FIZIČKA HEMIJA. Nastavnik: Dr Vesna Rakić, vanredni profesor

Transcript

1 FIZIČKA HEMIJA Studijske grupe: Tehnologija konzervisanja i vrenja Tehnologija animalnih proizvoda Tehnologija ratarskih proizvoda Upravljanje bezbednošću Nastavnik: Dr Vesna Rakić, vanredni profesor

2 Fizička hemija je nauka koja je nastala primenom principa fizike u svrhu razumevanja fenomena koji se pojavljuju u hemijskim sistemima, na makroskopskom, mikroskopskom, atomskom ili subatomskom nivou. Predmeti izučavanja su: struktura materije (sve materije, žive i nežive) na atomskom, odnosno molekulskom nivou; promene koje se u materiji dogadjaju, kao i zakoni koji ih opisuju. Fizička hemija se takodje bavi i razvojem metoda koje omogućavaju prethodno pomenuta izučavanja. Mihail Lomonosov, Petrogradski Univerzitet godine, predavanje pod naslovom: Kurs prave fizičke hemije ( Курс истинной физической химии ): Fizička hemija je nauka koja objašnjava, na osnovu postavki i iskustva fizike, uzroke onoga što se dešava u hemijskim promenama u složenim telima.

3 Tokom XVIII i XIX veka, mnogi fizičari bavili su se razjašnjavanjem hemijskih fenomena, kao što su i mnogi hemičari izučavali fizičke pojave. -Postoji potreba da se prirodni fenomeni sagledaju sa aspekta i jedne i druge nauke; -Fizičku hemiju, čiji je intenzivni razvoj počeo krajem XIX veka i trajao kroz čitav XX vek, mnogi smatraju prvom interdisciplinarnom naukom. - U izučavanju makroskopskih i mikroskopskih hemijskih fenomena, fizička hemija je sastavljena od više grana, zavisno od toga kojom se oblašću hemije bavi, pa razlikujemo: -atomsku i molekulsku spektrohemiju, -elektrohemiju, -hemijsku kinetiku, -fizičku hemiju čvrstog stanja, -biofizičku hemiju,...; - Pri tome je tesno povezana i koristi principe termodinamike, kvantne hemije, statističke mehanike i kinetike.

4 Fizička hemija izučava: -strukturu materije (sve materije, žive i nežive) na atomskom, odnosno molekulskom nivou; - promene koje se dogadjaju u materiji. Uz druge prirodne nauke, fizička hemija definiše: - zakone koji opisuju prirodu materije na mikroskopskom i makroskopskom nivou, kao i zakone koji opisuju promene koje se odgadjaju u materiji. Predmet fizičke hemije je i razvoj metoda koje omogućavaju izučavanje prethodnog.

5 Posebna oblast fizičke hemije je KOLOIDNA HEMIJA Koloidna hemija bavi se izučavanjem koloidnih sistema; posebne vrste višefaznih sistema kod kojih su čestice jedne faze (disperzne faze) ravnomerno rasporedjene u drugoj fazi (disperznom sredstvu). Ovi sistemi su od posebnog značaja, jer se najveći broj telesnih tečnosti nalazi u koloidnom stanju (ćelije, krv, mleko ). Zbog toga što su fluidi u živim sistemima sastavljeni od koloida, živi organizmi najlakše prihvataju hranu ili lekove kao koloidne sisteme.

6 Zašto učiti fizičku hemiju tokom studiranja prehrambene tehnologije? HRANA je po definiciji bilo koja supstanca koju jedu ili piju živi organizmi. Pod hranom se podrazumevaju i tečnosti koje se uzimaju kao pića. HRANA je izvor energije. Supstance koje se koriste kao hrana se mogu i moraju posmatrati kao skup najrazličitijih hemijskih supstanci, odnosno, hemijskih jedinjenja. DAKLE, znanje iz fizičke hemije korisno je u: - Saznavanju prirode (sastava) hrane - Saznavanju o promenama koje se u hrani odigravaju* - Pri analizi i kontroli kvaliteta hrane. - Sve ovo je naravno neophodno u procesima proizvodnje i prerade hrane. * Fizičkohemijski procesi obuhvataju promene u kojima se u razmeni energije sa sistemom dešavaju promene na molekulskom nivou.

7 Danas postoji još jedan, obavezni i neizbežni, motiv za svakog obrazovanog i odgovornog čoveka, a posebno onog koji je u svom obrazovanju učio hemiju: Svet je suočen sa dva ogromna problema: - Ogromnim zagadjenjem okoline (vazduha, vode i tla); - Nedostatkom energije.

8 U rešavanju problema kao što su: - Zagadjenje vazduha česticama, gasovima ili isparljivim jedinjenjima -Zagadjenje voda farmaceutskim ili bilo kojim drugim proizvodima iz hemijskih industrija -Uništavanje ozona, fotohemijski smog -Zagadjenje svih ekosistema produktima raspada plastike, baterija i mnogih drugih proizvoda savremenih tehnologija -Traženju novih izvora energije. -Hemičari raznih profila su neophodni u timovima koji se bave ovim problemima; a često su i ključni faktor.

