Historia atomu

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 2

Demokryt z Abdery urodził się ok. 460 p.n.e., a zmarł ok. 370 p.n.e. Był myślicielem, podróżnikiem, naukowcem, uczniem Leucypa (filozofa greckiego). Był znany jako śmiejący się filozof. Demokryt urodził się w Tracji. W młodości uczył się od kapłanów i magów, później studiował filozofię w szkole Leucypa (filozofa greckiego), gdzie zainteresował się teorią atomu. Stworzył siedemdziesiąt prac, które były związane z różnymi dziedzinami nauki m.in. z chemią, fizyką, astronomią, medycyną. Jednak większość praz Demokryta nie zachowała się, pozostało tylko kilka fragmentów zapisanych w poemacie greckiego poety Lukrecjusza pt. De rerum natura. Według historyków Demokryt był nauczycielem Hippokratesa. Mieszkańcy Abdery uważali go za szaleńca, stąd też jego przydomek Śmiejący się Filozof.  

Slide 3

Wraz z Leucypem jest założycielem starożytnego atomizmu (teorii o ziarnistej, nieciągłej strukturze materii, twierdzenie, że materia składa się z niepodzielnych elementów, niegdyś atomów a współcześnie: cząstek elementarnych)). Dzięki podróżom i gruntownym studiom zyskał obszerną wiedzę we wszystkich dziedzinach. Według Demokryta prawdziwe poznanie wychodzi od zmysłów, ale da się osiągnąć tylko umysłem, który odróżnia złudne własności zmysłowe, od właściwej poza nimi leżącej istoty. Ten byt sam w sobie nie jest jednością w spoczynku, jak u Parmenidesa, ale ilością cząsteczek, pozostającą w ciągłym ruchu. Jest to wielość drobnych niepodzielnych cząsteczek zwanych atomami. Są to najmniejsze cząsteczki jakie istnieją w przyrodzie, są niepodzielne. Mają one różny kształt i wirują w pustej przestrzeni - w próżni. Z ich połączeń i różnych kombinacji powstają poszczególne ciała i światy, których istnieje nieskończenie wiele. O połączeniu się pewnych atomów w jedną całość decyduje ich podobieństwo.   Najdelikatniejsze, najgładsze atomy tworzą duszę, która wskutek tego może przenikać całe ciało, niemniej jednak jest materialna i podlega rozkładowi. Atomy duszy rozsiane są w powietrzu i człowiek wciąga je wraz z oddechem.

Slide 4

System Demokryta jest materialistyczny, materialistyczna jest również jego etyka, według której pogoda ducha jest najwyższym dobrem, stąd nadano Demokrytowi przezwisko śmiejącego się filozofa. Stwierdził on, że materia złożona jest z niepodzielnych, niewielkich cząstek zwanych atomami (od atomos niepodzielny) i był on bardzo blisko prawdy Atomizm Demokryta wywarł poprzez systemy Epikura, Lukrecjusza, atomistów średniowiecza, Galileusza i Gassendiego wpływ na nowożytną chemię. Był znakomitym przyrodnikiem w starożytności, a swe poglądy oparł na wyjaśnianiu zjawisk przyrodniczych na zasadzie mechanicznej konieczności. Wszystko według niego dzieje się na mocy techniki atomów, które są wieczne, rozmaite pod względem kształtu, wielkości, położenia i układu i znajdują się one w ciągłym ruchu.   Na podstawie ułożenia i rodzaju atomów postrzegano: - substancja twarda (atomy ułożone gęsto) - substancja miękka (atomy ułożone luźno) - słodki smak (gładkie atomy) - ostry, kwaśny, gorzki smak (ostre, nierówne atomy) - kolory (w zależności od różnego ułożenia atomów)

Slide 5

Demokryt twierdził, że liczba atomów jest stała, co tłumaczył faktem, że nic w przyrodzie w sensie ścisłym nie powstaje samo z siebie ani nie ginie. Niemożliwym jest, zatem proces utworzenia nowego ciała z niczego atomy nie powstają z próżni ani też w próżnię się nie zamieniają. Ciało powstaje na skutek utworzenia grupy atomów, jego zniszczenie jest zaś wynikiem rozerwania tej grupy. Demokryt postulował nieskończoną różnorodność atomów. Nieskończenie wiele jest także możliwości ich łączenia i grupowania. Atomy Demokryta różnią się między sobą kształtem i wielkością. Rzeczy białe, zdaniem filozofa, zbudowane są z atomów gładkich, czarne zaś z atomów chropowatych. Atomy kuliste determinują postrzeganie smaku ciała, jako słodkiego, kanciaste tworzą ciała o smaku gorzkim. Atomy najmniejsze składają się na materię ożywioną, podczas gdy większe tworzą materię nieożywioną

Slide 6

Rzeczy twarde zbudowane są z atomów ściśle do siebie przylegających, natomiast pomiędzy atomami ciał miękkich występuje dużo próżni. Różnice między poszczególnymi przedmiotami zależą ostatecznie od ilości, wielkości, formy i uporządkowania atomów, z których te przedmioty się składają. Nieustanne zmiany świata Demokryt opisywał, jako wynik nieustannych zderzeń atomów, z których świat jest zbudowany. Atomy na skutek różnej wielkości poruszają się w kierunku z góry na dół z różną prędkością. Prowadzi to do interakcji sąsiadujących ze sobą atomów i ostatecznie do nowego ich grupowania bądź też rozerwania istniejącego już układu atomów.

