szczypta (al)chemii i nauk pokrewnych -...

Szczypta (al)chemii i nauk pokrewnych

... dla humanistów

Wojciech Grochala

Uniwersytet Warszawski Centrum Nowych Technologii

Wykład III – Atom

Determinizm

Ojcowie nauk ścisłych

Wojciech Grochala

Demokryt z Abdery 460–370 BC

Leucyp z Miletu V w. BC

Nic nie dzieje się bez przyczyny, lecz wszystko z jakiejś racji i konieczności


Atomos vel "niepodzielny"

“Racjonalna” teoria tworzywa

Wojciech Grochala

Demokryt z Abdery 460–370 BC

Leucyp z Miletu V w. 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


Renesans atomów

“A New System of Chem. Phil. ”

Wojciech Grochala

John Dalton 1766–1844

Prawo stosunków wielokrotnych (1802)

1808

The elements of oxygen may combine with a certain portion of nitrous gas or with twice that portion, but with no intermediate quantity

symbole atomowe

cząsteczki

WZORY CHEMICZNE


Renesans atomów

“A New System of Chem. Phil. ”

Wojciech Grochala

John Dalton 1766–1844

1808

(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.


Renesans atomów, c.d.

Materia: z atomów wodoru

Wojciech Grochala

William Prout 1785–1850

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) H: 1 C: 12 N: 14 O: 16 …

Cl: 35.5 (!)

35Cl: ok. ¾ 37Cl: ok. ¼


“Narodziny” cząstek “element. ”

Proton (nienazwany)

Wojciech Grochala

Eugen Goldstein 1850–1930

GLIWICE

prom. anodowe (kanałowe) potem: m=1840 me

1886


“Narodziny” cząstek “element. ”

Elektron

Wojciech Grochala

Joseph J. Thomson 1856–1940

1897

prom. katodowe


Model atomu Thomsona

“Pudding śliwkowy”

Wojciech Grochala

Joseph J. Thomson 1856–1940

Odkryto już: elektron (prom. katodowe, 1897) protony (prom. anodowe, 1886)

1904


Eksperyment ze złotą folią

Popsuli ciociny pudding…

Wojciech Grochala

Hans W. Geiger 1882–1945

Ernest Marsden 1889–1970

1909


1911

Interpretacja eksperymentu

Nowy model!

Wojciech Grochala

Ernest Rutherford 1871–1937


Jak duży jest atom?

“bardzo mały” (Demokryt, Dalton)

Wojciech Grochala


He (α)

10–10 m

Ile atomów mieści się…

… na główce od szpilki?

Wojciech Grochala


1 mm =10–3 m

atom 10–10

m

Tomasz z Akwinu (1225–1274) Summa Theologiae, cz. II, rozdz. LII 3

1014 atomów

100,000,000,000,000

Mikroskop elektronowy

SEM

Wojciech Grochala


Mikroskop elektronowy

TEM (HR)

Wojciech Grochala


Manipulacje atomami

STM – AFM (tip)

Wojciech Grochala


Jądro + elektron(y)

Szkoła kopenhaska

Wojciech Grochala

• Jak rusza się elektron??? • Czemu nie spada na jądro? • Dlaczego wzbudzenia są skwantowane?


1911 1913

Niels Bohr 1885–1962

serie Balmera (1885)

Układy planetarne

Ordnung muss sein

Wojciech Grochala


1543 1913

Rozwój teorii kwantów

Elektron(y)

Wojciech Grochala


1911 1913 1924-7 1904

“stara” “nowa”

• Postulaty mech. kwantowej (ex cathedra)

(In)determinizm

Tragedia grecka…

Wojciech Grochala


1926 Ψ

1924-7

“nowa”

• Interpretacja kopenhaska (obserwator) • Reakcja Einsteina

Werner Heisenberg 1901–1976

Erwin Schrödinger 1887–1961

1927 ZNH

Ile waży atom wodoru?

p + e = H?

Wojciech Grochala


p+: 1.67262178 × 10–27 kg e–: 9.10938291 × 10–31 kg suma: 1.673532718291 × 10–27 kg vs. H: 1.007825 amu = 1.673532637049 × 10–27 kg różnica: 8.1242 × 10–35 kg (45.58 eV) vs. IP = 13.6 eV

Fizyka & chemia: Układ Okresowy

Wojciech Grochala


1911

Antonius van den Broek 1870–1926

Jądro + elektron(y)

HIPOTEZA numer pierwiastka w Układzie Okresowym (dziś: liczba atomowa) jest taki sam, jak ładunek jądra

Henry G. J. Moseley

1887–1915

1913 DOWÓD Prawo Moseleya (x-ray)

Od protyli do protonów

Znowu Rutherford…!

Wojciech Grochala


14N + α → 17O + p 1917

• Czemu jądro jest stabilne (+ & +)?

• Dlaczego masa jądra jest większa niż masa protonów?

Ernest Rutherford 1871–1937

1920

Neutron

Znowu Rutherford…!

Wojciech Grochala


1931 • Nienaładowane promieniowanie z pewnych reakcji jądrowych

James Chadwick 1891–1974

1932 • Masa cząstki podobna do masy protonu

p+ + e– = n?

NIE!

Wojciech Grochala


p+: 1.67262178 × 10–27 kg e–: 9.10938291 × 10–31 kg suma: 1.673532718291 × 10–27 kg vs. n: 1.674927351(74) × 10–27 kg różnica: 1.394632709 × 10–30 kg (7.82 x 105 eV) relativistic electrons (1.4 vs. 0.9 x 10–27 kg)

Wychwyt elektronu. Gwiazdy neutronowe.

Izotopy

Isos–topos

Wojciech Grochala

• jądra mogą różnić się masą (liczbą neutronów)


Promieniotwórczość

Fizyka czy chemia jądrowa?

Wojciech Grochala


235U → 231Th + 4α 1913 prawo przesunięć

Kazimierz Fajans 1887–1975

& Frederick Soddy

1877–1956

230Ac → 230Th + β

NE* → NE + γ

Nowe pierwiastki

Rodzinka Curie

Wojciech Grochala


1898 (Po&Ra) 1903&1911 NN (Ph+Ch)

Maria Skłodowska 1867–1934

& Pierre Curie 1859–1906

Fusion vs. fission

E=mc2

Wojciech Grochala

FUSION FISSION


Promieniotwórczość

Współczesna alchemia

Wojciech Grochala


chrysopoeia (transmutacja

w złoto)

1941 202Hg + n → 199Au + 4α

Down the rabbit hole…

Hipoteza kwarków

Wojciech Grochala

-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–…

Równania fizyki cząstek & chemii

Ordnung muss sein??????

Wojciech Grochala


proton(+)

e

elektron(–)

+ + Energia

neutron(0)

C + O2 CO2

Cząstki “elementarne”

Size matters

Wojciech Grochala


„Model standardowy”

Zamiast zakończenia

Dlaczego 17????

Wojciech Grochala

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!

szczypta (al)chemii i nauk pokrewnych -...

Documents