Строение вещества и его свойства
Еще в глубокой древности, 2500 лет назад, некоторые ученые высказывали предположение о строении вещества. Греческий ученый Демокрит (460-370 лет до н. э.) считал, что все вещества состоят из мельчайших частичек. В научную теорию эта идея превратилась только в 18 веке и получила дальнейшее развитие в 19 веке. Появление представлений о строении вещества позволило не только объяснить многие явления, но и предсказать, как они будут протекать в тех или иных условия.
Опыты, подтверждающие представления о строении вещества
Множество опытов подтверждают представления о строении вещества. Ниже приведены некоторые из них:
Сжатие тела
Попытаемся сжать теннисный мячик. При этом объем воздуха, который заполняет мяч, уменьшится. Можно уменьшить и объем надувного шарика, и кусочка воска, если приложить некоторое усилие.
Изменение объема при нагревании и охлаждении
Проделаем опыт с медным или латунным шариком. В ненагретом состоянии шарик проходит сквозь кольцо. Однако, если его нагреть, то он уже не сможет пройти сквозь кольцо из-за расширения. После остывания шарик снова сможет пройти сквозь кольцо.
Изменение объема жидкости при нагревании
Нагревая колбу с водой, мы можем наблюдать, как уровень воды в трубке повышается. Это свидетельствует о расширении жидкости при нагревании.
Объяснение изменения объема тела
Предполагается, что все вещества состоят из отдельных частиц. Если частицы удаляются друг от друга, объем тела увеличивается. Подходящий пример – изменение объема воды при нагревании.
Невидимость частиц вещества
Современная наука доказала, что частицы вещества настолько малы, что их нельзя увидеть. Для проверки этого факта можно провести опыт с растворением красителя в воде, который демонстрирует, как частицы вещества невидимы глазу.
Вывод: строение вещества имеет свои особенности, объясняющие многие физические явления в природе. Важно проводить опыты и исследования для более глубокого понимания этой темы.
Структура вещества: молекулы и атомы
Поскольку в воде растворили очень маленькую крупинку гуаши и только часть ее попала в третий сосуд, можно предположить, что крупинка состояла из большого числа мельчайших частичек, как, впрочем, и вода, в которой растворили гуашь. Это называется диффузией, но об этом позже.
Этот опыт, как и многие другие подтверждают гипотезу о том, что вещества состоят из очень маленьких частиц.
Молекулы веществ
Все вещества состоят из отдельных частиц – это было доказано современной наукой. Эти частицы были названы молекулами (в переводе с латинского маленькая масса).
Расположение молекул белка
Молекула вещества – это мельчайшая частица данного вещества. Например, самая маленьшая частица воды – это молекула воды. Наименьшая частица соли – это молекула соли.
Размеры молекул
Попытаемся представить себе, каковы размеры молекул. Если можно было бы уложить в один ряд вплотную друг к другу 10 000 000 (или 10-7 степени) молекул воды, то получилось бы ниточка всего в 2мм. Малый размер молекул позволяет получить тонкие пленки различных веществ. Капля масла, например, может растекаться по воде слоем толщиной всего в 0,000002 м (или 2 · 10-6 степени).
Число молекул
Даже небольшие тела состоят из огромного вещества молекул. Так, например, в крупинке соли или сахара содержится очень большое число молекул. Подсчитано, что в 1 см³ воздуха находится около 27 · 1018 степени молекул.
Визуализация молекул
Из-за очень малых размеров молекулы невидимы невооруженным глазом или в обычные микроскопы. Но при помощи специального прибора – электронного микроскопа – удалось сфотографировать наиболее крупные из них.
Идентичность молекул
Окружающие нас тела, даже похожие на первый взгляд, будут различны. Ученые с помощью опытов доказали, что молекулы разных веществ отличаются друг от друга, а молекулы одного и того же вещества одинаковы.
Молекулы и атомы
Молекулы, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц – атомов. Например, наименьшая частица воды – это молекула воды, состоящая из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода. Из курса химии вы узнаете, что воду обозначают H2O.
Модели молекул
Молекулы принято изображать схематически, т. е. с помощью моделей молекул. Две молекулы воды показаны на рисунке. Если разделить две молекулы воды, то образуется два атома кислорода и четыре атома водорода.
Понимание строения вещества на уровне молекул и атомов помогает исследователям понять различия между разными веществами и их свойства.
Молекулы веществ притягиваются друг к другу и отталкиваются.
Молекулы одного вещества притягиваются друг к другу силой, называемой силой когезии. Эта сила препятствует рассеиванию молекул по всему объему, сохраняя вещество в едином целом.