9 Red Br. Poglavlje Metodske jedinice Nastavne aktivnosti Provera znanja Uvod 1. Predmeti izučavanja fizičke hemije; naučna metodologija, laboratorijske procedure, rešavanje problema. Predavanja 2. Organizacija podataka, grafički prikazi. Interaktivni čas 1 Struktura materije 1. Modeli atoma; struktura atoma, radioaktivnost. Talasnočestična priroda materije i energije. 2.Struktura molekula, energetski aspekt. Predavanja Predavanja Ulazni kolokvijum 3. Atomska i molekulska spektroskopija Predavanja, vežbe 2 Stanja materije i fazne transformacije 1. Intra i intermolekulske interakcije. Uticaj na fizičke osobine materije. Gasno, tečno i čvrsto stanje materije. Kinetička teorija gasova 2. Osobine fluida. Predavanja Predavanja, vežbe Ulazni kolokvijum 3. Fazne transformacije. Raulov zakon, destilacija. Predavanja 3 Koligativne osobine materije 1.Sniženje napona pare, povišenje tačke ključanja, sniženje tačke mržnjenja, osmotski pritisak. 2.Disocijacija i elektroliti; provodljivost elektrolita. Predavanja, vežbe Predavanja, Ulazni kolokvijum

10 Red Br. Poglavlje Metodske jedinice Nastavne aktivnosti Provera znanja 4 Termodinamika 1.Termodinamičke funkcije stanja, rad. 2.Prvi zakon termodinamike, termodinamičke transformacije; Hesov i Kirhofov zakon. 3.Drugi princip, spontanost procesa, entropija, toplotne mašine. Treći zakon termodinamike. 4.Slobodna energija i konstanta ravnoteže. Slobodna energija u hemijskim reakcijama, hemijski potencijal. Predvidjanje uslova pod kojima će se rakcija odigrati. 5. Primena termodinamike na realne sisteme Predavanja Predavanja, interaktivni čas, vežbe Predavanja Predavanja Predavanja Ulazni kolokvijum Test 5 Transformacija hemijske energije u električnu elektrohemija 1.Galvanske i elektrolitičke ćelije - prevodjenje energije redox reakije u električnu. 2. Potencijal elektrode, elektromotorna sila. Dobijanje termodinamičkih veličina iz elektrohemijskih merenja. 3. Komercijalne baterije, gorive ćelije, korozija. Predavanja Predavanja, vežbe Predavanja Ulazni kolokvijum 6 Hemijska kinetika 1. Brzina i red hemijske reakcije, konstanta brzine; njihovo merenje. 2. Složene hemijske reakcije, mehanizam, molekularnost. 3. Teorija sudara; zavisnost konstante brzine od temperature, Arenijusova jednačina. Kataliza. Predavanja, vežbe Predavanja Predavanja Ulazni kolokvijum Test

11 Red Br. Poglavlje Metodske jedinice Nastavne aktivnosti Provera znanja 7 Pojave na granici faza, termodinamika površina. Disperzni sistemi, njihove osobine.tipovi i zastupljenost koloidnih sistema. 1. Adsorpcija, osnovni pojmovi, adsoprcione izoterme. Adsorpcija na granicima čvrsto-gas i čvrstotečno. Klase adsorbenata, moguće interakcije adsorbentadsorbat. Površinska energija. Promena slobodne energije na granici faza. 2. Podela i dobijanja disperznih sistema, prečišćavanje. Svojstva koloidnih sistema. Suspenzije, emulzije, pene, aerosoli, makromolekularni koloidi; njihovi hemijski sastavi. Tipovi koloidnih sistema koji se pojavljuju u hrani. Formiranje dvostrukog električnog sloja, elektrokinetički i potencijal. Struktura micele, kritične micelarne vrednosti. Stabilnost koloidnih sistema, elektrostatička, sterna. Predavanja, Interaktivni časovi, rešavanje zadataka, vežbe. Ulazni kolokvijumi, Test

12 PLAN ZA 2008/09. 1.Naučna metodologija, merenja, merni sistemi, greške merenja. 2.Struktura materije, Struktura atoma, Radioaktivnost, Struktura molekula, Hemijska veza; Medjumolekulske interakcije 3. Priroda gasova 4. Priroda čvrstih i tečnih supstanci 5. Fazne transformacije 6. Rastvori i koligativna svojstva materije 7. Energetski i entropijski aspekt hemijske transformacije Termodinamika 8. Transformacija hemijske energije u električnu Elektrohemija 9. Brzina hemijske promene Hemijska kinetika 10. Promene koje se dogadjaju na granici faza: površinske pojave (adsorpcija) i koloidni sistemi

