Атомы. Молекулы

Атомы

Уже более двух тысяч лет назад ученые задумывались над тем, из чего состоят вещества. Размышляя над этим вопросом, известный древнегреческий философ Демокрит предположил, что все вещества должны состоять из некоторых частиц с очень маленькими массами. Он назвал их атомами, что в переводе с греческого означает «неделимый».

Существование атомов было доказано сравнительно недавно, лишь в XIX в., и вместе с этим ученые установили, что атом не является неделимой частицей. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны. Ядро любого атома заряжено положительно, а электроны имеют отрицательный заряд. Благодаря этому электроны притягиваются к ядрам и вращаются вокруг них на некоторых расстояниях. Таким образом образуется атом.

Заряд электронов очень мал. Частиц с меньшим зарядом в природе не существует, поэтому заряд электрона принимают за единицу. Так как он отрицательный, то заряд электрона равен -1. Заряд ядер атомов также измеряется в условных единицах, но со знаком « + ».

В атомах положительный заряд ядер нейтрализуется отрицательным зарядом электронов, благодаря чему атом не имеет электрического заряда. Если заряд ядра атома равен +1, то такой атом содержит один электрон (в сумме +1-1 = 0), а если +3, то атом содержит три электрона.

Атомы — это мельчайшие электронейтральные частицы вещества, состоящие из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые движутся вокруг ядра.

В начале XX в. датский физик Эрнест Резерфорд предложил одну из первых моделей строения атома. Он сравнивал атом с Солнечной системой (рис. 49, с. 54). Но это сравнение очень условное, так как атом имеет более сложное строение, с которым вы познакомитесь в следующем классе.

Размеры атомов очень малы — около 10^-10 м (0,0000000001 м), а ядро атома еще меньше: его диаметр составляет около 10^-15 м (0,000000000000001 м), т. е. в сто тысяч раз меньше, чем диаметр атома.

В природе электронейтральные атомы встречаются довольно редко. Чаще всего в результате определенных процессов (по большей части в химических реакциях) атомы отдают или присоединяют электроны. В этом случае заряд ядра уже не компенсируется зарядом электронов, и атом превращается в электрически заряженную частицу. Такие частицы называют ионами. Если атом присоединяет электроны, то у него появляется избыточный отрицательный заряд и он превращается в отрицательно заряженный ион с зарядом -1:

0 + (-1) = -1

Соответственно, если атом присоединяет два электрона, то заряд иона равен -2:

0 + 2 ■ (-1) = -2

Если же атом отдает электроны, то он превращается в положительно заряженный ион. Заряд иона, который образуется вследствие потери атомом одного электрона, равен +1:

0 - (-1) = +1

Если же атом теряет два или три электрона, заряд его иона равен соответственно +2 или +3:

0 - 2 ■ (-1)= +2 или 0 - 3 ■ (-1) = +3

Множество веществ состоит из противоположно заряженных ионов, в частности поваренная соль или сода.

Молекулы

Из разных атомов могут «собираться» различные молекулы. Атомы соединяются друг с другом в определенном порядке посредством особых химических связей.

В одной молекуле может объединяться разное число атомов, причем атомы могут соединяться в разном порядке. В этом случае образуются молекулы разных веществ. Например, молекула кислорода состоит из двух атомов, молекула воды — из трех, а молекула сахарозы — из сорока пяти. Если атомы условно представить в виде маленьких шариков, то молекулы будут иметь вид набора разных шариков определенной формы и размеров (рис. 51).

Состав и строение молекул веществ предопределяют их свойства. Разные вещества имеют разные молекулы, а следовательно, и разные свойства.

Молекулы — это наименьшие частицы вещества, которые способны существовать самостоятельно и являются носителями химических свойств веществ.

Свойства молекул существенно влияют не только на химические, но и на физические свойства веществ. Если молекулы тяжелые и очень плотно расположены, то у такого вещества будет большая плотность. Если молекулы сильно притягиваются друг к другу, то такое вещество сложно расплавить или испарить. Каждая молекула имеет определенную форму и размер, от чего зависит, имеет ли вещество запах. А способность молекул поглощать видимый свет определяет цвет вещества.