Молекулы различных веществ притягиваются друг к другу силой, называемой адгезией. Это является причиной того, что различные вещества могут смешиваться и образовывать равномерные смеси.
Также молекулы могут отталкиваться друг от друга. Это происходит, если молекулы с теми же зарядами сталкиваются между собой. Например, молекулы с одинаковым положительным зарядом будут отталкиваться, а с различным положительным и отрицательным зарядами – притягиваться.
Заключение.
Таким образом, явления диффузии, когезии и адгезии играют важную роль в химии и физике. Понимание того, как молекулы взаимодействуют друг с другом, помогает объяснить множество химических и физических процессов в природе.
Необходимо помнить, что атомы и молекулы не статичны, а находятся в постоянном движении, взаимодействуя друг с другом и образуя различные соединения и структуры. Верное понимание этих процессов поможет вам глубже погрузиться в мир химии и физики.
Притяжение и отталкивание между молекулами
Если все тела состоят из мельчайших частиц (молекул или атомов), почему же твердые и жидкости не распадаются на отдельные молекулы или атомы? Что заставляет их держаться вместе, ведь молекулы разделены между собой промежутками и находятся в непрерывном беспорядочном движении?
Притяжение между молекулами
Дело в том, что между молекулами существует взаимное притяжение. Каждая молекула притягивает к себе все соседние молекулы и сама притягивается ими.
Когда мы разрываем нить, ломаем палку или отрываем кусочек бумаги, то преодолеваем силы притяжение между молекулами.
Заметить притяжение между двумя молекулами совершенно невозможно. Когда же притягиваются многие миллионы таких частиц, взаимное притяжение становится значительным. Поэтому трудно разорвать руками веревку или стальную проволоку.
Притяжение и прочность тел
Притяжение между молекулами в разных веществах неодинаково. Этим объясняется различная прочность тел. Например, стальная проволока прочнее медной. Это значит, что частицы стали притягиваются друг к другу сильнее, чем частицы меди.
Притяжение между молекулами становится заметным только тогда, когда они находятся очень близко друг к другу. На расстоянии, превышающем размеры самих молекул, притяжение ослабевает.
Отталкивание и слипание молекул
Тогда попытаемся выяснить, почему между молекулами имеются промежутки. Если молекулы притягиваются друг к другу, то они должны как-то слипнуться. Этого не происходит потому, что между молекулами (атомами) в то же время существует отталкивание.
На расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул (атомов), заметнее проявляется притяжение, а при дальнейшем сближении – отталкивание.
Многие наблюдаемые явления подтверждают существование отталкивания между молекулами.
Соединение кусков металла при сварке или при спайке, а также склеивание основано на притяжении молекул друг к другу.
Следовательно, между двумя молекулами (атомами) существует взаимное притяжение, которое заметно только на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул (атомов).
Заключение
Таким образом, притяжение и отталкивание между молекулами играют важную роль в создании свойств различных веществ и их структур. Понимание этих сил помогает объяснить множество физических явлений в природе.
Опыт. К пружине подвешиваем на нитке стеклянную пластинку так, чтобы ее нижняя поверхность была расположена горизонтально. Эту пластинку подносим к сосуду с водой так, чтобы она легла на поверхность воды. При отрывании пластинки от воды, пружинка заметно растянется. Это доказывает существование притяжения между молекулами. По растяжению пружины, можно видеть насколько оно велико. Оторвав пластинку от воды, можно увидеть, что на ней остается тонкий слой воды, т.е. пластинка смочена водой. Значит, при отрывании пластины, мы преодолеваем притяжение между молекулами воды. Разрыв произошел не там, где соприкасаются молекулы воды с частицами стекла, а там, где молекулы воды соприкасаются друг с другом.
Смачивание водой, а Смачивание водой, б Смачивание водой, в
Во многих случаях, вода может и не смачивать тела. Например, если в воду опустить кусочек воска или парафина, а затем вынуть, то они окажутся сухими. Вода не смачивает и жирные поверхности тел.
Если жидкость смачивает твердое тело, это значит, что молекулы воды притягиваются слабее, чем к молекулам тела. И наоборот, когда молекулы воды не смачивают какое-либо тело, значит что молекулы воды притягиваются сильнее друг к другу, чем к молекулам твердого тела.
В быту мы часто сталкиваемся с явлениями смачивания и не смачивания.
Так, например, благодаря явлению смачивания мы можем писать, вытирать мокрые предметы и т. д.
Три состояния вещества
Жидкость меняет форму, но сохраняет объем.
В природе вещества встречаются в трех состояниях: твердое, жидкое и газообразное. Например, вода может находиться в твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (пар) состояниях. В градуснике ртуть – это жидкость. Над поверхностью ртути находятся ее пары, а при температуре -39°С ртуть превращается в твердое тело.