13 Sistem ocenjivanja: Predispitne obaveze: -2 testa po maksimalno 10 bodova = 20 bodova -Ulazni kolokvijumi: maksimalno 9 x 2 = 18 bodova -Sredjena sveska (koja je obavezna!) Ukupno predispitno: = 2 boda 40 bodova - Usmeni ispit: maksimalno 60 bodova Završni ispit, ukupno 100 bodova

14 RASPORED POLAGANJA TESTOVA IZ FIZIČKE HEMIJE I test: gradivo do oblasti Termodinamike test je u 17. aprila 2011 II test: oblast Termodinamike, test je 21. maj1 2011

15 Literatura: 1.Opšti kurs fizičke hemije, UB FFH, Ivanka Holclajtner Antunović 2.Fizička hemija, skripta, Vesna Rakić 3.Načela fizikalne kemije, Piter Atkins Kolokvijumi 1.Praktikum fizičke hemije, Hemijski fakultet 2.Eksperimentalna fizička hemija, Farmaceutski fakultet 3.Skripte iz fizičke hemije, Vesna Rakić, Vladislav Rac.

16 OSNOVNA SVOJSTVA MATERIJE Materija je sve što nas okružuje, sve što ima masu i zapreminu. Osnovni oblici postojanja materije su: Supstanca Fizičko polje od supstance su izgradjene sve preko fizičkog polja se stvari koje postoje u prirodi ostvaruju interakcije: električno, magnetno, gravitaciono Osnovna svojstva materije su: neprekidno kretanje ENERGIJA njen značaj! tako nastaju PROMENE - materija je u stalnom menjanju oblika i svojstava sposobnost da se izvrši RAD Potencijalna energija Ep (odredjena položajem) Kinetička energija Ek - mv 2 /2 (odredjena kretanjem - v) Materiju ispitujemo posmatrajući njene osobine, analogno posmatranju čoveka, vrši se identifikacija osobina Hemijske osobine one koje se ispoljavaju tokom HEMIJSKE PROMENE, kojom nastaju nove supstance.

17 Fizičke osobine one koje supstanca pokazuje sama po sebi, bez interakcija sa drugim supstancama: boja, miris, ukus, čvrstina, gustina, viskozitet, provodljivost, tačka ključanja, tačka topljenja FIZIČKE PROMENE su one u kojima supstanca menja formu ili oblik, ali ne i sastav. Materija postoji u tri osnovna stanja: čvrstom, tečnom i gasovitom Materija postoji u vidu: - čistih supstanci i - smeša čiste supstance imaju svuda utvrdjen isti sastav. Dele se na: Elemente hemijska reakcija Jedinjenja Elementi: - sastavljeni od jednog istog tipa atoma - najprostiji oblici materije koji zadržavaju iste osobine - postoje kao metali, nemetali i metaloidi - atomska masa je srednja vrednost izotopskih masa

18 Jedinjenja: - supstance sastavljene od 2 ili više elemenata u fiksnom odnosu masa - osobine se razlikuju od osobina elemenata - molekulska masa je suma atomskih masa Smeše sastavljene su od dve ili više komponenti u promenljivim medjusobnim odnosima. U smešama komponente zadržavaju svoje osobine. Heterogene Homogene - imaju vidljive čestice - sastojci su nevidljivi -imaju različit sastav u raznim - imaju isiti sastav svuda delovima - primer: vazduh -primeri: tlo, voda Mogu se primeniti fizičke metode razdvajanja: filtracija, ekstrakcija, destilacija, kristalizacija, hromatografija Kako je materija sve što nas okružuje, saznanja o tome kako je materija organizovana i kako funkcioniše tiču se svega - od najsitnijih čestica žive i nežive prirode, do čitavog kosmosa.

19 Poredjenje osobina jednog jedinjenja i elemenata od kojih je ono nastalo. Osobina Tačka topljenja Tačka ključanja Natrijum Hlor Natrijum hlorid 97,8 C C 801 C 881,4 C - 34 C 1413 C Boja Sebrnasta Zleno-žuta Bez boje (beli kristali) Gustina 0,97 g/cm 3 0,0032 g/cm 3 2,16 g/cm 3 Ponašanje u vodi Raguje Slabo se rastvara Rastvara se Osnovna svojstva elemenata i jedinjenja. Elementi Sastavljeni su od jednog tipa atoma. Najprostiji oblici postojanja materije, zadržavaju iste osobine. Postoje kao metali, nemetali i metaloidi. Atomska masa je srednja vrednsot izotopskih masa. Jedinjenja Sastavljeni su od atoma dva ili više elemenata u fiksnom odnosu masa Osobine jedinjenja razlikuju se od osobina elemenata. Postoji više različitih grupa jedinjenja. Molekulska masa je suma atomskih masa.

