaska (obserwator) Reakcja Einsteina Werner Heisenberg Tragedia grecka

27 Ile waży atom wodoru? p + : kg e : kg suma: kg vs. H: amu = kg różnica: kg (45.58 ev) vs. I P = 13.6 ev p + e = H?

28 Jądro + elektron(y) 1911 HIPOTEZA numer pierwiastka w Układzie Okresowym (dziś: liczba atomowa) jest taki sam, jak ładunek jądra Antonius van den Broek DOWÓD Prawo Moseleya (x-ray) Henry G. J. Moseley Fizyka & chemia: Układ Okresowy

29 Jądro + elektron(y) 1911 HIPOTEZA numer pierwiastka w Układzie Okresowym (dziś: liczba atomowa) jest taki sam, jak ładunek jądra Antonius van den Broek DOWÓD Prawo Moseleya (x-ray) Henry G. J. Moseley Fizyka & chemia: Układ Okresowy

30 Od protyli do protonów 14 N + α 17 O + p 1917 Czemu jądro jest stabilne (+ & +)? Dlaczego masa jądra jest większa niż masa protonów? 1920 Ernest Rutherford Znowu Rutherford!

31 Neutron Nienaładowane promieniowanie z pewnych reakcji jądrowych Masa cząstki podobna do masy protonu James Chadwick Znowu Rutherford!

32 p + + e = n? p + : kg Wychwyt elektronu. Gwiazdy neutronowe. e : kg suma: kg vs. n: (74) kg różnica: kg (7.82 x 10 5 ev) relativistic electrons (1.4 vs. 0.9 x kg) NIE!

33 Izotopy jądra mogą różnić się masą (liczbą neutronów) Isos topos

34 Promieniotwórczość 235 U 231 Th + 4 α Ac 230 Th + β N E* N E + γ prawo przesunięć Kazimierz Fajans & Frederick Soddy Fizyka czy chemia jądrowa?

35 Nowe pierwiastki 1898 (Po&Ra) 1903&1911 NN (Ph+Ch) Maria Skłodowska & Pierre Curie Rodzinka Curie

36 Fusion vs. fission FUSION FISSION E=mc 2

37 Promieniotwórczość 202 Hg + n 199 Au + 4 α 1941 chrysopoeia (transmutacja w złoto) Współczesna alchemia

38 Down the rabbit hole -wielorakie typy przyzwolenia na podzielność atomu! -czy neutron, proton, elektron są PODZIELNE? -z czego "składa się" materia? 1964 proton Murray Gell-Mann 1929 & George Zweig 1937 Hipoteza kwarków

39 Równania fizyki cząstek & chemii e + + Energia elektron( ) proton(+) neutron(0) C + O 2 CO 2 Ordnung muss sein??????

40 Cząstki elementarne Model standardowy Size matters

41 Zamiast zakończenia 1. Ene 2. Due 3. Like 4. Fake 5. Torba 6. Borba 7. Usme 8. Smake 9. Eus 10. Deus 11. Kosma 12. Teus 13. I 14. Mo- 15. re- 16. le 17. Baks! Dlaczego 17????