Természettudomány 1-2. témakör: Atomok, atommodellek Anyagok, gázok
Atommodellek viták, elképzelések, tények I. i.e. 600. körül: Thálész: a víz az ősanyag i.e. IV-V. század: Démokritosz: az anyagot parányi atomok építik fel (atomosz=oszthatatlan) i.e. IV. század: Arisztotelész: a földi világ négy őselemből áll: föld, víz, tűz, levegő 1808. Dalton: az atomok közt vonzóerő van, amely anyagonként eltérő, az anyagok halmazállapota az atomok közötti távolságtól függ.
Atommodellek viták, elképzelések, tények II. 1897. Thomson kísérletileg kimutatta,hogy az elektron minden atomban jelen van. Ő is fedezte fel az elektront. Atommodellje: pozitív töltésű golyó, amelybe az elektronok lazán be vannak ágyazva (mint a görögdinnyében a magok). 1911. Rutherford: sűrű, piciny atommag, amely körül az elektronok körpályán keringenek. És a modell: Szórási kísérlete:
Atommodellek viták, elképzelések, tények III. 1913. Bohr: elektronok keringenek szigorú elhelyezkedésű körpályákon az atommag körül. Az elektronok valójában gömb- és más, bonyolultabb térformájú pályákon mozognak. Felfedezték, hogy az atommag is további részecskékből áll: 1911 proton felfedezése (Rutherford) 1932 neutron felfedezése (Chadwick)
Az atom felépítése Az atomok nagyon kicsik. Kémiailag nem bonthatók tovább. Az atomokat, kémiai elemeket vegyjellel jelöljük. Atom: atommag és elektronfelhő. Az atommagban neutron és proton van. A neutron semleges, a proton egységnyi pozitív, az elektron egységnyi negatív töltésű. Ezért az atom semleges, mert benne egyenlő számú elektron és proton van.
Periódusos rendszer I.
Periódusos rendszer II. A periódusos rendszerben ismétlődő kémiai tulajdonságú elemek helyezkednek el. Az első ilyen rendszert Mengyelejev (1869) orosz kémikus készítette el, és az akkor még fel nem fedezett elemek helyét üresen hagyta, és a helye alapján előre megmondta, hogy milyen kémiai tulajdonságai lesznek annak az elemnek! A periódusos rendszerben a rendszám szerint vannak sorban az elemek. A rendszám az atommagban a protonok számát adja meg, valamint semleges állapotban az elektronok számát.
Anyagok szerkezete Felépítés: atomokból, molekulákból állhat. Molekula: több atom megfelelően (kémiai, erős kötéssel) összekapcsolódik. Ilyen pl. a vízmolekula (két hidrogén és egy oxigénatomból áll). Halmazállapotok: szilárd, cseppfolyós, gáz. Gázok: összenyomható, alakja nem állandó, térfogata sem. Folyadékok: alakja nem állandó, térfogata igen, nem nyomható össze, van szabad felszíne. Szilárd anyagok: alakjuk és térfogatuk állandó.
Kémiai reakciók A kémiai reakciók (kémiai kötések bomlanak fel, és újak jönnek létre) során mindig új anyagok keletkeznek. A reakciók energiaváltozás szempontjából alapvetően két típusúak lehetnek: exoterm (hőfelszabadulással jár, a környezet felmelegszik,például a legtöbb égés) és endoterm (hőfelvétellel jár, a környezet lehűl). (itt egy rövid videoanyag endvid.zip)
Egy kis előkészítő a hőmérséklet és mérése Forrás: Szegedi Tudományegyetem, Kísérleti Fizikai Tanszék
Hőtágulás és alkalmazásai A szilárd anyagoknak, a folyadékoknak és gázoknak a térfogata hőmérsékletváltozás hatására megváltozik. A térfogatváltozás (vagy hosszváltozás) a kezdeti térfogattól (hossztól), az anyagi minőségtől és a hőmérsékletváltozástól függ. Gázok esetén úgynevezett gáztörvényekkel foglalkozunk. Alkalmazás: villanyvezeték, fűtéscső, hidak görgői, stb. Víz érdekes viselkedése!
Gáztörvények I. Néhány alapfogalom: abszolút hőmérséklet (Kelvin-skála, nulla Kelvin= 273 o C), állapotjelzők (nyomás, abszolút hőmérséklet, térfogat). Boyle-Mariotte (két ember, egymástól függetlenül fedezték fel a törvényt állandó hőmérsékletre): A Boyle Mariotte-törvény kimondja, hogy egy adott mennyiségű ideális gáz térfogatának és nyomásának szorzata egy adott hőmérsékleten állandó: pv=állandó.
Gáztörvények II. Gay-Lussac I. törvénye: állandó tömegű ideális gáz állandó nyomáson történő állapotváltozásakor a gáz térfogata egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével: V/T=állandó. Gay-Lussac II. törvénye: állandó térfogaton történő állapotváltozás során az állandó tömegű ideális gáz nyomása egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével: p/t=állandó. Egyébként e 3 törvényből származik az egyesített gáztörvény.
Gáztörvények előfordulása, alkalmazása - Ha szén-dioxidot palackból kiengedünk, erősen lehűl: így is készülhet szárazjég (nyomás lecsökken, hőmérséklet is) (G-L.2.) - Hőlégballon: hőmérséklet emelésével növekszik a térfogat, ezért emelkedik fel (G-L.1.) - Biciklikerék: ha ráülünk a biciklire, laposabb lesz a kerék kicsit (B-M.) (bár ez nem teljesen tökéletes példa, mert a gumikerék rugalmas bizonyos mértékig)