20 Makro i mikro svet

21 Peta, tera m Mega m m mesec m, cm, nm, pm

22 m C-C 150 pm 10fm

23 NAUČNI PRISTUP IZUČAVANJU MATERIJE Naučni metod podrazumeva: 1. Posmatranje; 2. Postavljanje hipoteze; 3. Izvodjenje eksperimenta; 4. Postavljanje teorija i/ili modela. Sistematski pristup rešavanju problema uključuje: 1. Definisanje problema; 2. Donošenje plana rada; 3. Rešenje problema (eksperimenti, matematički aparat); 4. Provera.

24 ZNAČAJ MERENJA U IZUČAVANJU MATERIJE Eksperimenti podrazumevaju merenje vrednosti jedne ili više fizičkih veličina; jer se tokom izučavanja može pojaviti potreba za tim podacima. Fizičke veličine, ili, kraće, veličine, su svojstva predmeta, pojava ili stanjâ u prirodi koja se mogu uporedjivati (na primer: dužina, masa, temperatura, napon, sila, gustina,...). Merenje predstavlja postupak uporedjivanja istovrsnih veličina. Pri tome se jedna od uporedjenih veličina uzima kao polazna, osnovna veličina, i naziva se mera, jedinica mere ili jednostavno jedinica te veličine. Rezultat merenja je broj odgovarajućih jedinica (iznos) koji ta merena veličina sadrži; taj broj će zavisiti od izbora jedinice koja se koristi. Dakle, fizička veličina je potpuno odredjena samo ako su navedena oba podatka: iznos (broj) i jedinica mere (koliko i čega).

25 Mnoge veličine mogu se izvesti iz drugih, ali postoje neke koje se ne mogu izvesti iz drugih, jednostavnijih veličina. Takve veličine se nameću kao iskustveni pojmovi i nazivaju se osnovnim veličinama. Iz jedinica koje označavaju osnovne veličine, mogu se izvesti jedinice za one veličine koje se mogu izvesti iz osnovnih veličina. Grupa jedinica koje su u bilo kakvoj medjusobnoj vezi čine sistem mernih jedinica ili merni sistem. Naravno, merenja se ne koriste samo u svrhu sprovodjenja naučne metodologije. Zapravo, čitav svet oko nas karakterišemo izmerenim veličinama merenja i izražavanja vrednosti izmerenih veličina su svakodnevno primenjivani i opšte prihvaćeni procesi.

26 Da bi se izmerene vrednosti mogle izražavati i medjusobno porediti, bilo je neophodno uvesti tačne i nepromenljive standarde, kao i opšte prihvaćeni jedinstveni sistem mernih jedinica. Pionirski korak učinjen je u Francuskoj, krajem XVIII veka: jedna od tekovina Francuske revolucije bila je upravo zamisao stvaranja jedinstvenog mernog sistema à tous les temps, à tous les peuples ( za sva vremena, za sve narode ). Na taj način, nastao je takozvani metrički sistem. Za jedinicu dužine uzet je jedan deseto-milioniti deo rastojanja od ekvatora do Severnog Pola (sa trasom kroz Pariz), naziv je uzet od grčke reči za meru (μέτρον, izgovor: metron ). Do postavljanja danas usvojenog, bilo je postavljeno nekoliko mernih sistema. Medjunarodni ured za za mere i etalone sa sedištem u Sevru (Sèvres) kod Pariza (Système International d Unités) poznat pod imenom SI sistem.

27 Osnovne jedinice SI sistema Fizička veličina (dimenzija) Naziv jedinice Skraćenica jedinice (simbol) Masa kilogram kg Dužina metar m Vreme sekunda s Temperatura kelvin K Električna struja Količina supstance Intenzitet svetlosti amper mol kandela A mol cd

28 Neke od izvedenih jedinica SI sitema i njihovi nazivi Fizička veličina Naziv jedinice Sim bol Veza sa drugim jedinica ma Veza sa osnovnim jedinicama SI sistema Učestalost herc Hz 1/s Sila njutn N m kg/s 2 Pritisak paskal Pa N/m 2 kg/(m s 2 ) Energija, rad, količina toplote džul J N m m 2 kg/s 2 Snaga vat W J/s m 2 kg/s 3 Količina naelektrisanja Električni potencijal, razlika potencijala, elektromotorn a sila kulon C s A volt V W/A m2 kg/(s3 A) Kapacitivnost farad F C/V s 4 A 2 /(m 2 kg) Električni otpor om Ω V/A m 2 kg/(s 3 A 2 ) Provodljivost simens S A/V S 3 A2 /(m 2 kg ) Magnetski fluks veber Wb V s m2 kg/(s2 A) Gustina magnetskog fluksa tesla T Wb/m 2 kg/(s 2 A)

29 Uobičajeni decimalni prefiksi koji su u upotrebi u SI sistemu Prefi ks Simb ol prefi ksa Broj Značenje Naziv broja Tera T triolion Giga G bilion 10 9 Meg a M milion 10 6 Kilo k 1000 hiljada 10 3 Hekt o h 100 stotina 10 2 Deka da 10 deset jedinica 10 0 Deci d 0,1 deseti deo Eksponencij alni prikaz 10-1 Centi c 0,01 stoti deo 10-2 Mili m 0,001 hiljaditi deo Mikr o Nano Piko Femt o Ato μ 0, milioniti deo n p f a 0, , , , bilioniti deo trilioniti deo kvadrilio niti deo

