Fyzika · 6. třída · částice hmoty

Z čeho je všechno?

Židle, voda, vzduch i ty – všechno je složené z malinkých částic. Přečti si výklad, zkus rozpůlit zlato, až to dál nepůjde, a nakonec si vyzkoušej test.

1. Hmota

Fyzika zkoumá všechno, co je kolem nás. A úplně všechno kolem nás je z něčeho udělané.

Hmota je to, z čeho jsou složené všechny věci kolem nás.

Je to hmota

lavice, kámen, voda ve sklenici, vzduch, který dýcháš, tvoje tělo, zlatý prsten

Pozor na vzduch

Vzduch nevidíš, ale je to taky hmota. Cítíš ho, když fouká vítr, a nafoukne balónek.

Látka, nebo těleso?

Tohle se na testech objevuje často. Látka je to, z čeho něco je. Těleso je konkrétní věc, která má tvar a dá se ukázat prstem.

Látky

dřevo, voda, železo, sklo, vzduch, mléko, bavlna

Tělesa

stůl (ze dřeva), hřebík (ze železa), sklenice (ze skla), tričko (z bavlny), člověk

Fígl na test: Zkus říct „kus …“ nebo „trochu …“. Trochu mléka, kus dřeva → látka. „Trochu stolu“ zní divně → těleso. Stejné slovo může být obojí: „Mléko je bílé a teče.“ (látka) × „Mléko spadlo ze stolu a krabice praskla.“ (těleso – konkrétní krabice mléka).

Fyzici se odjakživa ptají: z čeho je hmota vlastně složená? Co bys našel, kdybys věc zvětšil tisíckrát, milionkrát, miliardkrát?

2. Dá se hmota dělit donekonečna?

Tuhle otázku si kladli už učenci ve starověkém Řecku. Vezmi kousek zlata a rozpul ho. Máš dva menší kousky zlata. Rozpul jeden z nich – zase zlato. A tak pořád dál. Půjde to donekonečna? Nebo jednou narazíš na kousek, který už rozdělit nejde?

0× rozpůleno · bez zvětšení

1 cm

µm = mikrometr = tisícina milimetru · nm = nanometr = miliontina milimetru

Řecký učenec Démokritos (žil asi před 2 400 lety) si myslel, že dělení jednou skončí. Nejmenší částečky, které už rozdělit nejde, pojmenoval atomy – z řeckého atomos = nedělitelný.

Všechna hmota se skládá z nepatrných částic – atomů.
Atom zlata je nejmenší kousek, který je ještě zlato.

V čem se Démokritos spletl: Atom se rozdělit dá. Jenže to, co z něj vznikne, už není zlato. Jsou to ještě menší částice, ze kterých se skládají všechny atomy.

Atom zlata měří asi 0,3 miliontiny milimetru. Aby ses z 1 cm dostal k atomu, stačí kousek rozpůlit jen asi 25×. Vyzkoušej si to nahoře.

3. Jak vypadá atom uvnitř

Atom má dvě části: uprostřed je jádro a kolem něj je obal.

Jádro

je uprostřed atomu. Tvoří ho +protony a 0neutrony.

Obal

je prostor kolem jádra. Pohybují se v něm −elektrony.

Atom = jádro (protony + neutrony) + obal (elektrony).

Různé látky mají různé atomy. Uhlík (ten v tuze tužky) má v jádře 6 protonů. Zlato jich má 79.

4. Proton, neutron, elektron

Částice	Kde v atomu je	Elektrický náboj	Pomůcka
+proton	v jádře	kladný (+)	Proton – Plus
0neutron	v jádře	žádný (0)	Neutron – Neutrální, Nula
−elektron	v obalu	záporný (−)	Elektron je venku, v obalu

Fígl na test: Do jádra patří jen dvě písmena: P a N (protony, neutrony). Elektrony jsou vždycky venku v obalu.

A dál? I protony a neutrony se skládají z ještě menších částic. Kde přesně dělení končí, vědci pořád zkoumají.

Celý atom je bez náboje

Neporušený atom má stejně protonů jako elektronů. Plusů a mínusů je stejně, takže se vyruší a atom navenek žádný náboj nemá.

Iont je atom, který nějaké elektrony přijal nebo odevzdal.
Odevzdá elektrony → převažují plusy → kladný iont.
Přijme elektrony → převažují mínusy → záporný iont.

Příklad z testu: Beryllium (Be) má 4 protony. Když má v obalu jen 2 elektrony, dva mu chybí → je to kladný iont beryllia.

5. Druhy atomů – prvky

Atomy nejsou všechny stejné. Známe jich asi 118 druhů. Liší se tím, kolik mají v jádře protonů.

Prvek je látka složená z atomů stejného druhu (se stejným počtem protonů).
Počet protonů udává protonové číslo.

Všechny prvky jsou seřazené v periodické soustavě prvků (velká barevná tabulka v učebně chemie). Každý prvek má svou značku – jedno nebo dvě písmena. Protonové číslo se píše k značce dole vlevo, třeba ₆C.