В различных состояниях вещества обладают разными свойствами. Большинство окружающих нас тел состоят из твердых веществ. Это дома, машины, инструменты и др. Форму твердого тела можно изменить, но для этого необходимо приложить усилие. Например, чтобы согнуть гвоздь, нужно довольно большое усилие.
Изготовление предметов из расплавленного стекла.
Для придания твердым телам нужной формы и объема на заводах и фабриках их обрабатывают на специальных станках: токарных, строгальных, шлифовальных.
Твердое тело имеет собственную форму и объем.
В отличие от твердых тел, жидкости легко меняют свою форму, но сохраняют свой объем. Они принимают форму сосуда, в котором находятся.
Например, чай, наполняющий чайник, имеет форму чайника. Налитый же в чашку он принимает форму чашки. Но, изменяя свою форму, жидкость сохраняет свой объем.
В обычных условиях только маленькие капельки жидкости имеют свою форму – форму шара. Это, например, капли дождя или капли, на которые разбивается струя жидкости.
Опыт с газом и жидкостью.
На свойстве жидкости легко изменять свою форму основано изготовление предметов из расплавленного стекла.
Жидкость легко меняет свою форму, но сохраняет объем.
Воздух, которым мы дышим, является газообразным веществом, или газом. Поскольку большинство газов бесцветны и прозрачны, мы их невидим. Обнаружить наличие воздуха можно, если в комнате будет сквозняк, а также его присутствие можно почувствовать, стоя у открытого окна движущегося поезда. Наличие воздуха в окружающем нас мире можно доказать с помощью простых опытов.
Если стакан перевернуть вверх дном и поставить его в воду, то вода не заполнит стакан, поскольку он заполнен воздухом, и для воздуха нет путей к отступлению.
Теперь опустим в воду воронку, которая соединена резиновым шлангом со стеклянной трубочкой, в свою очередь помещенной в сосуд с водой. Мы увидим, как воздух из ворони начнет выходить через эту трубочку в воду.
Газы в отличие от жидкостей легко изменяют свой объем. Когда мы сжимаем теннисный мячик, мы тем самым меняем (в данном случае – уменьшаем) объем воздуха, наполняющего мяч. Газ, помещенный в сосуд заполняет его весь целиком. Нельзя наполнить половину бутылки так, как это можно сделать жидкостью.
Газы не имеют собственной формы и постоянного объема. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объем.
Различие в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов.
Одно и то же вещество может находиться в различных состояниях. Объяснить свойства веществ можно, если знать их молекулярное строение.
Так, например, вода, замерзая, становится твердым телом (лед), а при кипении обращается в газообразное состояние (пар). Это три состояния одного и того же вещества (воды), т.е. жидкое, твердое и газообразное. А если все три состояния воды – это состояния одного и того же вещества, значит, и молекулы его не отличаются друг от друга. Дело в том, что различные свойства вещества во всех состояниях определяются тем, что его молекулы расположены иначе, и двигаются по-разному.
Если газ сжимается и объем его уменьшается, следовательно, в газах расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул. Поскольку в среднем расстояния между молекулами в десятки раз больше размера молекул, то они слабо притягиваются друг к другу. Поэтому газы не имеют собственной формы и постоянного объема.
Молекулы газа, двигаясь во всех направлениях, почти не притягиваются друг к другу и заполняют весь сосуд.
Молекулы жидкости расположены близко друг к другу. Расстояния между каждыми двумя молекулами меньше размеров молекул, поэтому притяжение между ними становится значительным.
Молекулы жидкости не расходятся на большие расстояния, и жидкость в обычных условиях сохраняет свой объем.
Поскольку притяжение между молекулами жидкости не так велико, то они могут скачками менять свое положение. Жидкость не имеет свою форму, и принимает форму сосуда. Они текучи, их легко перелить из одного сосуда в другой.
Жидкость с трудом сжимается, так как при этом молекулы сближаются на расстояние, когда заметно проявляется отталкивание.
В твердых телах притяжение между молекулами (атомами) еще больше, чем у жидкостей. Поэтому в обычных условиях твердые тела сохраняют свою форму и объем.
Три состояния вещества. Твердое, жидкое и газообразное.
В твердых телах молекулы (атомы) расположены в определенном порядке. Это лед, соль, металлы и др. Такие тела называются кристаллами.
Молекулы или атомы твердых тел колеблются около определенной точки и не могут далеко переместиться от нее. Твердое тело поэтому сохраняет не только объем, но и форму.
Расположение молекул воды в трех разных состояниях показано на рисунке: газообразном – водяной пар (рис, а), жидком – вода (рис, б) и твердом – лед (рис, в)