§ 5 Вещество. Атомы и молекулы. Диффузия

Атомы и химические элементы. Все окружающие нас тела состоят из веществ. А из чего состоят сами вещества? Из молекул, скажете вы и будете правы, ведь в начальной школе вы уже познакомились с некоторыми из них, например, с молекулами газа кислорода и газа водорода. Из чего же состоят сами молекулы?

Оказывается, существуют частицы, меньшие, чем молекулы. Они называются атомами.

Ученые научились измерять массы атомов, определять их размеры. Самые легкие на свете атомы образуют молекулу водорода, а атомы, входящие в состав металла золота, тяжелее их в 197 раз.

Масса — одна из важнейших характеристик атомов. Мысленно проведем эксперимент.

Представим, что мы разобрали на атомы все вещества на свете. Взвесим каждый из атомов

и, в зависимости от значения массы, рассортируем атомы на группы. Оказывается, что групп, куда войдут атомы одинаковой массы, — чуть более ста. Значит, всего в природе чуть более сотни видов атомов. Каждый вид атома называется химическим элементом.

Атомы химических элементов различаются массой и другими признаками. Каждый из химических элементов имеет научное название и обозначается буквой латинского алфавита.

Например, химический элемент Гидроген обозначается латинской буквой Н (читается «аш»), Оксиген — О («о»), Нитроген — N («эн»), Карбон — С («це»).

Самые легкие атомы — это атомы химического элемента Гидрогена. Атомы химических элементов Карбона, Нитрогена и Оксигена тяжелее атомов Гидрогена в 12, 14ив 16 раз соответственно (рис. 5.1).

Чтобы легче было представить такие маленькие частицы, как атомы и молекулы, удобно пользоваться моделями. На моделях атомы, образующие молекулы, представлены шариками разного размера и цвета.

Вернемся к нашим старым знакомым — газам, входящим в состав воздуха, — кислороду и водороду. Атомы каких химических элементов образуют их молекулы? Молекулу водорода образуют два атома Гидрогена. Молекула кислорода содержит два атома химического элемента Оксигена (рис. 5.2).

Подумайте, молекула какого из известных вам газов имеет самую большую массу, какого — самую маленькую? Если массу атома Гидрогена принять за единицу, легко рассчитать, что масса молекулы газа водорода составляет 2 такие единицы. Молекула углекислого газа — 44 единицы, молекула кислорода составляет 32 единицы.

Все много раз сталкивались с веществом, которое называется графит. Из него делают стержни для карандашей. Это вещество образуют атомы химического элемента Карбона. В молекулы углекислого газа, который образуется при горении дров, угля, также входит Карбон. Молекулу углекислого газа образуют один атом Карбона и два атома Оксигена (рис. 5.3).

Рис. 5.4. В начале XIX века английский ученый Р. Броун наблюдал в микроскоп пыльцу растений, которая плавала в воде. Он заметил, что пылинки постоянно беспорядочно двигались. Движение пылинок не прекращалось в течение многолетних опытов. Это явление получило название «броуновское движение». Движение пылинок обусловлено тем, что их «бомбардируют» молекулы вещества, в которых пылинки находятся

Еще одно хорошо знакомое вещество — вода. Ее молекула образована одним атомом Гидрогена и двумя атомами Оксигена. Молекулу воды образуют атомы Оксигена и Гидрогена, тех же химических элементов, которые входят в состав молекул кислорода и водорода. Но кислород и водород при комнатной температуре — газы, а вода — жидкость.

Как ведут себя молекулы в веществе? Наблюдения за мельчайшими частицами пыльцы растений в жидкости показывают, что они непрерывно и хаотично перемещаются (рис. 5.4). Частицы пыльцы движутся вследствие ударов молекул жидкости об их поверхности. Толчки молекул жидкости вынуждают частицы принимать участие в «бесконечном танце». Почему? Потому что молекулы вещества непрерывно и хаотично двигаются с большой скоростью. Опыты Броуна были первыми доказательствами движения молекул.

Что такое диффузия? Молекулы любого вещества движутся. Какие явления, кроме «бесконечного танца» мельчайших частиц пыльцы, происходят вследствие движения молекул?

Проведем опыт. Аккуратно опустим на дно стакана с водой кристаллик иода. Мы увидим, как изменяется цвет воды сначала около кристаллика, затем — дальше от него. Постепенно вся вода в стакане окрашивается (рис. 5.5).

