Строение вещества. Молекулы. Атомы
Из курса природоведения 5 класса вы знаете, что все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул, атомов. Вы также знаете, что атомы имеют специальные названия и символы для обозначения, например: Гидроген ^), оксиген ф), Карбон (О, Сульфур ®.
Сейчас науке известны 118 разных видов атомов и при этом — миллионы разных молекул. Как объясняется такое расхождение в цифрах?
Различаем атом и молекулу
Каждое вещество состоит из определенных молекул и только из них. Так, вещество метанол состоит из молекул метанола, а вещество муравьиная кислота состоит из молекул муравьиной кислоты.
Прежде чем начать изучение строения молекулы, вспомним алфавит. В нем всего 33 буквы, но каждый из вас может составить из этих букв тысячи слов! А теперь проведите аналогию: буква — атом, слово — молекула. Каждое слово — это определенная комбинация букв. Точно так же каждая молекула — это определенная комбинация атомов.
Используя эту аналогию, рассмотрим схематическое изображение двух молекул — молекулы муравьиной кислоты и молекулы метанола (рис. 2.1, а, б).
Видим, что эти молекулы содержат одинаковые виды атомов, но очевидно, что эти молекулы — разные: молекула муравьиной кислоты состоит из 5 атомов (и является аналогом слова, в котором 5 букв), а молекула метанола состоит из 6 атомов (и является аналогом слова, в котором 6 букв). Таким образом, каждая новая комбинация даже одних и тех же видов атомов соответствует новой молекуле.
Существует множество слов, имеющих одинаковое количество букв, — точно так же в разных молекулах может быть одинаковое количество атомов.
Таким образом, из 118 видов атомов можно составить миллионы разных молекул и, соответственно, получить миллионы разных веществ.
Рассмотрите рис. 2.1. Сколько видов атомов содержит каждая молекула? Сколько атомов в каждой молекуле? Может ли молекула состоять из одинаковых атомов? Может ли в разных молекулах быть одинаковое количество атомов?
пытаемся представить размеры атомов
Мир молекул, атомов и их составляющих называют микромиром. Характеризуя объекты микромира, ученые используют числа, существенно отличающиеся от тех, с которыми люди имеют дело в повседневной жизни. Для краткой записи таких чисел используют степень числа 101. Так, размер атома приблизительно равен 0,000 000 0001 м, или 1 · 1010 м. Попробуем представить, насколько мало это значение.
Пример 1. Если из баллона со сжатым воздухом через микроскопическую трещину будет каждую секунду вытекать миллиард молекул воздуха, то за 650 лет масса баллона уменьшится всего на 0,001 г.
Пример 2. Головка стальной булавки радиусом 1 мм вмещает около 100 000 000 000 000 000 000, или 1 · 1020, атомов. Если эти атомы разместить друг за другом, получим цепочку длиной 20 миллионов километров, что приблизительно в 50 раз больше расстояния между Землей и Луной.
Увидеть отдельные атомы и молекулы даже в самый мощный оптический микроскоп невозможно, но в ХХ в. ученые создали приборы, позволяющие не только видеть отдельные атомы, но даже перемещать их с места на место.
вспоминаем строение атома
Атом, как и молекула, имеет сложную структуру. Атом представляет собой ядро, окруженное легкими частицами — электронами. Диаметр ядра намного меньше, чем диаметр собственно атома, — примерно во столько раз, во сколько размер горошины меньше размера футбольного поля. Внутреннее строение атома наглядно описать невозможно, поэтому для объяснения процессов, происходящих в атоме, созданы его физические модели2, например планетарная модель атома (рис. 2.2).
Электроны могут покидать одни атомы и присоединяться к другим. Если атом потерял один или несколько электронов, то атом превращается в положительный ион. Если же к атому присоединились один или несколько электронов, то атом превращается в отрицательный ион.
убеждаемся, что между молекулами есть промежутки
Как вы считаете, если смешать 100 мл воды и 100 мл спирта, каким будет объем смеси? Наверняка многие ответят, что 200 мл. На самом деле он будет меньше! Дело в том, что между молекулами существуют
промежутки и во время смешивания данных жидкостей молекулы воды попадают в промежутки между молекулами спирта и наоборот. Этот опыт хорошо моделируется с помощью пшена и гороха (рис. 2.3).
знакомимся с тепловым движением
Вам уже знакомо такое явление, как диффузия (от лат. diffusio — распространение, растекание).
диффузия — процесс самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества, в результате чего происходит перемешивание соприкасающихся веществ.
Проведем опыт. В прозрачный сосуд с водой аккуратно нальем водный раствор медного купороса — так, чтобы жидкости не перемешались (рис. 2.4). Сначала между водой и раствором будет наблюдаться четкая граница, однако, если оставить сосуд в покое, через несколько дней вся жидкость приобретет бирюзовый цвет (рис. 2.5), то есть жидкости перемешаются.
Причина диффузии — непрерывное хаотическое движение частиц веществ (молекул, атомов, ионов). Благодаря этому движению вещества перемешиваются без какого-либо внешнего воздействия.
