Aktualności

Kształcenie na odległość

Programy nauczania i scenariusze zajęć do kształcenia ogólnego

Epodręczniki PO KL

Katalog Zasobów Dodatkowych

Wsparcie psychologiczno-pedagogiczne

Gra edukacyjna „Godność, wolność i niepodległość”


Wsparcie użytkownika

Filmy instruktażowe i instrukcje

Poradnik dla użytkownika

Najczęściej zadawane pytania wraz z odpowiedziami

Filmy instruktażowe i instrukcje
Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

Czy ktoś z was zastanawiał się nad tym, jak wygląda mikroświat? Jaki jest kształt drobin, które tworzą materię? Czy można je zobaczyć? Czy są kolorowe?

Już wiesz
  • że materia nie jest ciągła, a składa się z drobin;

  • że pierwiastki mają swoje nazwy i symbole.

Nauczysz się
  • nazywać poszczególne elementy atomu;

  • określać przestrzeń, w której znajdują się elektrony, protony i neutrony;

  • stosować pojęcia: nukleony, liczba masowa, liczba atomowa;

  • określać liczbę protonów, neutronów, elektronów na podstawie liczby atomowej i masowej;

  • wykonywać obliczenia z użyciem atomowej jednostki masy.

ijSMlmpUvE_d5e191

1. Co to jest atom?

Podstawowymi elementami, z których zbudowana jest materia, są atomyatomatomy. Substancje tworzące świat materialny składają się z różnych atomów. Atomy mają masę, objętość i kształt. Każdy pierwiastek składa się z atomów tylko jednego rodzaju – żelazo – z atomów żelaza, złoto zaś – z atomów złota. Pojedyncze atomy żelaza i złota są zbudowane z tych samych cząstek, a różnią się tylko ich liczbą. Dlatego różnice te są wystarczające, aby ich zbiory tworzyły pierwiastki o odmiennych właściwościach.

Niewielkie rozmiary atomów nie pozwalają nam na oglądanie ich w sposób, w jaki przywykliśmy obserwować otaczający nas świat. Obecnie nie dysponujemy urządzeniami, które pozwalałyby nam swobodnie wnikać w głąb każdego rodzaju materii. Od niedawna możemy jednak w bardzo niskich temperaturach dostrzec cienką warstwę atomów unieruchomionych na powierzchni innych ciał stałych. Pomaga nam w tym przyrząd nazywany skaningowym mikroskopem tunelowym. Na otrzymanych za jego pomocą czarno‑białych obrazach zobaczyliśmy, że atomy mają kształt kulisty, a ich rozmiary są różne i zależą od rodzaju badanego pierwiastka. Już na początku XIX wieku angielski uczony John DaltonJohn DaltonJohn Dalton (czyt. dżon dalton) twierdził, że atomy tworzące różne pierwiastki są kulami różniącymi się między sobą wielkością.

R1LVffwyNeAQJ1
Historia pojęcia atom
Rstrqe39dCG1X1
Widok na XIX wieczne laboratorium, ówczesny badacz (w niezbyt eleganckim XIX-wiecznym stroju i XIX – wiecznej fryzurze) stoi przed menzurką, naczyniem jak cylinder, ale bez skali i o nieidealnie równych kształtach i brzegach. A w naczyniu widać zjawisko dyfuzji. W laboratorium są także i inne sprzęty. Pojawia się napis: skaningowy mokroskop tunelowy (STM), a następnie pojawia się obraz współczesnego mikroskopu tunelowego. Pokaz slajdów z obrazami atomów. Na ekranie pojawiają się ułożone kulki (atomy) w dwóch/trzech warstwach (prostych, niezaokrąglonych). Na górze znajduje się mało kulek. Nad nimi urządzenie, które przesuwa się i jedna kulka z warstwy zostaje przeniesiona/przesunięta kawałek dalej. Podczas tego przesuwania kulka nie może ominąć innej kulki na trasie przejazdu, co najwyżej może ustawić się obok niej. Kulki z urządzenia i w warstwie nie dotykają się, są podczas całego eksperymentu w pewnej stałej odległości. Przesuwana kulka ciut unosi się nad warstwami, ale nie za wysoko. W nawiązaniu do sceny pokazują się różne przykłady. Pojawia się fragment (początek) publikacji naukowców prowadzących eksperyment oraz zakreślone w kółku nazwisko Polki.
ijSMlmpUvE_d5e229

2. Spoglądamy w głąb atomu

Niemal do końca XIX wieku uważano, że atomy przypominają niewyobrażalnie małe i twarde jak kamień kulki. Dziś już wiemy, że atomy nie są jednorodne i niepodzielne. Okazuje się, że mają one złożoną wewnętrzną budowę. W środku każdego atomu, w samym jego centrum, znajduje się jądro atomowejądro atomowejądro atomowe. Poruszające się w różnych kierunkach z dużą szybkością ujemnie naładowane cząstki, zwane elektronamielektronelektronami, tworzą chmurę elektronową. Przestrzeń, którą zajmuje jądro atomowe, jest znacznie mniejsza od przestrzeni zajmowanej przez elektrony – średnica atomu jest około 100 000 razy większa od średnicy jądra. Gdyby jądro powiększyć do rozmiarów małej monety o średnicy kilku milimetrów, wówczas cały atom byłby kulą o przekroju wielkości stadionu sportowego.