Несмотря на то, что понятие о мельчайших частицах вещества и термин «атом» существуют еще с античных времен, термин «молекула» в химическом языке появился сравнительно недавно. Одним из первых ученых современной химии был Роберт Бойль. Мельчайшие частицы вещества он назвал «корпускулами», что на латыни означает «маленькое тело», «тельце», или «частица». Через полвека эти частицы стали называть «массовыми частицами» или «масс-корпускулами». А поскольку на латыни слово «масса» звучит как «молес», то «молес-корпускулы» со временем сокращенно превратились в «молекулы».

Атомы и молекулы в веществах

Молекулы и атомы — это частицы, из которых состоят вещества. Когда мы говорим о мельчайших частицах вещества, то почти всегда имеем в виду молекулы. Молекулы бывают самыми разными. Например, молекула кислорода состоит из двух атомов, а молекула серы немного больше — она состоит из восьми атомов. Молекулы белков, которые входят в состав всех живых организмов, намного больше, в них насчитывается сотни тысяч, а иногда и миллионы атомов (рис. 52).

Но есть вещества, молекулы которых состоят лишь из одного атома. К ним относится, например, гелий (газ, которым наполняют воздушные шары), а также некоторые другие вещества. О веществах, которые состоят из молекул, говорят, что они имеют молекулярное строение.

У многих веществ вообще сложно выделить отдельные молекулы. Например, алмазы состоят из атомов, очень прочно связанных друг с другом (рис. 53). Можно сказать, что каждый алмаз — это

2. Число электронов в атоме равно заряду ядра атома. В результате этого атом — элекронейтральная частица.

3. Атомы соединяются друг с другом, образуя молекулы. В молекуле может соединяться разное число атомов: от двух до миллионов.

4. Молекула — наименьшая частица вещества, являющаяся носителем его свойств. Состав и строение молекул обусловливает как химические, так и физические свойства веществ.

Контрольные вопросы

1. Из каких частиц могут состоять вещества?

2. Какие частицы называют атомами, молекулами?

3. Из чего состоят атомы?

4. Какой заряд имеют атомные ядра и электроны?

5. Чем отличаются атомы от молекул?

Задания для усвоения материала

1. В составе атомов есть заряженные частицы, однако атомы электронейтральны. Почему?

2. Как изменяется заряд атомов, если они отдают или присоединяют электроны?

3. Сколько электронов содержится в составе атома, если заряд его ядра равен +8?

4. Отличаются ли размеры атомов и молекул? Почему? Какая частица меньше?

5. Чем отличаются по составу и свойствам вещества молекулярного и немолекулярного строения?

6. У протонов — частиц в ядре атома — и электронов заряды равны по величине, но противоположны по знаку. Если в атоме содержится 15 протонов, то сколько электронов будет в этом атоме?

7. Сколько атомов будет входить в молекулу, если она образовалась объединением одной молекулы воды и одной молекулы углекислого газа?

8. Каков будет заряд частицы, если она содержит: а) ядро с зарядом +26 и 26 электронов; б) ядро с зарядом +8 и 10 электронов; в) ядро с зарядом +11 и 10 электронов; г) ядро с зарядом +6 и 6 электронов; д) ядро с зарядом +9 и 10 электронов; е) ядро с зарядом +12 и 10 электронов?

9. Сера состоит из молекул, которые содержат по 8 атомов, а в графите отдельных молекул выделить невозможно. Какое из этих веществ легче расплавить?

10*. Найдите в дополнительных источниках информацию о свойствах молекул и их влиянии на свойства веществ.

• Если атом увеличить до размеров яблока, то в этом случае яблоко увеличится до размеров земного шара.

• В чайной ложке воды атомов в восемь раз больше, чем чайных ложек воды в Атлантическом океане.

• Платон считал, что мельчайшие частицы вещества (материи) имеют вид правильных многогранников.