Dlaczego wierzę

Mapę myśli zaczęłam od punktu Świat jest piękny, jakoś tak się rozrosła. Mocno przerobiłam zdjęcie, ale fajna jest. Tematem były powody by wierzyć w siły wyższe.

Budowa atomu wodoru

by Nomadic Lass

Atomy zbudowane są z elementarnych cząstek; dodatnich, ujemnych i obojętnych elektrycznie. Cząstki dodatnie i ujemne się przyciągają, a cząstki o tym samym ładunku odpychają. Cząstki dodatnie to protony, obojętne - neutrony, a ujemne to elektrony od nazwy bursztynu. To na nim po raz pierwszy zaobserwowano elektryzowanie się czegoś. Przyczyną ujemnego ładunku owych bursztynowych cząstek jest fakt, że są przyciągane. Atom składa się z jądra, w którym są upakowane protony i (nieobowiązkowe u wodoru) neutrony. Dlaczego atom się nie rozpada, mimo że protony powinny się odpychać?

Dzięki siłom oddziaływania jądrowego. Są one najsilniejsze we wszechświecie, ale działają na bardzo małe odległości. M. in. to ograniczenie jest przyczyną promieniotwórczości. Przyciągają do siebie protony nie pozwalając oddziaływaniu kulombowskieomu nic zrobić.

Elektronów jest tyle samo, ile protonów, przynajmniej gdy atom jest sam. Wtedy ma on ładunek obojętny. Cząstki ujemne krążą wokół jądra. Dawniej sądzono, że to dzięki siłom grawitacji i odśrodkowej. Wyszło jednak, że w takiej sytuacji elektron szybko spadłby na jądro.

Niels Boh stwierdził, że skoro tak się nie dzieje, to z fizyką jest coś nie tak. Przyjął zatem założenia niezgodne z prawami dotychczasowej fizyki. I miał rację.

Postulaty Bohra:

• moment pędu elektronu jest równy nh/2Π czyli mVr=nh/2Π
• różnica energii elektronu na dwóch sąsiednich orbitach jest równa stałej Plancka razy częstotliwość fali promieniowania

Gdy człowiek rośnie to jeśli w jednym momencie miał 150cm, a potem miał 170 cm, to kiedyś pomiędzy jednym i drugim pomiarem miał 160 cm. Do takiego myślenia jesteśmy przyzwyczajeni. Zaś Bohr uznał, że gdy zmienia się odległość elektronu od jądra to odbywa się to skokami. A jak już cząstka skacze to zmienia się energia. Gdy elektron przemieszcza się na niższą orbitę to pozbywając się energii wyprodukowuje foton w odpowiednim kolorze. Do drogi na wyższą orbitę potrzebuje pochłonąć taki foton. (Tłumaczy to widmo atomowe). 

Skąd się wzięły pierwiastki?

My i wszystko, co nas otacza, to tak naprawdę recyklingowana gwiazda.

Gwiazdy wysyłają w przestrzeń ogromną ilość światła i ciepła. Gdyby płonęły zwykłym ogniem, Słońce zdążyłoby już spłonąć. Pod koniec XIX wieku stwierdzono, że energia Słońca mogłaby pochodzić z jego kurczenia się pod wpływem grawitacji. Potem odkryto promieniotwórczość i opracowano metodę mierzenia wieku skał. Okazało się, że ziemskie skały są tak stare, że Słońce nie mogłoby tyle świecić.

Rozwiązanie przynieśli fizycy Fritz Houtermans i Robert d'Escourt Atkinson. Ten ostatni znał równanie E=mc² i zrozumiał, że atomowa transmutacja* jest możliwa. Jądra atomów we wnętrzach gwiazd zderzają się ze sobą z powodu gęstego upakowania i wysokich temperatur. Kolizje doprowadzają do tego, że niektóre atomy przekształcają się w inne, tracąc masę. Powstaje energia jądrowa. Uznali, że polega to na fuzji czterech atomów wodoru w jeden atom helu. Dzięki fizykowi Hansowi Bethe znamy dokładny przebieg tego procesu, cykl CNO - jądra atomu wodoru łączą się w efekcie przemian, w których powstają węgiel, azot i tlen. W 1967 Bethe dostał Nobla.

W 1948 roku Ralp Alpher, Hans Bethe i George Gamowa w publikacji αβγ postawili tezę, że wodór powstał w eksplozji, która dała początek Wszechświatowi. Nazwano ją Wielkim Wybuchem.