Непрерывное хаотическое движение частиц вещества называют тепловым движением. С увеличением (уменьшением) температуры вещества увеличивается (уменьшается) средняя скорость движения его частиц. Так, если налить раствор медного купороса не в один, а в два сосуда с водой и один сосуд поместить в теплое место, а второй — в холодное, то можно убедиться, что в теплом месте диффузия протекает намного быстрее.
подтверждаем взаимодействие молекул
Молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении. Почему же они не разлетаются во все стороны? Более того, тела не
только не рассыпаются на отдельные молекулы, а наоборот, чтобы их растянуть, сломать, разорвать, нужно приложить усилия. Причина — в притяжении между молекулами. Именно благодаря межмолекулярному притяжению твердые тела сохраняют свою форму, жидкость собирается в капли (рис. 2.6), клей прилипает к бумаге, а растянутая пружина возвращает исходную форму.
Если осколки разбитой чашки прижать друг к другу, чашка не станет снова целой. Но почему, ведь между молекулами есть притяжение? Дело в том, что межмолекулярное притяжение становится заметным только на очень малых расстояниях — сравнимых с размерами самих частиц. Когда мы прижимаем друг к другу осколки чашки, то из-за неровностей их поверхностей на указанные расстояния приближается незначительное количество молекул. А расстояние между большинством молекул остается таким, что они практически не взаимодействуют.
Попробуйте сжать, например, закрытую пластиковую бутылку, доверху заполненную водой, или монетку — вы почувствуете, что изменить их размеры или форму без дополнительных средств невозможно. Дело в том,
что молекулы не только притягиваются друг к другу, но и отталкиваются. Обычно в жидкостях и твердых телах притяжение уравновешивается отталкиванием. Но если сжимать жидкость или твердое тело, то расстояние между молекулами уменьшится и межмолекулярное отталкивание станет сильнее, чем притяжение.
Формулируем основные положения молекулярно-кинетической теории
Более 25 столетий назад древнегреческий философ Демокрит (ок. 460370 гг. до н. э.) предположил, что все тела состоят из маленьких телец (Демокрит назвал их атомами, что в переводе с греческого означает «неделимый»). А вот подтверждение существования атомов и молекул было получено только в XIX в. Именно тогда появилась и была экспериментально обоснована молекулярно-кинетическая теория, рассматривающая строение веществ с точки зрения следующих трех основных положений.
1. Все вещества состоят из частиц — молекул, атомов, ионов; между частицами есть промежутки.
2. Частицы веществ находятся в непрерывном беспорядочном (хаотическом) движении; такое движение называют тепловым.
3. Частицы взаимодействуют друг с другом (притягиваются и отталкиваются).
Подводим итоги
Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул, атомов, ионов. Между частицами есть промежутки.
Частицы, из которых состоят вещества, находятся в непрерывном хаотическом движении. Такое движение называют тепловым. С увеличением (уменьшением) температуры вещества увеличивается (уменьшается) средняя скорость движения его частиц. Одним из доказательств движения молекул является диффузия — процесс самопроизвольного перемешивания соприкасающихся веществ, который происходит вследствие теплового движения их молекул.
Частицы вещества взаимодействуют — они отталкиваются и притягиваются. Взаимодействие частиц проявляется на расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц.
Контрольные вопросы
1. Сколько видов атомов известно науке? 2. Чем объяснить тот факт, что существуют миллионы разных веществ? 3. Что вы знаете о размере атомов и молекул? 4. Как можно доказать, что между частицами вещества имеются промежутки? 5. Что называют тепловым движением? 6. Дайте определение диффузии. 7. Приведите примеры диффузии. 8. Почему твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные частицы? 9. При каком условии взаимодействие между молекулами (атомами, ионами) становится заметным?
упражнение № 2
1. Можем ли мы изменить объем тела, не изменяя в этом теле количество молекул? Если можем, то как это сделать?
2. Почему для того, чтобы разорвать нить, нужно приложить усилия?
3. Можно ли приведенное ниже утверждение считать истинным? Ответ обоснуйте.
Если не использовать дополнительные средства, из двух обломков линейки невозможно получить единое целое, так как между молекулами линейки действуют силы отталкивания.
4. Вычислите, сколько приблизительно молекул можно разместить вдоль отрезка длиной 0,5 мм. Диаметр молекулы примите равным 0,000 000 0001 м.
5. Площадь пленки, образованной на поверхности воды каплей растительного масла объемом 0,005 мм3, не может быть больше 50 см2. Какой вывод о размере молекулы растительного масла следует из этого факта?
. 6. Вспомните и опишите два примера наблюдений и два примера экспериментов, которые вы проводили в 5 или 6 классе. В чем, по вашему мнению, главное отличие наблюдения от эксперимента?
Экспериментальные задания
1. Возьмите две неглубокие тарелки. В одну налейте немного холодной воды, в другую — примерно столько же горячей. С помощью пипетки капните в центр каждой тарелки несколько капель крепко заваренного чая. Объясните результат.
2. Возьмите мягкую пружину (или тонкую резинку), чистую металлическую (или стеклянную) пластинку, блюдце с водой и продемонстрируйте, что между молекулами воды и металла (стекла) существуют силы притяжения. Опишите свои действия или представьте схематические рисунки (фотографии).
Видеоопыт. Посмотрите видеоролик и объясните наблюдаемое явление.
Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий
Автор: admin от 24-01-2017, 07:15, Переглядів: 4239