Prvek	Značka	Protonové číslo = počet protonů
vodík (nejmenší atom)	H	1
helium	He	2
lithium	Li	3
beryllium	Be	4
uhlík	C	6
dusík	N	7
kyslík	O	8
železo	Fe	26
zlato	Au	79
uran	U	92

Fígl na test: Značka jsou jen písmena. Dusík má značku N, ne „N 7“. Sedmička je jeho protonové číslo – má 7 protonů (a v neporušeném atomu i 7 elektronů).

Izotopy – stejný prvek, jiný počet neutronů

Atomy téhož prvku mají vždycky stejně protonů, ale neutronů můžou mít různě. Takovým „sourozencům“ se říká izotopy. Například vodík: obyčejný vodík nemá žádný neutron, deuterium má jeden a tritium dva.

6. Molekuly – stavebnice z atomů

Atomy se umí spojovat, podobně jako kostičky lega. Tak vzniká molekula.

Molekula vznikne spojením dvou nebo více atomů.

Voda: 2 atomy vodíku (H) + 1 atom kyslíku (O) = molekula vody H₂O.

Většina věcí kolem nás je z molekul. Neexistuje žádný „atom skla“ ani „atom plastu“. Sklo je hlavně z atomů křemíku a kyslíku, plast hlavně z uhlíku a vodíku.

Pozor: Molekula nevzniká rozpadem atomu. Je to naopak – atomy se spojí dohromady.

Ve 6. třídě stačí: atom = jedna kostička, molekula = několik kostiček spojených dohromady, prvek = látka jen z jednoho druhu kostiček.

7. Atom je skoro celý prázdný

Jádro i elektrony jsou proti celému atomu strašně malinké. Mezi nimi je prázdno.

Kdyby byl atom velký jako fotbalový stadion, jádro by bylo jako špendlíková hlavička uprostřed hřiště. Elektrony by byly ještě menší smítka někde u tribun. Všechno ostatní – prázdno.

Většinu prostoru atomu tvoří prázdno. A protože je všechno z atomů, platí to i pro lavici, vodu i tebe.

Proč atom kreslíme jako kuličky?

Atom je tak malý, že ho neuvidíš ani školním mikroskopem. Jak doopravdy vypadá, si vlastně neumíme představit. Obrázky s barevnými kuličkami a kroužky jsou jen schéma – pomůcka, abychom si atom dokázali představit.

Něco navíc: Elektrony neobíhají kolem jádra po kroužcích jako planety kolem Slunce. Elektron nemá přesnou dráhu. Umíme jen říct, kde se nejspíš vyskytuje. Proto se obal někdy kreslí jako mlhavý oblak.

8. Jak to vědci zjistili

Atomy vidět nejdou, a tak vědci vymýšleli chytré pokusy.

Thomson a trubice s paprskem (1897)

Joseph John Thomson pustil paprsek skleněnou trubicí mezi dvěma nabitými destičkami. Paprsek se stáčel ke kladné destičce. Musel tedy být ze záporných částic, a ty byly menší než atom. Thomson tak objevil elektron.

Rutherford a zlatá fólie (kolem roku 1910)

Ernest Rutherford ostřeloval velmi tenkou zlatou fólii drobnými kladnými částicemi. Čekal, že všechny proletí rovně. Většina opravdu proletěla, ale pár se jich prudce odklonilo a některé se dokonce odrazily zpátky.

Rutherfordův závěr: atom je skoro prázdný a uprostřed má malinké, těžké, kladně nabité jádro.

Částice prolétaly prázdnem. Odrazily se jen ty, které trefily jádro – a to se stávalo jen výjimečně, protože jádro je malinké.

Pokus, který zvládneš doma: voda + líh

Smíchej 20 ml vody a 20 ml lihu. Čekal bys 40 ml – ale vyjde o trochu méně. Mezi většími molekulami lihu jsou mezery a menší molekuly vody do nich „zapadnou“. Jako když nasypeš písek do kbelíku s kamínky.

Mezi částicemi látek jsou mezery. I to dokazuje, že hmota je složená z malých částic.

9. Částice se pořád hýbou

Tvoje ruka vypadá, že je v klidu. Ale atomy a molekuly v ní se pořád třepou a vrtí. Nikdy nejsou úplně v klidu.

Atomy a molekuly jsou velmi malé a neustále se pohybují.
Projevy jejich pohybu jsou Brownův pohyb a difuze.

Brownův pohyb

V roce 1827 pozoroval skotský botanik Robert Brown mikroskopem pylová zrnka ve vodě. Zrnka sebou pořád cukala sem a tam. Brown si myslel, že sleduje projevy života. Až Albert Einstein to vysvětlil: do zrnka neustále narážejí molekuly vody – jednou víc zleva, jindy víc zprava – a strkají ho.

Modré tečky = molekuly vody (ve skutečnosti jsou mnohem menší a je jich nepředstavitelně víc). Žluté = pylové zrnko.

