Δομή ατόμου

Μια ερώτηση, δυο σελίδες απάντηση από τον Δημήτρη Πασιόπουλο.

Η ερώτηση τέθηκε στους μαθητές στα πλαίσια διδασκαλίας της «Δύναμης Coulomb» στη φυσική γενικής παιδείας στη Β΄ λυκείου.

"Αφού τα αντίθετα φορτία έλκονται γιατί τα ηλεκτρόνια δεν "σκάνε" πάνω στον πυρήνα και γιατί ο πυρήνας με θετικά φορτία (πρωτόνια) δεν διαλύεται;"  

Πώς έλκονται μεταξύ τους τα πρωτόνια του πυρήνα, αφού έχουν ομόσημα φορτία;

Ο πυρήνας του άτομου αποτελείται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και από ουδέτερα νετρόνια. Μεταξύ των πρωτονίων ασκούνται απωστικές δυνάμεις. Πώς όμως διατηρείται σταθερός ο πυρήνας του ατόμου;     

Δομή του πρωτονίου και του νετρονίου:

Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο το πρωτόνιο αποτελείται από τρία κουάρκ, δύο "πάνω" (up) και ένα "κάτω" (down) ενώ το νετρόνιο αποτελείται και αυτό από τρία κουάρκ αλλά από ένα "πάνω"(up) και δύο "κάτω"(down).  

Το δυναμικό Γιουκάβα:

Το 1935 ο Ιάπωνας φυσικός Γιουκάβα για να ερμηνεύσει τον σχηματισμό των πυρήνων, πρότεινε την ύπαρξη μιας άγνωστης μέχρι τότε δύναμης, το δυναμικό Γιουκάβα (Yukawa), που περιγράφει την εξάρτηση της ισχυρής πυρηνικής δύναμης από την  ακτίνα δράσης της. Η δύναμη αυτή, ασκείται μέσα στον πυρήνα και είναι ισχυρότατα ελκτική ώστε να υπερνικά την άπωση μεταξύ των πρωτονίων. Η δύναμη αυτή, αν και ισχυρή, είναι πολύ μικρής εμβέλειας, ασκείται δηλαδή μεταξύ μόνο νουκλεονίων (πρωτονίων ή νετρονίων) που η απόστασή τους είναι μικρότερη από 10^-15m.  

Σχηματική αναπαράσταση της αλληλεπίδρασης κουάρκ μεταξύ πρωτονίου και νετρονίου

Γιατί τα ηλεκτρόνια δεν “πέφτουν” πάνω στον πυρήνα, αφού έλκονται από αυτόν;

Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο του θετικά φορτισμένου πυρήνα και έλκονται απ’  αυτόν αφού φέρουν αρνητικό φορτίο. Οπότε τίθεται το ερώτημα γιατί δεν πέφτουν πάνω στον πυρήνα;                                                                                                                 

Τα ηλεκτρόνια δεν πέφτουν πάνω στον πυρήνα ακριβώς λόγω της μεγάλης ταχύτητας με την οποία κινούνται, όπως δεν πέφτει πάνω στη γη ένας δορυφόρος που κινείται με ικανή ταχύτητα, περιφερόμενος γύρω από τη γη που τον έλκει. Οι ταχύτητες (ενέργειες) των ηλεκτρονίων στο άτομο είναι αρκετά μεγάλες ώστε, υπό συνήθεις συνθήκες, δεν τα αφήνουν να πέσουν πάνω στον πυρήνα, αλλά επίσης όχι τόσο μεγάλες ώστε «να φύγουν από το άτομο»,  να βγουν έξω από το ηλεκτρικό πεδίο του πυρήνα που τα έλκει.