Slide 7

John Dalton Urodził się 6 września 1766 w Eaglesfield, zmarł 27 lipca 1844 w Manchester. To angielski fizyk, chemik i meteorolog. Jest Twórcą nowożytnej atomistycznej teorii materii opublikowanej w rozprawie A new System of Chemical Philosophy. Dalton odkrył prawo ciśnień cząstkowych, prawo stosunków wielokrotnych, opisał wadę wzroku nazywaną później daltonizmem. Na jego cześć jednostkę nazwano daltonem (Da). masy atomowej

Slide 8

Gdy miał 12 lat założył własną szkołę, która jednak nie zyskała akceptacji. Po tym niepowodzeniu Dalton przeniósł się do pobliskiej osady, gdzie ze starszym bratem Jonathanem pracowali w szkole. Wolny czas John spędzał na czytaniu dzieł Newtona i Boylea. Dalton uważany był przez społeczność naukową za amatora. Sam też nie wierzył innym naukowcom, rzadko czytał książki. Prowadził spokojny tryb życia. Całe dnie spędzał w laboratorium. Czwartkowe popołudnia spędzał w kręgielni. Gra ta powodowała, że spokojny i opanowany naukowiec bardzo się zmieniał (biegał, skakał). Mimo braku zdolności towarzyskich miał wielu oddanych przyjaciół. Nigdy się nie ożenił. Dalton kochał naturę, co roku wybierał się do Cumberland, do krainy jezior. Na pogrzeb Johna Daltona przyszło ponad 40 tysięcy ludzi, oddając mu hołd.

Slide 9

Teoria atomistyczna. John Dalton zauważył, że własności gazów najlepiej dają się wytłumaczyć przy założeniu, iż są one zbudowane z atomów. Stwierdził, że związek chemiczny zawsze zawiera te same ilości wagowe składających się nań pierwiastków. Na początku XIX w. zrewolucjonizował naukę, ogłaszając teorię atomistyczną budowy materii. Wstępne elementy koncepcji Daltona opublikowane zostały przez Thomasa Thomsona w roku 1804, natomiast pełną pracę opublikował Dalton w roku

Slide 10

John Dalton, jako pierwszy zasugerował podział pierwiastków na atomy, których jednakże nie należy utożsamiać z pojęciem atomu, o którym wspominał już Demokryt, tj. drobnej cząstki każdego ciała, stanowiącej niejako jego ułamek. Innymi słowy, J. Dalton zauważył różnice występujące pomiędzy atomami poszczególnych pierwiastków, określane współcześnie, jako właściwości danego pierwiastka, wynikające m.in. z właściwości atomu, wiązań między atomami czy ich układu w przestrzeni. Teoria Daltona składa się z następujących postulatów:

Slide 11

Atom jest najmniejszym budulcem materii. Jest jednolity i niepodzielny. Wszystkie atomy danego pierwiastka chemicznego są identyczne (posiadają ten sam zespół właściwości). Atomy danego pierwiastka A różnią się od atomów pierwiastka B. Atomy są niezmienne i niepodzielne. Atomy danego pierwiastka A nie mogą przemienić się w atomy pierwiastka B. Atomy nie zmieniają się w trakcie reakcji chemicznych. Związki chemiczne powstają przez łączenie się pierwiastków w stałych stosunkach.

Slide 12

Podstawowe założenia teorii Daltona: Materia złożona jest z niewidzialnych atomów; Wszystkie atomy jednego pierwiastka mają identyczną masę i pozostałe właściwości; Każdy pierwiastek zbudowany jest z niepowtarzalnych atomów, różniących się od innych masą; Atomy są niezniszczalne i nie podlegają przemianom podczas reakcji chemicznych, zmienia się tylko ich wzajemne ułożenie i powiązanie; Cząsteczka związku chemicznego składa się ze skończonej i niewielkiej liczby atomów różnych pierwiastków.

Slide 13

Niels Henrik David Bohr urodził się 7 października 1885 w Kopenhadze, zmarł 18 listopada 1962. To fizyk duński, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1922 za opracowanie teorii budowy (struktury) atomu.  Jego prace naukowe przyczyniły się do zrozumienia budowy atomu oraz rozwoju mechaniki kwantowej. W Manchesterze podjął pod nadzorem Ernesta Rutherforda pracę nad teorią budowy atomu opierając się na teoriach Rutherforda.