Samo jądro atomu ma również złożoną budowę. W jego skład wchodzą dodatnio naładowane cząstki nazywane protonamiprotonprotonami oraz cząstki pozbawione ładunku – neutronyneutronneutrony. Protony i neutrony (czyli cząstki znajdujące się w jądrze) określa się jako nukleonynukleonynukleony.

RfNh1xIdSZ0Iz1
Źródło: Krzysztof Jaworski, OpenClips (http://pixabay.com), licencja: CC BY 3.0.

Każdy atom jest elektrycznie obojętną drobiną (nie jest obdarzony żadnym ładunkiem). W jego wnętrzu ładunki ujemne i dodatnie równoważą się. Oznacza to, że liczba protonów i elektronów w każdym atomie jest jednakowa.

RJO4pgOOGOjl91
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
pierwiastek
pierwiastek

zbiór atomów o jednakowej liczbie protonów w jądrze

Liczba neutronów nie ma wpływu na przynależność atomu do danego pierwiastka.

RC0mlVEHkS27F1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
Cząstki wchodzące w skład atomów

Nazwa

Symbol

Ładunek\*

Miejsce w atomie

elektron

e (eIndeks górny –)

-1

obszar poza jądrem

proton

p (pIndeks górny +)

1

jądro

neutron

n (n)

jądro

*Ujemny ładunek elektronu i dodatni ładunek protonu mają tę samą wartość bezwzględną (różnią się tylko znakami). Ustalono, że ładunek ujemny elektronu jest elementarnym ładunkiem ujemnym. Zatem proton ma elementarny ładunek dodatni.

R1OrTxUKeJmLz1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
Ciekawostka

Czy składniki atomu są niepodzielne?
Obecny stan wiedzy pozwala nam powiedzieć, że elementarnymi składnikami materii są dwa rodzaje cząstek: leptony i kwarki. Nie wiemy, czy cząstki te mają strukturę wewnętrzną. Elektron należy do leptonów, jest niepodzielny, czyli nie ma wewnętrznej struktury. Natomiast neutrony i protony są zbudowane z kwarków. Znaleziono dowody na istnienie sześciu rodzajów kwarków. Każdemu z kwarków fizycy nadali angielskie nazwy, nawiązujące bardziej do życia codziennego niż do świata nauki. W języku polskim nazwy te brzmią: górny (u), dolny (d), dziwny (s), powabny (c), niski (spodni) (b), wysoki (t). Kwarki nie istnieją samodzielnie w przyrodzie, a tylko w grupie, tworząc inne cząstki. Dwa z nich (górny i dolny) biorą udział w tworzeniu nukleonów.

RqFfgjrdOarXc1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
ijSMlmpUvE_d5e311

3. Opisujemy atomy

Aby opisać atom, należy podać liczby protonów (lub elektronów) i neutronów wchodzących w jego skład.

Polecenie 1

Spróbuj przedstawić na różne sposoby atom helu, który zawiera dwa elektrony oraz dwa protony i dwa neutrony w jądrze atomowym. Możesz stworzyć model przestrzenny atomu, opisać go słowami lub narysować. Technika prezentacji jest dowolna. Który z tych sposobów okazał się według ciebie najbardziej czytelny?

Atomy można opisywać na różne sposoby, można je narysować, scharakteryzować słownie, przedstawić w tabeli. Choć istnieje wiele sposobów prezentacji budowy atomu, chemicy wykorzystują tylko jeden, to znaczy opisują atomy za pomocą dwóch liczb: atomowej i masowej. Liczba atomowa (Z)liczba atomowaLiczba atomowa (Z) to liczba protonów w jądrze, natomiast liczba masowa (A)liczba masowaliczba masowa (A) to liczba nukleonów (suma protonów i neutronów). Liczby te umieszcza się w odpowiedniej kolejności i miejscu przy symbolu pierwiastka. Z lewej strony symbolu w indeksie górnym umieszcza się liczbę masową A, a w indeksie dolnym – liczbę atomową Z: EZA.