30 Neke od jedinica izvan SI sistema koje su još uvek u upotrebi Fizička veličina Naziv jedinice izvan SI sistema Simbol Veza sa jedinicom u SI sistemu Energija kalorija cal 1 cal = 4,184 J Dužina angstrem Ǻ 1 Ǻ = m Pritisak atmosfera atm 1 atm = Pa Pritisak bar bar 1 bar = 10 5 Pa Zapremina litar dm 3 1 dm 3 = 10-3 m 3 Da bi se vrednosti izmerenih fizičkih veličina mogle izražavati u više različitih jedinica, bilo u okviru ili izvan SI sistema, potrebni su konverzioni faktori; brojni odnosi koji prikazuju upravo odnose izmedju razliitih jedinica, bilo da su one unutar, ili izvan SI sistema.

31 Osnovne merne jedinice SI sistema su vremenom redefinisane: Metar je ,73 umnožak talasnih dužina narandžasto-crvene svetlosti dobijene emisijom od pobudjenih kriptonovih atoma. Danas prihvaćeni etalon za metar je još pouzdaniji: jedan metar je rastojanje koje svetlost proputuje u vakuumu tokom 1/ dela sekunde. Etalon za kilogram je fizičko telo cilindar načinjen od mešavine iridijuma i platine koji se čuva u Francuskoj, pod odgovarajućim uslovima koji ga štite od korozije i bilo kakvih oštećenja. Kilogram je jedina osnovna jedinica SI sitema koja u svom imenu ima prefiks, i sastoji se od hiljadu grama. Pored kilograma, SI sitem daje i definiciju grama kao jedinice mase: jedan gram je definisan kao masa 5, atoma ugljenikovog izotopa 12 C. Ovaj broj dobija se kao N/12; jer je jedan gram dvanaesti deo jednog mola ugljenika, a N Avogadrov broj (6, ).

32 Za osnovnu jedinicu za vreme u SI sistemu je izabrana sekunda, iako je čovek odvajkada merio vreme danima i godinama. Sekunda je jedinica koja može biti definisana na atomskoj skali, preko vremena oscilovanja mikrotalasnog zračenja apsorbovanog atomima cezijuma ( 113 Cs) u gasnom stanju: jedna sekunda je definisana kao vreme potrebno za takvih oscilacilacija.

33 SIGURNOST MERENJA, ZNAČAJNE CIFRE Merenja su od velikog značaja za nauku, ali i u svakodnevnom životu, takodje. Medjutim, sprave koje primenjujemo za merenja imaju svoja specifična ograničenja, a u procesima merenja čovek koristi svoja (nesavršena) čula, nikada nismo u stanju da fizičke veličine izmerimo tačno i sa apsolutnom sigurnošću. Stoga, treba imati na umu da je tačna vrednost neke fizičke veličine nedostupna. Svako merenje sa sobom nosi odredjenu mernu nesigurnost, pa najbolje što se može je: izabrati odgovarajuću metodu koja će omogućiti traženu mernu sigurnost.

34 Uradjaj koji će biti primenjen za neko konkretno merenje zavisiće od toga kolika je željena sigurnost merenja. -Pri izboru uredjaja kojim ćemo meriti odredjenu veličinu treba imati na umu da, pri upotrebi uredjaja za merenje, poslednju cifru u broju kojim izražavamo izmerenu vrednost uvek procenjujemo (a ne očitavamo tačno); -Prema tome, prihvatamo da merenje ima nesigurnost u iznosu od jedinične vrednosti te poslednje cifre. -Dakle, cifre kojima se zapisuje rezultat merenja mogu biti sigurne i nesigurne; a i jedne i druge se zajedničkim imenom nazivaju značajne cifre. -Ako je merenje ostvareno sa većim brojem značajnih cifara, ono je sigurnije.

35 Broj značajnih cifara zavisi od mernog uredjaja. Slika prikazuje dva različita termometra koji mere istu temperaturu. Termometar levo je graduisan na 0,1 C, i njime se može pročitati 33,33 C. Termometar desno je graduisan na 1 C, i njime se može pročitati 33,3 C. Prema tome, termometrom levo se može očitati više značajnih cifara.

36 Prethodni primer sa termometrima kao i primeri na slikama levo (vaga sa merenim predmetom i menzura sa tečnošću) pokazuju da je broj značajnih cifara odredjen izborom sprave koja se za merenje koristi. Masa izmerena analitičkom vagom ima više značajnih cifara (6,8605 g) nego zapremina izmerena menzurom (68,2 ml).