Do wodoru miały dołączać się kolejne neutrony tworząc jądra atomów coraz cięższych pierwiastków, a produktem ubocznym miał być hel. Niestety, w ten sposób nie może powstać nic cięższego od litu, gdyż nie istnieją stabilne atomy o czterech protonach i czterech neutronach. Jądro z ośmioma nukleonami rozpada się samorzutnie i znów ma ich siedem. Jednak potem pojawia się publikacja B²FH nazwana od autorów: dwojga Burbridge'ów, Fowlera i Hoyle'a.

Po prostu węgiel powstaje z trzech walniętych atomów helu. Chyba. Nie jestem pewna, czy dobrze zrozumiałam.

Cykl życiowy gwiazdy jest dość skomplikowany (poza tym, w przeciwieństwie do tego, co wyżej, jest w szkole, na fizyce podstawowej), więc może przejdę od razu na jego koniec. Do supernowej. Jest to eksplozja, powodująca powstanie niezwykle jasnego obiektu, który wkrótce przestaje być widoczny. Przed wybuchem też nie było go widać, nazwa wzięła się z wrażenia, że powstaje nowa gwiazda. Eksplozja supernowej z ogromną siłą wyrzuca w przestrzeń większość lub całą materię gwiazdy. Utworzona w ten sposób mgławica jest bardzo nietrwała i ulega całkowitemu zniszczeniu już po okresie kilkudziesięciu tysięcy lat, znikając zupełnie bez śladu.

To główny mechanizm rozprzestrzeniania się we wszechświecie pierwiastków cięższych od tlenu i praktycznie jedyne źródło tych cięższych od żelaza. I z tego między innymi formują się nowe gwiazdy i ich planety.

A wiecie, skąd się wzięły cząsteczki organiczne? Pierwsze aminokwasy mogły spaść z kosmosu na meteorycie. A na meteorycie mogły się wziąć z innej planety, gdzie jest lub było życie. Lub mogły powstać przez samorzutne zmiany układu atomów w związku już w przestrzeni kosmicznej.

Budowa cząsteczki wody

Wodór to proton i elektron. Czasami neutron, ale deuter i tryt nie pojawiają się aż tak często, by się nimi przejmować. Najbliższy mu gaz szlachetny ma dwa elektrony walencyjne, tyle, ile mieści się na jedynej powłoce wodoru. Tlen zaś dąży do oktetu elektronowego. Czyli brakuje mu dwóch elektronów. 

Skąd się biorą wartościowości to też magia, ale chyba wszyscy ją rozumieją. Zatem wiemy, że tlen ma wartościowość dwa, a wodór ma wartościowość jeden. Na jeden tlen muszą przypadać dwa wodory.

Jaki kąt jest pomiędzy tlenem, a wodorami? 105 stopni. Tlen ma 2 wolne pary elektronowe, które wraz z atomami wodoru się odpychają. Dlatego woda ma strukturę tetraedryczną. W tetraedrze ten kąt wynosi 109 stopni, jednak wolne elektrony odpychają się mocniej niż wodory i trochę je tak jakby tłamszą. Cząsteczki wody oddziałują ze sobą, dzięki temu może istnieć menisk wypukły. Gdyby cząsteczki H₂O nie oddziaływały na siebie siłami międzycząsteczkowymi, to ze względu na swoją niewielką masę powinny w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem tworzyć fazę gazową. Można więc powiedzieć, że siły te są odpowiedzialne za istnienie życia na ziemi. 

Najdziwniejszą właściwością wody jest chyba to, że w stanie stałym ma mniejszą gęstość niż w stanie ciekłym. Ma to olbrzymie znaczenie biologiczne, gdyż przez to zbiorniki wodne zamarzają tylko u góry. A na dnie spokojnie mogą przetrwać rybki.

Fotosynteza

W chloroplastach znajduje się chlorofil a, który inicjuje zależne od światła reakcje fotosyntezy, zaś chlorofil b jest barwnikiem pomocniczym – różni się od chlorofilu a tylko grupą funkcyjną w pierścieniu porfirynowym. Cząsteczki chlorofilu zbudowane są z węgla, wodoru, tlenu, azotu i magnezu. W chloroplastach występują jeszcze inne barwniki, takie jak karotenoidy o zabarwieniu żółtym lub pomarańczowym. Chlorofil może zostać wzbudzony bezpośrednio przez docierające do niego promienie albo pośrednio energią przekazywaną przez wzbudzone światłem barwniki dodatkowe. Chloroplasty podobnie jak mitochondria mogą dokonywać fosforylacji, czyli odtwarzać ATP z ADP, jednak jest to fosforylacja świetlna (w mitochondriach energia jest uzyskiwana w procesie utleniania glukozy).