Что же произошло? Сначала в том месте, куда попал кристаллик иода, молекул иода было значительно больше, чем молекул воды (рис. 5.6). Однако молекулы иода движутся, постепенно прокладывая путь между молекулами воды. Так же ведут себя и молекулы воды. Благодаря движению происходит проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Но что означает — «между молекулами»? Неужели между ними есть пустоты? В это трудно поверить, поскольку вода кажется нам «сплошной». Однако расстояния между молекулами в жидкости существуют. Они сравнимы с размерами самих молекул. Пустоты есть во всех веществах, благодаря им молекулы перемещаются. Вот и молекулы воды и иода воспользовались этими пустотами: произошло их взаимное перемешивание.

Перемещение молекул приводит к тому, что через некоторое время во всем объеме жидкости окажется одинаковое количество молекул иода (рис. 5.6). Движение молекул, приводящее к переносу вещества, называется диффузией.

С диффузией мы встречаемся на каждом шагу. Вспомним, что происходит, если в одном конце комнаты брызнуть духами. Через несколько минут запах распространится в помещении. Почувствовать его позволяют молекулы вещества, «добравшиеся» до нашего носа.

*    Вещества состоят из молекул, молекулы — из атомов.

*    В природе существует более 100 видов атомов. Один вид атомов отличается от другого по массе.

*    Вид атомов называют химическим элементом.

*    Атомы как одного, так и различных химических элементов соединяются друг с другом, образуя молекулы разнообразных веществ.

*    Молекулы веществ непрерывно движутся. Движение молекул, приводящее к переносу вещества, называется диффузией.

Наша лаборатория

1 - Комментируем эксперимент.

Как доказать, что происходит диффузия веществ? Проведем эксперимент. Для этого опустим в высокий сосуд полоску фильтровальной бумаги, пропитанную специальным составом. На дно сосуда поместим кристаллики иода. На крышке закрепим нить, на которой подвесим вату, пропитанную нашатырным спиртом. Крышку плотно закроем (рис. 5.7).

Через некоторое время полоска снизу вверх начинает окрашиваться в синий цвет. Это до нее «добрались» молекулы иода. Одновременно вниз распространяется малиновая окраска — это молекулы нашатырного спирта осаждаются на бумаге.

•    Как молекулы иода и нашатырного спирта попали на фильтровальную бумагу?

•    Согласны ли вы с выводом: «Молекулы иода и нашатырного спирта переходят в воздух — испаряются. Далее они диффундируют в воздухе, постепенно занимая весь объем сосуда. Об этом свидетельствует постепенное окрашивание полоски бумаги»?

2. Проводим эксперимент, объясняем его.

Возьмем лист бумаги из альбома для рисования и хорошо смочим его водой. Однако будьте осторожны: не перелейте воду, чтобы не получилась лужа! С помощью пипетки или шприца капнем на мокрый лист немного чернил. Будем наблюдать, как пятно постепенно «расползается» (рис. 5.8).

Если использовать разноцветные чернила, диффундировать и перемешиваться будут молекулы нескольких веществ, а мы будем наблюдать удивительные изменения цвета (рис. 5 9). Таким образом можно получить настоящие картины, например, виды космоса, фейерверк или снегопад.

Если мокрый, окрашенный чернилами лист промокнуть сухой фильтровальной бумагой, можно получить просто фантастические изображения (рис. 5.10)!

•    Почему расплылись чернильные пятна?

•    Согласны ли вы с выводом: «Чернильные пятна расплываются вследствие диффузии молекул веществ, составляющих чернила, и молекул воды».

Проверьте себя

1.    Из каких частиц состоят молекулы вещества?

2.    Дополните предложение, чтобы получилось правильное утверждение: «Химическим ... называется определенный вид ...» .

3.    Масса какого из атомов — Оксигена, Гидрогена или Нитрогена -является самой большой? Самой маленькой?

4.    Из атомов каких химических элементов состоят молекулы, модели которых показаны на рисунке 5.11?

5.    Почему двигались частички цветочной пыльцы в опытах Р. Броуна?

6.    Есть ли среди веществ такие, молекулы которых неподвижны?

7.    Опишите явление, представленное на рисунке 5 12.

8.    На дно стакана с холодной водой с помощью пипетки опустили несколько капель крепкого растворимого кофе. Через некоторое время кофе окрасил воду в стакане. Почему?

9.    Некоторые растения привлекают насекомых ароматом цветов. Какое свойство молекул и какое явление они «используют»?

10.    В случае опасности морское животное каракатица выбрасывает в воду жидкость чернильного цвета. Однако через некоторое время вода вокруг каракатицы снова становится прозрачной. Почему?

Это материал из учебника Природоведение 5 клас Т.И. Базанова