37 PRECIZNOST I TAČNOST MERENJA; GREŠKE MERENJA Preciznost i tačnost su dva aspekta sigurnosti merenja. Preciznost (ili reproduktivnost) pokazuje koliko su medjusobno bliske vrednosti dobijene u seriji merenja jedne iste fizičke veličine, sa istom vrednošću. Tačnost govori o tome koliko je izmerena vrednost blizu tačnoj vrednosti fizičke veličine (o kojoj je već prethodno rečeno da se ne može nikada u potpunosti dostići).

38 Tačnost se odredjuje po tome koliko je dobijeni rezultat blizu tačnoj vrednosti. Reč tačna je u znacima navoda ovde jer unosi pretpostavku da je eksperimentator u stanju da izmeri tu tačnu vrednost; a u stvari, u svakom merenju postoji greška. Rezultat nekog eksperimenta može biti reproduktivan, ali pogrešan.

39 Razlikujemo dva tipa greški: Sistematske greške kao posledicu imaju izmerene vrednosti koje su ili sve veće, ili sve manje od tačne vrednosti. Ove greške nastaju zbog nekog razloga unutar samog mernog uredjaja (sistema); na primer, usled kvara u uredjaju ili usled očitavanja vrednosti sa uredjaja uvek na isti, pogrešan, način. Slučajne greške se pojavljuju kada nema sistematske greške i čine da su neke od izmerenih vrednosti veće, a neke manje, od stvarne, tačne vrednosti. Slučajne greške se uvek pojavljuju a njihova veličina zavisi od veštine eksperimentatora i preciznosti instrumenta.

40 Masa vode, g Masa vode, g Precizno merenje ima malu slučajnu grešku, odnosno, malo odstupanje od srednje vrednosti. Tačno merenje ima malu sistematsku grešku i malu slučajnu grešku, takodje. 28 (a) Slučaj (a): visoka preciznost, visoka tačnost; Broj eksperimenta 28 (b) (b): visoka preciznost, mala tačnost (sistematska greška) Broj eksperimenta

41 Masa vode, g Masa vode, g 28 (c) Broj eksperimenta 28 (d) Broj eksperimenta Slučaj (c): mala preciznost, srednja vrednost bliska pravoj; slučaj (d): mala preciznost, mala tačnost.

42 PRIKAZIVANJE REZULTATA; NEZAVISNO I ZAVISNO PROMENLJIVE VREDNOSTI Merenja mogu biti kvalitativna i kvantitativna. Grafičko prikazivanje dobijenih rezultata primenjuje se onda kada su merenja sprovedena na takav način da: - jednu promenljivu svesno i svojevoljno menja eksperimentator, - a druga promenljiva se menja kao posledica tog kontrolisanog menjanja prethodne promenljive.

43

44 SAZNANJA O MATERIJI OD STAROG DO XIX VEKA U najstarija vremena, čovek je svoja poimanja sveta iskazivao mitovima. MIT (mitos) reč, priča, kazivanje (grč.); MITOLOGIJA od, priča i (logos), reč, učenje. Mitovi - bajkom, pričom ili pesmom izražene prednaučne predstave o nastanku sveta, živih bića i pojava. Danas se reč mit upotrebljava u prenosnom značenju i označava nedokazano mišljenje ili samovoljnu sliku o nečemu (mitovi o superiornosti rasa i naroda, mit o Napoleonu). Po verovanju ranih Grka, prvo biće bilo je HAOS ( prazan neizmeran prostor koji je bio pre svih stvari). Po istim verovanjima iz HAOSA su nastali: - EREB (tama) i NIKTE (noć) - ETER (svetlo) i HEMERA (dan) - GEJA (gea, zemlja), TARTAR (podzemlje) i EROS (ljubav). Vasionom i čovekom u njoj upravljala su moćna bića BOGOVI, a sve što postoji shvatano je kao NESAZNATLJIVO

45 Kraj VII i početak VI veka p.n.e: početak razvoja FILOZOFIJE ljubav prema mudrosti, od:, (filos, fila) - prijatelj, prijateljstvo, ljubav; i (sofia) - mudrost. Ovaj period i ovaj deo sveta mogu se smatrati mestom i vremenom gde je rodjena NAUKA. Razlozi i objašnjenja: - Grčka, i posebno ostrva u Egejskom moru bili su na RASKRŠĆU CIVILIZACIJA - usvojen je prethodno osmišljeni feničanski alfabet znanje je postalo dostupno velikom broju ljudi - nije postojala centralizacija vlasti

46 KOSMOLOŠKO RAZDOBLJE GRČKE FILOZOFIJE - period izmedju VI i IV veka p.n.e., u kome je iz pojma NESAZNATLJIVOG HAOSA stvoren pojam KOSMOSA. Vasiona se odlikuje unutrašnjim redom i zato je saznatljiva. U prirodi postoje pravilnosti, i mogu se otkriti pravila kojima se vasiona pokorava i koja omogućavaju otkrivanje načina na koji priroda funkcioniše. Ovakva predstava o sredjenoj vasioni dobila je naziv KOSMOS - red, svemir. Tales iz Mileta, VI p.n.e.: Nešto ne može nastati iz ništa - materijalistički pristup Heraklit iz Efesa, p.n.e. samoga sebe Ja sam proučio Neprekidna promena, kretanje, je bit svega. Svetom vlada sveopšta zakonitost Pitagorejci, kraj VI i V vek p.n.e. sekta sa strogom disciplinom i obavezom da intelektualno žive. Bavili su se matematikom, muzikom i astronomijom. Broj i brojni odnosi su bit svega. U razlikovanju broja (pojam) od stvari (pojava) nalaze se koreni idealizma.

