Народна Освіта » Фізика » § 6. Основні положення атомно-молекулярного вчення про будову речовини

НАРОДНА ОСВІТА

§ 6. Основні положення атомно-молекулярного вчення про будову речовини

Припущення Левкіпа та Демокріта щодо атомів як найменших неподільних частинок, з яких складається навколишній світ, були розвинуті Епікуром. Стародавні вчені вважали, що атоми незмінні, вічні, відрізняються один від іншого формою і розміром. Форма атома істотно визначає властивості речовин, що утворюються. Атоми знаходяться в безперервному русі. Вчення Демокріта та Епікура було викладено у поемі римського поета Лукреція Кара “Про природу речей”.

Припущення цих учених були лише здогадами, які не мали експериментальних підтверджень. Тому багато століть панувало вчення Аристотеля, який не визнавав існування атомів. У часи середньовіччя атомістичне вчення взагалі було заборонене. У 1626 р. паризький парламент під загрозою смертної кари заборонив поширення вчення про атоми.

Проте унаслідок накопичення експериментальних фактів і неможливості їх пояснити з позицій Аристотеля дедалі більше вчених, починаючи з XVII ст., поверталися до думки про те, що речовина складається з окремих частинок. Розвиваючи атомістичне вчення, французький учений Гассенді дійшов висновку, що атоми можуть сполучатися й утворювати частинки, які він назвав молекулами. Подальший розвиток атомно-молекулярної теорії будови речовини пов’язаний з іменами Михайла Ломоносова, Джона Дальтона, Джеймса Максвела, Дмитра Менделєєва, Алена Перрена, Ернеста Резерфорда та багатьох інших учених. Вчення про атомно-молекулярну будову речовини ґрунтується на трьох положеннях:

1.    Усі тіла складаються з дуже малих частинок: атомів

і молекул. Між ними є проміжки.

2.    Молекули безперервно рухаються.

3.    Між молекулами існує взаємне притягання і відштовхування.

Що дає змогу прийняти ці положення? Як можна довести їх справедливість? Звичайно, це результати спостережень і досліди.

У скляну трубку з внутрішнім діаметром 5—7 мм і завдовжки 25—30 см, запаяну з одного боку, наллємо трохи мен

ше ніж до половини води, а потім (обережно) стільки само підфарбованого зеленкою спирту. Спирт легший за воду, тому він знаходиться над водою. У трубці видно чітку межу поділу між рідинами. Позначимо верхній рівень спирту у трубці (верхню межу загального стовпчика рідин). Закриємо пальцем отвір трубки й енергійно перемішаємо рідини, струсивши кілька разів трубку. Виявилося, що їх загальний об’єм зменшився. Верхній рівень суміші спирту і води став нижчим. Це ніби 1 + + 1 < 2!

Результат досліду можна пояснити тим, що речовини складаються з окремих частинок (молекул), між якими є проміжки. Молекули різних речовин різні. Під час змішування молекули однієї речовини розташовуються у проміжках між молекулами іншої. Цим і пояснюється зменшення загального об’єму суміші.

Змоделювати перемішування різних речовин можна так. Візьміть склянку неподрібненого гороху та склянку пшона. У прозору півлітрову пластикову пляшку висипте спочатку горох (щоб легше було насипати, шийку пляшки можна зрізати гострим ножем), а потім обережно пшоно. Розрівняйте його поверхню і позначте її рівень на стінці посудини маркером. Отвір пляшки закрийте кришкою або долонею і кілька разів струсіть її. Ви помітите, що рівень суміші в пляшці знизився: пшоно проникло між горошинами і заповнило проміжки між ними.

Візьмемо металеву кульку, підвішену на ланцюжку, і металеве кільце з ручкою. Кулька легко проходить крізь кільце (мал. 1.20, а). Нагріємо кульку за допомогою спиртівки і спробуємо пропустити її через кільце. Вона не зможе пройти крізь кільце і залишиться на ньому (мал. 1.20, б). Через деякий час вона, охолонувши, випаде з отвору кільця і повисне на ланцюжку. Це можна пояснити тим, що внаслідок нагрівання проміжки між молекулами збільшуються, зумовлюючи збільшення розмірів тіл.

Сучасні електронні мікроскопи та іонні проектори дають змогу отримувати фотографії молекул і з’ясовувати, як вони розміщені в речовинах.

Рух молекул. У 1827 р. англійський ботанік Роберт Броун за допомогою мікроскопа досліджував краплину води, в якій знаходився пилок рослин. Він спостеріг, що частинки пилку рухаються, постійно змінюючи напрямок руху, коливаються й обертаються. Рух частинок ні на мить не припиняється. Менші частинки переміщуються швидше, більші — “танцюють” на місці. Чи не живі це істоти? Перш ніж заявити про відкриття нових живих організмів, слід добре все перевірити. Р. Броун розтирає на пил сірку, потім каміння, але ефект той самий. Отже, будь-які мікроскопічні частинки в рідині хаотично рухаються. Пізніше це явище виявили й для частинок, які містяться у газі. Так само, наприклад, поводять себе частинки диму в повітрі. З підвищенням температури рух частинок стає швидшим. Ученим знадобилося 80 років, щоб пояснити це явище, яке було названо броунівський рух.

А чи замислювалися ви, чому запах квітів, пролитої пахучої рідини або страви, яка вариться на плиті, ми відчуваємо навіть на відстані? Заливши окропом чай, ми вже за кілька хвилин маємо пахучий золотавий напій. Вода, в яку занурили пакетик з чаєм, навіть без помішування, спочатку знизу, а через певний час і в усьому об’ємі набуває кольору. Ви вже, очевидно, здогадалися, що броунівський рух, поширення запа-

хів, розчинення цукру і заварювання чаю пов’язані з рухом молекул, з яких складаються речовини.