Slide 14

W 1913 roku opublikował pracę, w której opisał swój model budowy atomu wodoru. Oparł swój model na pewnych postulatach. Pierwszy: moment pędu elektronu jest równy (h kreślone stała Plancka h podzielona przez 2π). Tylko na orbicie zgodnej z tym postulatem, elektron nie promieniuje. Drugi postulat: Różnica energii elektronu na dwóch sąsiednich orbitach jest równa stała Plancka pomnożona przez częstotliwość fali promieniowania. Postulat ten tłumaczy tzw. widmo atomowe. Dalsze orbity zawierają więcej elektronów niż bliższe, co tłumaczy chemiczne własności pierwiastków. Elektron może przemieszczać się pomiędzy poszczególnymi orbitami dzięki emisji lub pochłanianiu fotonów. Jego założenia stały się podstawą mechaniki kwantowej.

Slide 15

Jeden ze studentów Bohra, Werner Heisenberg podczas wojny kierował niemieckim projektem budowy bomby atomowej. W 1941 roku, kiedy Dania była okupowana przez Niemcy, Heisenberg odwiedził Bohra w Kopenhadze, dzięki czemu ten posiadł pewną wiedzę na temat hitlerowskich planów. W roku 1943 Bohr uciekł do Szwecji, aby uniknąć aresztowania przez Gestapo. Potem przedostał się do Londynu a stamtąd, udał się do USA. Był członkiem projektu Manhattan, jednak nie wniósł większego wkładu do pracy, bo miał moralne wątpliwości, czy należy budować broń masowej zagłady. Kiedy wrócił po wojnie do Kopenhagi był orędownikiem pokojowego wykorzystania energii atomowej. Zmarł w Kopenhadze 18 listopada 1962 roku. Aby uczcić Bohra jego nazwiskiem nazwano pierwiastek o liczbie atomowej 107- bohr.

Slide 16

Model atomu Bohra Najważniejsze postulaty w teorii Bohra: Elektron w atomie może przemieszczać się tylko tak, aby jego energia przyjmowała ściśle określone wartości. Elektron poruszający się po swojej typowej orbicie nie traci energii. Przyjmował on, że elektrony poruszają się po orbitach kołowych nazywanych stacjonarnymi. Elektron znajdujący się na orbicie stacjonarnej przyjmuje ściśle określoną energię. Jeśli energia jest skwantowana to promienie orbit nie mogą być dowolne. Promienie orbit są również skwantowane, co pozwoliło na ich skwantowanie. Każda kolejna powłoka jest coraz bardziej oddalona od poprzedniej. W efekcie rozmiary atomów szybko rosną wraz ze zwiększająca się liczbą powłok. Drugi postulat mówiący o tym, że elektron w stanie stacjonarnym nie traci energii, pozwala interpretować widma atomów, czyli analizować barwy światła, jakie wysyła świecący atom. Analiza tego światła umożliwia z kolei obliczanie energii elektronów w atomach.

Slide 17

Sir John Joseph JJ Thomson Urodził się 18 grudnia 1856, zmarł 30 sierpnia 1940. To brytyjski fizyk i laureat Nagrody Nobla. Przypisuje mu się do odkrycia elektronu i izotopów oraz wynalazek spektrometru masowego. Thomson otrzymał w 1906 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie elektronu i za jego pracę nad przewodnictwem energii elektrycznej w gazach.

Slide 18

Jego wczesne kształcenie odbyło się w małych, prywatnych szkołach, w których dowodził wielkim talentem i zainteresowaniem nauką. w 1880 roku uzyskał licencjat z matematyki. Otrzymał tytuł szlachecki w 1908 roku. Wyznaczył stosunek ładunku elektronu do jego masy (sformułował zasadę działania spektrometru masowego), odkrył, że liczba elektronów w atomie równa jest połowie liczby masowej. Opracował pierwszy nowożytny (błędny) model atomu, w którym ujemne elektrony były równomiernie rozmieszczone wśród (wówczas jeszcze nie poznanych) dodatnio naładowanych cząstek. Potwierdził (1897) korpuskularny charakter promieniowania katodowego. Wraz ze swoim uczniem E. Rutherfordem odkrył i zbadał jonizację powietrza wywoływaną przez promieniowanie rentgenowskie (1896). Wykazał istnienie trwałych izotopów neonu (1913, wspólnie z F.W. Astonem).

Slide 19

Model atomu Thomsona W modelu tym Thomson założył, że każdy atom jest zbudowany z jednorodnej kuli naładowanej dodatnio, wewnątrz której znajdują się ujemnie naładowane elektrony. Za pomocą tego modelu, mającego obecnie znaczenie tylko historyczne, próbowano w sposób klasyczny wyjaśnić budowę atomu. Model ciasta z rodzynkami został obalony w eksperymencie ze złotą folią, przeprowadzonym przez Ernesta Rutherforda i opisanym w 1911 roku. Wyniki eksperymentu, sprzeczne z modelem atomu Thomsona, Rutherford wyjaśnił przyjmując, że atom zawiera bardzo małe jądro naładowane dodatnio, którego ładunek jest tak duży, że jest w stanie utrzymać wokół siebie nawet kilkadziesiąt elektronów, jak w atomie złota.