47 ATOMISTI, V i IV v p.n.e. - Leukip, koji je bio učitelj DEMOKRITU. - Demokrit ( p.n.e): Više bih voleo da nadjem jednu jedinu uzročnu vezu, nego da dobijem persijsko kraljevstvo. Atomisti su razmatrali problem beskonačne deljivosti što je dovelo do pojma atoma (atomos, nedeljiv). Demokrit: Ne postoji ništa drugo, osim atoma i praznine. Ovim su uvedeni osnovni filozofski pojmovi nebića (prazno) i bića (puno, atomi). Nasmejani filozof Cilj života je sreća koju daju uravnoteženost, duhovno spokojstvo i vedrina, siromaštvo u demokratiji je poželjnije od bogatstva u tiraniji. Po zakonima prirodne nužde, mase atoma se kreću, sastaju, sukobljavaju i razilaze u beskrajnom svemirskom prostoru; povremeno nastaju atomski vrtlozi koji onda očvršćavaju, i tako nastaju planete. Smatrao je da je opažanje fizički i mehanički proces; a da su mišljenje i osećanje svojstva materije.

48 Demokrit je izgradio prvu materijalističku gnoseologiju (gnoseologija - nauka o spoznaji). Univerzalni mislilac 73 napisane knjige ali samo 299 sačuvanih fragmenata i 352 svedočanstva. Ogroman raspon interesa: pisao je o problemima spoznaje, etike, filologije, kulture, vaspitanja, prava, države, organske prirode, fizike, matematike, tehnike. Razlika izmedju mitskog i naučnog poimanja pojave: GALAKSIJA - Grčka mitologija: mlečni put je mleko boginje Here - pleme Kung Bušmana: mlečni put je kičma velike životinje unutar koje svet živi - Demokrit: mlečni pit čine zvezde koje se ne mogu videti golim okom. - današnje shvatanje: galaksije su veliki skupovi zvezda, medjuzvezdanog gasa i prašine koji se prostiru sve do granica astronomskog opažanja. ANTROPOLOŠKO RAZDOBLJE GRČKE FILOZOFIJE Sredina V v. P.n.e prelazi se na razmatranje pitanja vezanih za čoveka. Sokrat ( pre n.e.) Spoznaj samog sebe najbolji su oni koji ZNAJU. Osudjen je na smrt jer ne veruje u bogove u koje veruje država i kvari mlade.

49 ONTOLOŠKO RAZDOBLJE GRČKE FILOZOFIJE ontologija - nauka o biću Platon ( pre n.e.) ideje su večna i nepromenljiva bit svega. Osnovao svoju filozofsku školu u Akademovom vrtu odavde potiče naziv Akademija Aristotel ( p.n.e.) Platonov učenik; učitelj Aleksandra Makedonskog Velikog. Po povratku u Atinu, osnovao je svoju školu u vežbalištu ( - gimnazion - vežbalište, odavde potiče naziv gimnazija). Mnogi ga smatraju najuspešnijim univerzalnim misliocem svih vremena. Osnovao je logiku, dao doprinose razvoju: zoologije, botanike, mineralogije, astronomije, gramatike, retorike, psihologije Ali, Aristotel je potpuno potisnuo atomističku koncepciju. Njegovo shvatanje materije svodi se na tvrdnju da je sve sastavljeno iz četiri elementa - vazduha, vode, vatre i zemlje.

50 Izvršio odlučujući uticaj na zapadnu civilizaciju sve do kraja XVII veka. Aristotelizam odbacivanje materijalističke filozofije. Zašto? U osnovi, odgovori se nalaze u Platonovom i Aristotelovom shvatanju društva. *************************************************** U periodu od Aristotela do XVI veka, jedini izvor znanja o MATERIJI bili su ALHEMIČARI. Alhemičari su sledili starogrčku zamisao o prirodi koja teži savršenstvu. Bili su opsednuti pretvaranjem drugih supstancija u zlato, traženjem eliksira večne mladosti kao i kamena mudrosti. Njihovi postupci prožeti su misticizmom. Svojim radom proizveli su dosta konfuzuje, ali su ipak doprineli sveukupnom razvoju ponovnim uvodjenjem eksperimenata i razvojem nekih eksperimentalnih postupaka (destilacija). Nastavak učenja o biti materije, kosmosu, gravitaciji, prirodi gasova vezan je tek za Isaka Njutna, Roberta Bojla (XVII vek), Rudjera Boškovića (XVIII vek). Robert Bojl : jedan element sastoji od prostih Tela, koja nisu sastavljena od bilo kakvih drugih Tela; od tih Tela su napravljena složena Tela, i na njih se razlažu. Ovaj opis odgovara današenjem poimanju elementa, u kome je pojam Tela zamenjen pojmom Atom. Ali, bilo je potrebno još 100 godina da bi se razumeli zakoni koji se tiču masa supstanci koje ulaze u medjusobnu reakciju.