"Τα νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια) συγκρατούνται μεταξύ τους λόγω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, θεμελιώδης αλληλεπίδραση, (ελκτική δύναμη) η οποία έχει μικρή εμβέλεια, αλλά πολύ μεγάλη ισχύ και έτσι υπερνικά τις απωστικές ηλεκτροστατικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των θετικά φορτισμένων πρωτονίων που έχουν άπειρη εμβέλεια και κατά αυτόν το τρόπο επιτρέπεται η ύπαρξη του πυρήνα. Λόγω ακριβώς της μικρής, όμως, εμβέλειας που έχει η ισχυρή πυρηνική δύναμη δεν μπορεί να καταστήσει ευσταθή έναν πυρήνα που είναι πολύ μεγάλος. Ο μεγαλύτερος πυρήνας που έχει ποτέ παρατηρηθεί και είναι απολύτως ευσταθής είναι ο μόλυβδος." 

Η μέλισσα που έσωσε τον κόσμο

Ερωτήσεις 5ου κεφαλαίου βιολογίας Γ΄ Γυμνασίου

5.1 Το γενετικό υλικό οργανώνεται σε χρωμοσώματα. (σελ. 96-97)

1) Για ποιες ιδιότητες του κυττάρου και κατ’ επέκταση των οργανισμών είναι υπεύθυνες οι πρωτεΐνες;
2) Από τι εξαρτάται η διαφορετική δράση των πρωτεϊνών;
3) Τι καθορίζει τη σειρά των αμινοξέων στις πρωτεΐνες;
4) Τι είναι τα γονίδια;
5) Από τι καθορίζεται η έκφραση των ιδιοτήτων ενός οργανισμού;
6) Τι είναι τα χρωμοσώματα και από τι δομούνται;
7) Τι γνωρίζεις για τον αριθμό χρωμοσωμάτων των οργανισμών;
8) Τι είναι τα ομόλογα χρωμοσώματα;
9) Τι είναι ο καρυότυπος;
10) Ποιοι οργανισμοί ονομάζονται διπλοειδείς και ποια είναι η προέλευση των χρωμοσωμάτων κάθε ζεύγους;
11) Ποιοι οργανισμοί ονομάζονται απλοειδείς;
12) Τι είναι τα φυλετικά και τι τα αυτοσωμικά χρωμοσώματα;
13) Πώς καθορίζεται το φύλο στον άνθρωπο;


5.2 Η ροή της γενετικής πληροφορίας. (σελ. 99-100)

1) Ποια είναι η δομική μονάδα του DNA και από ποια μέρη αποτελείται αυτή;
2) Από τι καθορίζεται η γενετική πληροφορία;
3) Με ποιο τρόπο συνδέονται τα νουκλεοτίδια σε μία πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα;
4) Πώς ενώνονται μεταξύ τους δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες και τι είναι συμπληρωματικότητα;
5) Περιγράψτε τη δομή του DNA.
6) Περιγράψτε τη δομή του RNA.
7) Ποιες βάσεις είναι συμπληρωματικές στο DNA και ποιες στο RNA;
8) Πόσα είδη RNA έχουμε;
9) Τι ονομάζουμε αντιγραφή του DNA και τι πετυχαίνει το κύτταρο μ’ αυτή;
10) Πού γίνεται η αντιγραφή; Να περιγράψεις τη διαδικασία.



5.2 Η ροή της γενετικής πληροφορίας. (σελ.100-101)

1) Πού βρίσκονται τα χρωμοσώματα και πού γίνεται η πρωτεϊνοσύνθεση;
2) Κάθε χρωμόσωμα περιέχει τις πληροφορίες για τη σύνθεση μιας πρωτεΐνης. Η παραπάνω πρόταση είναι σωστή ή λάθος και γιατί;
3) Γιατί δεν μεταφέρεται το DNA στα ριβοσώματα κάθε φορά που χρειάζεται η σύνθεση μιας πρωτεΐνης;
4) Ποια διαδικασία ονομάζεται μεταγραφή; Να περιγράψεις τα στάδια της μεταγραφής.
5) Εκτός από m-RNA, τι άλλο παράγεται με τη μεταγραφή;
6) Τι ονομάζουμε γονίδιο;
7) Ποια διαδικασία ονομάζεται μετάφραση; Να περιγράψεις τη διαδικασία αυτή.
8) Πόσα είδη RNA λαμβάνουν μέρος στην μετάφραση; Ποιος είναι ο ρόλος του καθενός από αυτά;
9) Ποιο είναι το κεντρικό δόγμα της βιολογίας;
10) Τι είναι ο γενετικός κώδικας;