RQa9buJwuJnCa1
Źródło: Krzysztof Jaworski, OpenClips (http://pixabay.com), licencja: CC BY 3.0.
Opis przykładowych atomów pierwiastków za pomocą liczb A i Z

Nazwa pierwiastka

Symbol pierwiastka

Liczba protonów w jądrze

Liczba neutronów w jądrze

Liczba elektronów

Liczba masowa

Liczba atomowa

Zapis

wodór

H

1

1

1

1

H11

tlen

O

8

8

8

16

8

O816

wapń

Ca

20

20

20

40

20

Ca2040

srebro

Ag

47

60

47

107

47

Ag47107
ijSMlmpUvE_d5e355

4. Jak duże są atomy pierwiastków i jaka jest ich masa? Jak możemy wyrażać masę atomów pierwiastków?

Znane są rozmiary i masy atomów. Średnice atomów to wielkości rzędu miliardowej części metra (10Indeks górny -9 m), a ich masy stanowią niewyobrażalnie małą część grama (10Indeks górny -24 g). Atomy należące do różnych pierwiastków różnią się pod względem masy i wielkości. Najlżejszy z nich, atom wodoru, ma masę około 1,66 · 10Indeks górny -24 g (0,00000000000000000000000166 g), a jego promień wynosi 30 pm (0,00000000003 m). Najcięższy z istniejących na Ziemi atomów – atom uranu – ma masę 3,95 · 10Indeks górny -22 g (0,000000000000000000000395 g), a jego promień równa się 138 pm (0,000000000138 m).

W codziennej pracy chemik rzadko wykorzystuje wiedzę dotyczącą wielkości atomów, natomiast częściej bierze pod uwagę ich masę. W tym wypadku posługiwanie się wielkościami, które mają małe wartości, jest bardzo niewygodne. Dokonywanie operacji matematycznych na tak małych liczbach może prowadzić do pomyłki i otrzymania niewłaściwego wyniku. Dlatego chemicy w opisie masy atomów posługują się wielkością zwaną atomową jednostką masyjednostka masy atomowejatomową jednostką masy lub unitem którą oznaczają symbolem u. Jej wartość wynosi 0,00000000000000000000000166 g (1,66 · 10Indeks górny -24 g).

Masę atomu pierwiastka, którą wyrazimy za pomocą tej jednostki, nazywa się masą atomową.

jednostka masy atomowej
jednostka masy atomowej

atomowa jednostka masy, unit [u] – jednostka masy wykorzystywana do określania względnych mas atomów (tzw. mas atomowych), liczbowo równa 1,66 · 10Indeks górny -24 g

Masa atomowa wodoru wynosi około 1 u, co oznacza, że rzeczywista masa atomu wodoru jest równa liczbowo jednemu unitowi, czyli 0,00000000000000000000000166 g (1,66 · 10Indeks górny -24 g).

RbVErEhNeueWv1
Nagranie prezentuje proces obliczania masy atomowej helu. Rozpoczyna je plansza z napisem: Wyraź masę atomu helu w atomowych jednostkach masy, jeśli masa atomu helu wyrażona w gramach wynosi 6,644 razy 10 do minus dwudziestej czwartej potęgi gramów. Następuje zmiana ujęcia, z lewej strony na czarnym tle pojawia się zielony kwadrat wycięty z układu okresowego pierwiastków, prezentujący Hel. Jest tam nazwa pierwiastka, symbol He, liczba atomowa 2 oraz liczba masowa 4,0. Ta czarna kolumna z informacjami o pierwiastku pozostaje widoczna aż do końca filmu. Pierwsze wyświetlane na ekranie informacje dotyczą jednostki 1 unit wynoszącej 1,66 razy 10 do minus dwudziestej czwartej potęgi gramów oraz masy helu wynoszącej 6,644 razy 10 do minus dwudziestej czwartej potęgi gramów. Pojawia się informacja: Sprawdzamy, ile unitów mieści się w masie atomu helu. W tym celu dzielimy masę atomu helu wyrażoną w gramach przez atomową jednostkę masy. Pojawia się równanie o którym mowa w opisie, a jego wynik to 4,002 unity. Pojawia się podsumowanie: Otrzymujemy wynik - masę atomową helu, czyli masę atomu helu wyrażoną w atomowych jednostkach masy.
RpoVYCKKxtbss1
Nagranie prezentujące proces obliczania masy atomów węgla w gramach. Forma prezentacji podobna do poprzedniej, z czarnym paskiem po lewej stronie, na którym znajduje się wycinek układu okresowego pierwiastków opisujący węgiel, symbol C, liczba atomowa 6, liczba masowa 12,0. Film rozpoczyna plansza z napisem: Oblicz, jaka jest masa jednego atomu węgla wyrażona w gramach, jeśli jego masa atomowa wynosi 12 unitów. Następuje zmiana ujęcia, wyświetlane są dane wstępne: masa jednego unitu, czyli 1,66 razy 10 do minus dwudziestej czwartej potęgi gramów oraz masa atomowa węgla, czyli 12 unitów. Pojawia się komunikat Aby obliczyć masę atomu węgla wyrażoną w gramach należy jego masę atomową 12 unitów pomnożyć przez masę jednego unitu. Pojawia się równanie mnożenia, a następnie wynik 19,92 razy 10 do minus dwudziestej czwartej potęgi gramów. Napis podsumowujący głosi: Otrzymujemy wynik - masę atomu węgla wyrażoną w gramach.

