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
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
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.
Wykład III – Atom
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.
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
“Narodziny” cząstek “element. ”
Proton (nienazwany)
Wojciech Grochala
Eugen Goldstein 1850–1930
GLIWICE
prom. anodowe (kanałowe) potem: m=1840 me
1886
Wykład III – Atom
“Narodziny” cząstek “element. ”
Elektron
Wojciech Grochala
Joseph J. Thomson 1856–1940
1897
prom. katodowe
Wykład III – Atom
“Narodziny” cząstek “element. ”
Elektron
Wojciech Grochala
Joseph J. Thomson 1856–1940
1897
prom. katodowe
Wykład III – Atom
Model atomu Thomsona
“Pudding śliwkowy”
Wojciech Grochala
Joseph J. Thomson 1856–1940
Odkryto już: elektron (prom. katodowe, 1897) protony (prom. anodowe, 1886)
1904
Wykład III – Atom
Eksperyment ze złotą folią
Popsuli ciociny pudding…
Wojciech Grochala
Hans W. Geiger 1882–1945
Ernest Marsden 1889–1970
1909
Wykład III – Atom
1911
Interpretacja eksperymentu
Nowy model!
Wojciech Grochala
Ernest Rutherford 1871–1937
Wykład III – Atom
1911
Interpretacja eksperymentu
Nowy model!
Wojciech Grochala
Ernest Rutherford 1871–1937
Wykład III – Atom
1911
Interpretacja eksperymentu
Nowy model!
Wojciech Grochala
Ernest Rutherford 1871–1937
Wykład III – Atom
Jak duży jest atom?
“bardzo mały” (Demokryt, Dalton)
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
He (α)
10–10 m
Ile atomów mieści się…
… na główce od szpilki?
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
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
Jądro + elektron(y)
Szkoła kopenhaska
Wojciech Grochala
• Jak rusza się elektron??? • Czemu nie spada na jądro? • Dlaczego wzbudzenia są skwantowane?
Wykład III – Atom
1911 1913
Niels Bohr 1885–1962
serie Balmera (1885)
Rozwój teorii kwantów
Elektron(y)
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
1911 1913 1924-7 1904
“stara” “nowa”
• Postulaty mech. kwantowej (ex cathedra)
(In)determinizm
Tragedia grecka…
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
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)
Fizyka & chemia: Układ Okresowy
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
1931 • Nienaładowane promieniowanie z pewnych reakcji jądrowych
James Chadwick 1891–1974
1932 • Masa cząstki podobna do masy protonu
p+ + e– = n?
NIE!
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
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)
Wykład III – Atom
Promieniotwórczość
Fizyka czy chemia jądrowa?
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
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
Wykład III – Atom
1898 (Po&Ra) 1903&1911 NN (Ph+Ch)
Maria Skłodowska 1867–1934
& Pierre Curie 1859–1906
Promieniotwórczość
Współczesna alchemia
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
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?
Wykład III – Atom
1964
proton
Murray Gell-Mann 1929–…
& George Zweig
1937–…
Równania fizyki cząstek & chemii
Ordnung muss sein??????
Wojciech Grochala
Wykład III – Atom
proton(+)
e
elektron(–)
+ + Energia
neutron(0)
C + O2 CO2