5.3Αλληλόμορφα. (σελ.103)

1) Ποια γονίδια ονομάζονται αλληλόμορφα;
2) Πόσα αλληλόμορφα κάθε γονιδίου διαθέτουν οι διπλοειδείς οργανισμοί στα κύτταρά τους και τι μπορεί να είναι αυτά;
3) Πότε ένα άτομο ονομάζεται ομόζυγο; Δώστε ένα παράδειγμα.
4) Πότε ένα άτομο ονομάζεται ετερόζυγο; Δώστε ένα παράδειγμα.
5) Πότε ένα αλληλόμορφο ονομάζεται επικρατές και πότε υπολειπόμενο; Πώς συμβολίζονται;


5.4 Κυτταρική διαίρεση. (σελ.104-106)


1) Τι είναι το ζυγωτό;
2) Σε ποιες περιπτώσεις γίνεται διαίρεση κυττάρων;
3) Τι ονομάζουμε μίτωση και ποιος ο ρόλος της;
4) Ποια κύτταρα διαιρούνται με μίτωση;
5) Ποια είναι η απαραίτητα προϋπόθεση για να ξεκινήσει η μίτωση;
6) Τι είναι οι αδερφές χρωματίδες και τι το κεντρομερίδιο;
7) Περιγράψτε τα στάδια της μίτωσης.
8) Τι είναι τα άωρα γεννητικά κύτταρα και τι οι γαμέτες;
9) Τι ονομάζουμε μείωση;
10) Ποια κύτταρα διαιρούνται με μείωση;
11) Ποια είναι η προϋπόθεση για να ξεκινήσει η μείωση;
12) Περιγράψτε τη διαδικασία της μείωσης.
13) Ποια είναι η βιολογική σημασία της μείωσης;
14) Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ μίτωσης και μείωσης;


5.5 Κληρονομικότητα. (σελ.107-109)

1) Τι ονομάζουμε κληρονομικότητα;
2) Ποια χαρακτηριστικά ονομάζουμε επίκτητα και ποια κληρονομικά;
3) Πότε κληρονομείται ένα χαρακτηριστικό;
4) Τι ονομάζουμε γονότυπο και τι φαινότυπο;
5) Διατυπώστε τον πρώτο νόμο του Μέντελ.
6) Διατυπώστε το δεύτερο νόμο του Μέντελ.


5.6. Μεταλλάξεις (σελ.111)

1) Τι είναι οι μεταλλάξεις και πώς προκαλούνται;
2) Σε ποια κύτταρα συμβαίνουν μεταλλάξεις;
3) Ποιοι παράγοντες ονομάζονται μεταλλαξογόνοι;
4) Ποιες είναι οι κατηγορίες των μεταλλάξεων;
5) Τι είναι η γονιδιακή μετάλλαξη; Μπορείτε να δώσετε ένα παράδειγμα;
6) Πόσα χρωμοσώματα έχουν τα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα; Υπάρχει περίπτωση να γεννηθεί κάποιος με μεγαλύτερο αριθμό χρωμοσωμάτων και πώς μπορεί να συμβεί αυτό;
7) Ποιες είναι οι συνέπειες των μεταλλάξεων για τους οργανισμούς;

Διπλασιαμός του DNA

Συννεφόλεξο

Μελετήστε το παραπάνω σύννεφο λέξεων και καταγράψτε ποια από τα παραπάνω οργανίδια του κυττάρου ανήκουν σε ζωικό και ποια σε φυτικό κύτταρο.

κλίμακα pH

Click to Run

Βακτήρια