51 DALTONOV ATOMSKI MODEL 2300 godina posle DEMOKRITA! Polazna znanja zakoni o: održanju mase; stalnom (utvrdjenom) sastavu i umnoženim odnosima. Zakon o održanju mase masa supstance ne menja se tokom hemijske reakcije. Može se menjati broj supstanci i njihove osobine, ali ukupna količina materije ne. 180 g glukoze g O2 264 g CO g H2O 372 g pre 372 g posle Opšteprimećeno iskustvo: Na osnovu svih hemičarskih iskustava, može se tvrditi da materija ne može biti stvorena ili uništena. Zakon stalnog sastava bez obzira kako je nastalo, odredjeno hemijsko jedinjenje je sastavljeno uvek od istih elemenata u istom medjusobnom odnosu masa. Primer: CaCO3 20 g CaCO3 1 g CaCO3 % ima: 8 g Ca 0.4 g Ca 40% Ca 2.4 g C 0.12 g C 12% C 9.6 g O 0.48 g O 48% O

52 Zakon umnoženih odnosa Jonh Dalton ako elementi A i B reaguju stvarajući 2 različita jedinjenja, različite mase supstance B koje reaguju sa istom masom supstance A mogu biti izražene kao odnos malih celih brojeva. Primer: 2 jedinjenja nastala od C i O: oksid ugljenika (I) oksid ugljenika (II) g O/100 g g C/100 g g O/ g C 57.1/42.9 = /27.3 = 2.66 g O/g C u jedinjenju II (CO2) = 2 g O/g C u jedinjenju I (CO) 1 Jedinjenje II sadrži 2 puta više kiseonika na istu masu ugljenika u odnosu na jedinjenje I. DALTONOVA ATOMSKA TEORIJA John Dalton, bez formalnog obrazovanja; matematiku počeo da uči u 12. godini. Bavio se gasovima (zakon), matematikom, meteorologijom i problemom slepila za boje daltonizam. Daltonova atomska teorija ima 4 postulata:

53 1. Sva materija sastoji se od atoma, sićušnih nedeljivih čestica jednog elementa koje ne mogu biti stvorene niti uništene ( preuzeto od Demokritovih večnih, neuništivih atoma i u saglasnosti je sa Lavoisier-ovim zakonom održanja mase). Danas znamo da se atomi mogu deliti na subatomske čestice. 2. Atomi jednog elementa ne mogu se pretvoriti u atome drugog elementa. U hemijskoj reakciji, jedinjenje se može podeliti na atome od kojih je nastalo; od istih atoma može nastati drugo jedinjenje. ( ova tvrdnja nastala je nasuprot alhemičarima i magičnoj transformaciji elemenata). Danas znamo da se atom jednog elementa može pretvoriti u atom drugog elementa, ali isključivo u nuklearnim reakcijama, dok se to nikada ne dogadja u hemijskim reakcijama. 3. Atomi jednog elementa imaju identične mase i ostale osobine, i ove osobine se razlikuju od osobina atoma drugih elemenata ( danas znamo da izotopi imaju različite mase). Ovaj postulat je originalno Daltonova ideja. 4. Jedinjenja nastaju kombinovanjem atoma različitih elemenata u specifičnim odnosima. Ovo je Daltonov zaključak, proistekao direktno iz zapažanja o stalnom sastavu.

54 Daltonovi postulati objasnili su prethodno uočene zakone: Zakon održanja mase: Atomi ne mogu biti stvoreni niti uništeni (postulat 1) ili prevedeni u atome drugih elemenata (postulat 2). Kako svaka vrsta atoma ima fiksnu masu (postulat 3) u hemijskoj reakciji se ne može desiti promena mase. Zakon stalnog sastava: Jedinjenje je kombinacija specifičnih odnosa različitih atoma (postulat 4) od kojih svako ima svoju atomsku masu (postulat 3). Zato svaki element u jedinjenju uvek čini stalni udeo od ukupne mase. Zakon umnoženih odnosa: Atomi jednog elementa imaju istu masu (postulat 3) i nedeljivi su (postulat 1). Kada se različiti broj atoma elementa B vezuje sa jednim atomom elementa A nastaju dva različita jedinjenja. Tada, mase elementa B koje reaguju sa istim masama elementa A stoje u celobrojnom odnosu.