3. Aineen rakenne Flashcards
Mistä atomit koostuvat? (+ionit, järjestysluku, massaluku, isotoopit)
Aine koostuu atomeista, ja yhdessä kuutiosenttimetrissä ainetta on keskimäärin noin 5,0*10^22 atomia.
Atomit koostuvat ytimestä, sekä elektronipilvestä. Atomin ydin eli nuklidi koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja neutraalin varauksen omaavista neutroneista. Protonien ja neutronien yhteisnimitys on nukleonit. Atomiytimen ympärillä on elektronipilvi, jossa negatiivisesti varautuneet elektronit sijaitsevat.
Atomista tulee ioni, mikäli se luovuttaa tai vastaanottaa elektroneja. Tällöin sen sähköinen varaus muuttuu, eikä se ole enää ulkoisesti neutraalisti varautunut (prot. ja elek. määrä ei ole tasapainossa).
Saman alkuaineen atomeilla on aina sama määrä protoneita niiden ytimissä (järjestysluku kertoo määrän). Massaluku on ytimen neutronien ja protonien yhteenlaskettu lukumäärä, ja se voi vaihdella saman alkuaineen eri atomiydinten välillä, sillä neutronien määrä voi vaihdella. Saman alkuaineen eri massaiset ytimet -> isotoopit.
Vedyllä: vety, deuterium, tritium.
Kerro protoneista ja neutroneista. (mistä koostuvat, sähkövarauksen mitta…).
Mistä maailmankaikkeus koostuu?
Hiukkasten sähkövarauksen mittana toimii alkeisvaraus e (protonit +e, elektronit -e). Nukleonit, eli protonit ja neutronit koostuvat kvarkeista, jotka ovat nykytietämyksen mukaan aineen pienimpiä osia, eli alkeishiukkasia. Neutronissa on kaksi d-kvarkkia ja yksi u-kvarkki, protonissa päinvastoin.
Maailmankaikkeus koostuu nykytietämyksen mukaan kvarkeista ja leptoneista, jotka ovat alkeishiukkasia. Molempia on kuusi erilaista. Kvarkit, sekä osa leptoneista ovat sähköisesti varautuneita. Maailmankaikkeus koostuu pääosin ylös- ja alaskvarkeista, elektroneista, neutriinoista ja kevyimmistä varautuneista leptoneista.
Mitä on kiinteän olomuodon fysiikka? Käsittele transistorien kanssa.
Monet nykyajan teknologiset sovellukset perustuvat kiinteiden aineiden atomitason tutkimukseen, eli kiinteän olomuodon fysiikkaan.
Kiinteän olomuodon fysiikkaan liittyy vahvasti transistorit, jotka mahdollistavat esimerkiksi puhelimien ja tietokoneiden, sekä muun elektroniikan käytön. Transistorit ovat kooltaan vain nanometrien kokoisia, jonka vuoksi yksi mikropiiri sisältääkin miljardeja transistoreita, jotka ovat kytkettyinä toisiinsa.
Kiinteän olomuodon fysiikassa tutkimuskohteet ovat niin pieniä, että tavallisen näkyvän valon mikroskoopin erotuskyky ei riitä. Pienimmän tavallisen mikroskoopin avulla erotettavat pienimmät kohteet ovat noin 200nm kokoluokkaa. Tämän vuoksi tutkimuksissa tulee käyttää elektronimikroskooppia tai pyyhkäisytunnelointimikroskooppia.
Kerro gravitaatiovuorovaikutuksesta.
Gravitaatiovuorovaikutus on vallitseva vuorovaikutuslaji planeettojen mittakaavassa. Gravitaatiovuorovaikutus aiheuttaa vetovoiman massallisten kappaleiden välille, joten sen vaikutuksesta kaiken aineen välillä maailmankaikkeudessa on vetovoima. Myös painovoima on seurausta gravitaatiovuorovaikutuksesta. Kahden kappaleen välinen gravitaatiovoima on suoraan verrannollinen kappaleiden massoihin, ja kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön (toiseen potenssiin).
Kerro sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta.
Sähkömagneettinen vuorovaikutus on vallitseva vuorovaikutuslaji atomien mittaluokassa. Sähkömagneettinen vuorovaikutus aiheutuu kappaleiden sähköisistä ja magneettisista ominaisuuksista, ja ilmenee nimensä mukaisesti sähköisissä ja magneettisissa ilmiöissä. Sen vaikutuksesta samanmerkkiset varaukset ja magneettien samannimiset kohtiot hylkivät toisiaan, ja erimerkkiset puolestaan vetävät toisiaan puoleensa. Lisäksi sähkömagneettisen vuorovaikutuksen ansiosta elektronit pysyvät atomiytimen ympärillä, ja atomien välille pystyy muodostua sidoksia. Sähkömagneettinen vuorovaikutus aiheuttaa myös kaikki kosketuksessa vaikuttavat voimat, kuten kitkan ja tukivoiman.
Kerro vahvasta vuorovaikutuksesta.
Vahvaa vuorovaikutusta ei pysty havaitsemaan yhtä konkreettisesti omassa arjessaan, kuin sähkömagneettista vuorovaikutusta tai gravitaatiovuorovaikutusta.
Vahva vuorovaikutus sitoo kvarkit tiukasti yhteen, muodostaen täten protoneja ja neutroneja, eli nukleoneja. Vahva vuorovaikutus aiheuttaa myös protonien ja neutronien välille vetovoiman, jonka ansiosta atomiydin pysyy koossa. Neutronit ja protonit eivät kuitenkaan törmää ytimessä toisiinsa, sillä vahva vuorovaikutus muuttuu hylkiväksi nukleonien ollessa hyvin lähellä toisiaan. Lisäksi vahvan vuorovaikutuksen jäännösvoima pitää elektronit ytimen ulkopuolella.
Kerro heikosta vuorovaikutuksesta.
Heikko vuorovaikutus ilmenee kvarkkien ja leptonien välillä, ja se muuttaa alkeishukkasia toisiksi joissakin radioaktiivisten ydinten hajoamisissa. Heikon vuorovaikutuksen kantama on hyvin lyhyt.