У звичайний мікроскоп побачити молекули не можна. Проте добре видно маленькі, але в десятки разів більші за молекулу, нерозчинні частинки пилку або фарби, що є в рідині (мал. 1.21, а). Рух цих частинок пояснюється ударами молекул рідини, яких вони зазнають із різних боків (мал. 1.21, б). Уявіть собі гравців у м’яч, який у 10, а то й у 100 разів більший за них. Гравців багато. Вони по кілька чоловік б’ють по ньому з різних боків одночасно. З якого боку менше ударів, туди й полетить м’яч. Броунівський рух частинок виникає внаслідок їх співударів з молекулами рідин і газів, які хаотично (безладно) рухаються.

Поширення запахів, заварювання чаю, забарвлення рідини, розчинення цукру є проявом явища дифузїі. Дифузія — це проникнення молекул однієї речовини у проміжки між молекулами іншої. Ви знаєте, що запахи досить швидко поширюються на значні відстані. Щоб забарвлення води стало рівномірним, без її перемішування, потрібно значно більше часу. Чому дифузія в газах відбувається значно швидше, ніж у рідинах? А тому, що в газах проміжки між молекулами великі й молекули газу швидко рухаються.

У рідинах молекули розміщені щільно, мов люди в автобусі у “години пік”. Тому молекулам слід добре “поштовхатися”, щоб переміститися на інше місце. Швидкість безладного руху молекул у рідинах значно менша, ніж у газах, унаслідок чого дифузія в них відбувається значно повільніше. Це добре ілюструє мал. 1.22, на якому зображено три склянки з окропом, в які вміщено пакетики з чаєм; зображення одержані з інтервалом у кілька хвилин.

Дифузія може відбуватися навіть у твердих тілах, де молекули “упаковані” ще щільніше, ніж у рідині, і у певному порядку. Це підтверджено дослідами. Добре відшліфовані золоту і свинцеву пластинки поклали одну на одну, стиснули й залишили на кілька років. Через п’ять років з’ясувалося, що вони зрослися. Результати подальших досліджень з використанням хімічного аналізу показали, що на один міліметр золото проникло в свинцеву пластинку, а свинець — у золоту.

Дифузія відіграє важливу роль у житті людей, тварин і рослин. Унаслідок дифузії під час дихання кисень з повітря проникає в організми людей і тварин, а звідти виділяється вуглекислий газ. Завдяки дифузії поживні речовини надходять до клітин живих організмів, підтримуючи їх життєдіяльність.

Взаємодія молекул. Якщо тіла складаються з окремих частинок, які рухаються, то чому вони можуть зберігати свою форму та об’єм? Чому, щоб розірвати нитку або зламати паличку, слід докласти зусиль? Зусилля потрібні й тоді, коли ми хочемо розтягнути шматочок гуми.

Занурте у воду скляну пластинку. Вийнявши її, побачите, що вона вкрита краплями води. Це свідчення того, що між молекулами існують сили притягання, які діють на дуже малих відстанях, зокрема таких, як розміри самих молекул. Тому зламані речі не можна відновити, стуливши їхні частини. Нерівності не дають змоги наблизитися значній кількості молекул на потрібну відстань. Проте якщо два шматочки пластиліну притиснути один до одного, вони з’єднаються. Якщо притиснути один до одного свіжими зрізами два свинцеві циліндрики, то вони також злипнуться; до них навіть можна буде причепити вантаж масою у кілька кілограмів (мал. 1.23).

Для точних вимірювань у техніці використовують плитки Йогансона. їхні поверхні відполіровані так, що при з’єднанні вони “прилипають” одна до одної (мал. 1.24).

Спробуйте стиснути гумку, якою ви користуєтеся для стирання написів олівцем. Відчуваєте опір? Закрийте отвір у насосі від велосипеда та натисніть на ручку. При цьому потрібно докласти зусиль, щоб стиснути повітря, яке міститься в ньому. Якщо відпустити стиснений м’яч, шматочок гуми або зігнуту лінійку, вони відновлять свою попередню форму.

Молекули, з яких складаються тіла, не лише притягуються між собою, а й відштовхуються.

 

Запитання та завдання

 

1.    Які явища свідчать про те, що молекули хаотично рухаються?

2.    Що таке броунівський рух?

3.    Що таке дифузія?

4.    Чому дифузія та броунівський рух прискорюються з підвищенням температури?

5.    Наведіть приклади, які свідчать, що між молекулами діють сили притягання і відштовхування.

6.    На яких відстанях між молекулами виявляються ці сили?

7.    Візьміть два невеликих цвяхи, п’ятикопійкову монету і дощечку. Забийте цвяхи в дощечку так, щоб монета впритул, але вільно проходила між ними. Потріть монету об дошку, щоб вона добре нагрілася, і спробуйте протиснути її між цвяхами. Залиште монету на 2—3 хв і знову спробуйте протиснути її між цвяхами. Поясніть результат досліду.

8.    Візьміть годинник, станьте в одному кінці кімнати і попросіть будь-кого з вашої сім’ї капнути на блюдечко в іншому кінці кімнати кілька крапель одеколону або інших парфумів. Через який проміжок часу ви відчуєте їхній запах?

 

Це матеріал з підручника Фізика 7 клас Бойко, Венгер, Мельничук.

 

Категорія: Фізика

Автор: admin от 5-01-2016, 19:12, посмотрело: 2597