Proč se nehýbe míč ve vaně? Do velkého tělesa narážejí molekuly ze všech stran najednou a nárazy se vyrovnají. Brownovým pohybem se proto hýbou jen hodně malá tělíska.

Difuze

Difuze je samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice druhé látky.

Příklady: Někdo se v rohu třídy navoní a za chvíli to cítíš u tabule. Kapka inkoustu ve sklenici vody se sama rozleje do celé vody. Čaj se sám obarví od sáčku. V teplé vodě to jde rychleji, protože se částice hýbou rychleji.

10. Pevné, kapalné, plynné

Jestli je látka pevná, kapalná, nebo plynná, záleží na tom, jak drží její částice pohromadě.

	Pevné (led, kámen)	Kapalné (voda, olej)	Plynné (vzduch, pára)
Částice	jsou těsně u sebe a jen se třepou na místě	jsou těsně namačkané, ale můžou po sobě klouzat	jsou daleko od sebe a volně poletují
Síly mezi částicemi	velké – drží je na místě	menší	skoro žádné
Tvar	drží svůj tvar	přizpůsobí se tvaru nádoby	vyplní celý objem nádoby
Stlačit	prakticky nejde	prakticky nejde	jde snadno (pumpička)
Teče?	ne	ano	ano

Fígl na test: Proč se těžko mění tvar pevných látek? Protože jejich částice na sebe působí velkými silami a drží se na svých místech.

11. Otázky a odpovědi

Zkus si nejdřív odpovědět sám. Pak klikni na otázku a podívej se na odpověď.

Jaké slovo vyjde v tajence z pravdivých vět o atomech a molekulách?

MOLEKULA

Pravdivé jsou třeba věty „Molekuly se skládají z různého počtu atomů“ a „Prvek je látka, která se skládá ze stejných atomů“. Nepravdivé: atomy nejsou velké jako maková zrnka, z atomů nejsou jen pevné látky (i kapaliny a plyny) a prvek není „látka z uhlíku a kyslíku“.

Jak vznikne molekula?

Spojením dvou nebo více atomů.

Molekula nevzniká rozpadem atomu – je to naopak.

Jaká je chemická značka dusíku?

7 je protonové číslo dusíku, ne součást značky.

Čím se od sebe liší atomy různých prvků?

Počtem protonů v jádře.

V neporušeném atomu je elektronů stejně jako protonů, ale o tom, jaký je to prvek, rozhodují protony.

Atom beryllia (Be) má 4 protony, ale jen 2 elektrony. Co to je?

Kladný iont beryllia.

Dva elektrony chybí, převažují plusy → kladný iont. Název prvku se píše beryllium (nebo berylium).

Zapiš si do sešitu

Látky: mléko, voda, vzduch, dřevo. Tělesa: člověk, tričko, stůl.
Mléko jako látka: „Mléko je bílé.“ Mléko jako těleso: „Krabice mléka spadla ze stolu.“

Částice v ruce: pořád se nějak třepou a vrtí (odpověď c).

Difuze je samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice druhé látky. Př. vůně parfému v místnosti, inkoust ve vodě.

Pevné: částice se třepou na místě, drží tvar, nejde stlačit.
Kapalné: částice se volně pohybují, ale jsou těsně namačkané; přizpůsobí se tvaru nádoby, je tekuté, prakticky nejde stlačit.
Plynné: částice volně poletují; vyplní celý objem nádoby, jde snadno stlačit, je tekuté.

12. Test

Klikni na odpověď. Hned uvidíš, jestli je správně, a proč. Na konci zkus test celý znovu – dokud nebudeš mít všechno.

0 / 0

13. Tahák na jednu stranu

Hmota, látka, těleso

Hmota = to, z čeho jsou všechny věci (i voda a vzduch). Skládá se z nepatrných částic – atomů.
Látka = z čeho to je (dřevo, voda). Těleso = konkrétní věc (stůl, sklenice).

Atom

Démokritos: atomos = nedělitelný. Atom = jádro (protony + neutrony) + obal (elektrony).
proton + (v jádře) · neutron 0 (v jádře) · elektron − (v obalu)
Neporušený atom: protonů = elektronů → bez náboje. Iont = atom, který elektrony přijal (−) nebo odevzdal (+).

Prvky a molekuly

Asi 118 prvků (periodická soustava). Liší se počtem protonů = protonové číslo (H 1, C 6, N 7, O 8).
Značka = jen písmena (dusík N). Izotopy = stejný prvek, jiný počet neutronů.
Molekula = spojení 2 a více atomů. Voda H₂O = 2 vodíky + 1 kyslík.

Vlastnosti částic

Atom je skoro celý prázdný. Obrázky atomu jsou jen schéma.
Částice se neustále pohybují: Brownův pohyb (Brown 1827, vysvětlil Einstein) a difuze = samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice druhé.
Mezi částicemi jsou mezery (voda + líh = méně než součet).
Pevné: třepou se na místě, drží tvar. Kapalné: klouzají, tvar nádoby. Plynné: poletují, vyplní celý objem, jdou stlačit.
Thomson objevil elektron, Rutherford jádro.