Podczas fotosyntezy przejęta przez chlorofil energia promieniowania świetlnego stanowi siłę napędową do syntezy węglowodanów. Ogólną reakcję fotosyntezy można przedstawić tak:

6 CO₂ + 12 H₂O --> [energia świetlna, chlorofil]--> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

Reakcje fotosyntezy dzieli się na dwie fazy: reakcji zależnych od światła i reakcji wiązania węgla.

Część foto fotosyntezy rozpoczyna się od pochłonięciem energii świetlnej przez chlorofil, pochłania głównie fotony o barwie czerwonej i niebieskiej, co powoduje przemieszczenie jednego elektronu na wyższy poziom energetyczny. Wzbogacony w energię elektron przechodzi na cząsteczkę akceptora, a jego miejsce w chlorofilu zajmuje elektron z H₂O; z rozpadu cząsteczki wody wydziela się również tlen. Część energii z wysokoenergetycznych elektronów służy do fosforylacji adenozynodifosforanu (ADP) do adenozynotrifosforanu (ATP). Fosforan di nukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADP⁺) zostaje zredukowany do NADPH¹, które jest przenośnikiem wodoru podobnym do NADH, różniącym się od niego obecnością reszty fosforanowej. NADPH dostarcza wysokoenergetycznych elektronów potrzebnych w niektórych reakcjach anabolicznych. ATP i NADPH są wykorzystywane w wymagających wkładu energii (endoenergetycznych) reakcjach wiązania węgla. Przebiega to tak:

12 H₂O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 P_i -->[światło, chlorofil]--> 6 O₂ + 12 NADPH + 18 ATP

Na drugą fazę wpływam pośrednio. Cząsteczki ATP i NADPH wytworzone w fazie zależnej od światła mogą przekazywać energię innym cząsteczkom, nie mogą jej zaś przetrzymywać przez dłuższy czas. Dlatego część ich energii przechodzi do wiązań chemicznych w węglowodanach, które powstają w dużej ilości i mogą być przechowywane do przyszłego wykorzystania. Te węglowodany to głównie skrobia i inne wielocukry, gromadzą się one w cytoplazmie, w nieprzeprowadzających fotosyntezy komórkach. W reakcjach wiązanie węgla odbywa się wbudowywanie atomów węgla z CO2 w szkielet cząsteczek organicznych. Wiele enzymów katalizujących wiązanie węgla wykazuje znacznie większą aktywność w świetle niż w ciemności, a ponadto reakcje te uzależnione są od produktów reakcji świetlnych.

Zaś endosymbioza dzięki której istnieją w komórkach chloroplasty i mitochondria brzmi jak jakaś mocna fantastyka pisana pod wpływem narkotyków.

Efekty

Zaszło wiele dziwnych rzeczy i rzeczywistość istnieje, kosmos istnieje. Potem jeszcze zaistniała tak idealna do życia planeta.

W jakiś dziwny sposób powstało życie na ziemi. Nie zdechło po pięciu sekundach (chociaż kto wie, ile razy wcześniej powstawało...) i istnieje nadal. Jak potwierdza eksperyment Millera-Ureya mogło powstać dzięki błyskawicy (Jasz, to on). Zmieniło skład atmosfery (O₂), wyewoluowało, wyprodukowało prawie wszystko, co jest piękne. Skały mogą być piękne, ale często są pozostałościami po czymś, co kiedyś żyło. Niebo jest piękne, słońce jest piękne... ale czy niebo wyglądałoby tak samo, gdyby atmosfera była inna? A cała reszta piękna to przecież kwiaty, drzewa, motyle, żywe stworzenia, inni ludzie.

Jaram się tym, że żyję.

Wnioski

Dla mnie jest to prosty powód istnienia sił wyższych. Wszystko, co opisałam jest jak domek z kart. Można by przesunąć któryś element... niech oddziaływania jądrowe będą słabsze, woda ma większą gęstość w stanie stałym niż ciekłym i nie mamy prawa żyć.

Bibliografia: Tajemnice Wszechświata Paul Murdin, Odkryć fizykę klasa 1, Biologia na czasie, klasa 1 i 2, w przypadku klasy 1 rozszerzenie i podstawa, w drugiej tylko rozszerzenie, Chemia 1 podręcznik, rozszerzenie Operonu, notatki z lekcji różnych przedmiotów, mogłabym tu też podać całą bibliografię mojej pracy z biologii, ale opis fotosyntezy był oparty głównie na Biologii (Solomon, Berg, Martin) i Świecie biologii (Alvin Nason i Robert L. Dehaan)

* tak wtedy mówiono