Masę cząstek subatomowych można także wyrazić w atomowych jednostkach masy. Okazuje się, że masy protonu i neutronu są równe około 1 u. Masa elektronu jest znacznie mniejsza od masy protonu i neutronu.

Cząstki subatomowe wchodzące w skład atomów

Nazwa

Symbol

Ładunek

Masa [u]

elektron

e (eIndeks górny -)

-1

11837

proton

p (pIndeks górny +)

1

1

neutron

n (n)

1

ijSMlmpUvE_d5e421

Podsumowanie

  • Podstawowym elementem materii jest atom.

  • Atom jest zbudowany z jądra i poruszających się wokół niego elektronów (ujemnie naładowanych cząstek).

  • Jądro atomowe zajmuje centrum atomu i składa się z nukleonów, którymi są protony (cząstki o ładunku dodatnim) i neutrony (cząstki, które nie posiadają ładunku elektrycznego).

  • W jądrze atomowym jest skupiona prawie cała masa atomu.

  • Liczba elektronów i protonów w atomie jest jednakowa.

  • Atomy opisuje się za pomocą liczby masowej (A) i liczby atomowej (Z) – EZA.

  • Liczba atomowa to liczba protonów w jądrze atomu.

  • Liczba masowa to suma liczby protonów i liczby neutronów w jądrze atomu.

  • Jednostką masy atomowej jest unit [u], a jego wartość wynosi 1,66 · 10Indeks górny -24 g.

Praca domowa
Polecenie 2.1

Dany jest zbiór atomów:

  • Al1327

  • Ne1021

  • Mg1224

Wskaż atom, który:

  1. ma najmniejszą masę,

  2. ma najmniej protonów,

  3. ma największą liczbę neutronów.

Polecenie 2.2

Dowiedz się i wyjaśnij, dlaczego nie można zobaczyć atomów za pomocą mikroskopu optycznego.

Polecenie 2.3

Oblicz długość promienia atomu, którego jądro miałoby średnicę taką jak najmniejsza planeta naszego Układu Słonecznego. Czy promień tego hipotetycznego atomu byłby większy, czy mniejszy niż odległość między Słońcem a najdalszą planetą naszego Układu Słonecznego?

ijSMlmpUvE_d5e605

Słowniczek

atom
atom

najmniejsza część pierwiastka chemicznego, zachowująca jego właściwości

John Dalton (czyt. dżon dalton)
Biogram John Dalton (czyt. dżon dalton) nie istnieje
elektron
elektron

trwała cząstka elementarna o ładunku ujemnym (elementarnym ładunku ujemnym); składnik atomu, zajmuje obszar w  przestrzeń wokół jądra

jądro atomowe
jądro atomowe

centralna część atomu, zbudowana z jednego lub więcej protonów i neutronów (nie wszystkie jądra atomowe zawierają neutrony); stanowi niewielką część objętości całego atomu; w jądrze skupiona jest prawie cała masa atomu

liczba atomowa
liczba atomowa

liczba protonów w jądrze atomowym (równa liczbie elektronów)

liczba masowa
liczba masowa

liczba nukleonów, równa sumie liczby protonów i liczby neutronów

neutron
neutron

cząstka bez ładunku elektrycznego, składnik jądra atomowego

nukleony
nukleony

składniki jądra atomowego; zaliczają się do nich protony i neutrony

proton
proton

cząstka o elementarnym ładunku dodatnim, składnik jądra atomowego

ijSMlmpUvE_d5e824

Zadania

Ćwiczenie 1
R19lhmdzChBoF1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
RVhph8nt6vk5z1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
R14m6DqzjUPfc1
Zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
RLxB8T7I7OCBe1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
R12HBWUp6hYSK1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 6
R2DpRKxU6A1L01
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 7
RVr80cN4iyFsJ1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 8
R6eBFtsrPT1Ys1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 9
R6UqkVvTdBNfz1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 10
REBEAj9nawY8r1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Zgłoś problem