Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Строение вещества. Атомы и молекулы

• Из чего состоят вещества? Насколько малыми являются наимень­шие  частички  вещества?  Существует  ли  отличие  между  молеку­лами  одного  и  того  же  вещества?  Можно  ли  сосчитать  молекулы в  булавочной  головке?  Эти  и  другие  вопросы  мы  обсудим  подробнее и  вместе найдем  ответы.

1. Различаем атом и молекулу

Из  предыдущего  курса  «Природоведение»  вы  уже  знаете,  что  все  ве­щества состоят из мелких частичек —  молекул  и атомов.  Вы  также  знаете, что  первичные  составные  части  вещества —  атомы —  имеют  специальные названия  и  символы  для  обозначения  каждого  из  видов  атомов.  Например: водород  (H),  ртуть  (Hg),  кислород  (О),  углерод  (С).  Атомы  разных  видов  от­личаются  друг  от  друга  по  своим  химическим  свойствам  и  массе.  С  физической величиной под  названием  «масса»  вы уже  познакомились  в  §  9.  Что такое  «химические свойства»,  вы узнаете из курса химии.

По положению на 2005 год науке известны только 116 различных видов ато­мов.  «He может  быть,—  возразите  вы.—  Как  это,  только  116? Каждый  из  нас с легкостью перечислит 200—300, а может быть, и больше различных веществ». Да,  действительно,  в мире существуют миллионы разных веществ. Как же со­единить существование только 116 различных видов атомов с миллионами раз­ных  веществ? Дело в том,  что вещества по  большей части состоят из молекул.

Рис. 2.11. Модели молекул некоторых веществ: а —  метана (CH₄); б —  серной кислоты (H₂SO₄); в —  воды (H₂O). (Синие шарики —  атомы водорода, красные —  кислорода, зеленые —  серы, желтые —  углерода.)

Молекулой  называется  наименьшая  частичка  вещества,  имеющая  его  основ­ные химические свойства  и  состоящая  из атомов.

Ситуация  с  разными  веществами  очень  похожа  на  составление  тысяч разных  слов  из  «только»  32  различных  букв  алфавита.  В  этом  сравнении каждая буква — это,  так сказать,  отдельный атом,  а каждое слово соответс­твует молекуле,  т.е.  определенному веществу.

На рис.  2.11,  а вы видите схематическое изображение молекулы метана, состоящей из пяти атомов:  четырех атомов водорода и  одного атома углерода.  Пользуясь  нашей  аналогией,—  это  слово  из  пяти  букв.  На  рис.  2.11,  б приведена  схема  более  сложной  молекулы  серной  кислоты,  состоящей  из семи атомов. Аналог этой молекулы — слово из семи букв. Из приведенных примеров  понятно,  что каждая  новая  молекула  (новая  комбинация  атомов) соответствует новому веществу.

2. Знакомимся с простыми и сложными веществами

Продолжим  нашу  аналогию  сравнения  веществ  со  словами.  Вы,  на­верное,  знаете,  что рядом с обычными словами,  состоящими из нескольких разных букв, мы иногда произносим и слова с использованием только одной буквы (например,  «я»,  «а-а...»,  «у-у-у...»)... Так же и с веществами. Некоторые из них состоят только из одного вида атомов  (одного химического элемента) и потому называются  простыми  (см.  рис.  2.12).  Примерами  таких  веществ является углерод,  железо и др.

Совершенно  очевидно,  что  слов,  состоящих из нескольких  букв,  намно­го  больше,  чем  слов  из  одной  буквы.  Так  же  и  с  веществами.  Чаще  всего в повседневной  жизни  мы  сталкиваемся  с  веществами,  молекулы  которых состоят  из  атомов  нескольких  различных  видов.  Эти  вещества  так  и  назы­ваются —  сложные  (см.  рис.  2.11).

Рис. 2.12  Модели молекул простых веществ: а —  водорода (H₂); б —  кислорода  (O₂); в —  озона  (O₃); г —  азота  (N₂); д —  железа (Fe)

Напомним,  что в научной литературе во избежание путаницы применя­ются  разные  названия  для простых  веществ  и  для  химических элементов, из которых эти вещества состоят. Примеры названий простых веществ и со­ответствующих им  химических  элементов  приведены в  таблице.

3. Убеждаемся в наличии промежутков между молекулами

После  того  как  мы  познакомились  с  наименьшими  частичками  ве­щества,  давайте вспомним некоторые  сведения  о  строении  вещества.

В  результате  проведенных  исследований  ученые  выяснили,  что  меж­ду  молекулами  (атомами)  существуют  промежутки.  Этот  вывод  ученых можно легко подтвердить  довольно простым  опытом.  Если  смешать  100  мл воды и 100 мл спирта, то объем смеси будет меньше, чем 200 мл. Дело в том, что при смешивании двух жидкостей молекулы воды попадают в промежут­ки  между  молекулами  спирта.  Приведенный  опыт  можно  смоделировать, например,  с  помощью  пшена  и  гороха  (рис.  2.13).  Наполните  стакан  до половины  пшеном,  а  потом  прибавьте  столько же  гороха.  Вы  получите  двухслойную  компо­зицию  и  полностью  заполненный  стакан.  Ак­куратно  перемешайте  эту  композицию,  и  вы увидите,  что  объем  смеси  будет  меньшим,  чем исходный —  часть  пшена  разместилась  в  пус­тотах между горошинами.

4.  Пытаемся представить себе размеры атомов

Атомы  очень  малы.  Выяснено,  что  раз­меры  атомов  приблизительно  равны  10 10  г (0,0000000001  м). Чтобы представить,  насколь­ко мало значение  этой величины,  приведем  та­кое  сравнение:  диаметр  молекулы  во  столько же  раз  меньше  диаметра  яблока,  во  сколько раз диаметр  яблока меньше диаметра Земли.

О  размерах  атомов  также  можно  судить  из такого  примера.  Если  бы  все  люди  нашей  пла­неты  проводили  всю  жизнь,  занимаясь  только счетом,  то  все  вместе  они  смогли  бы  сосчитать атомы только в одной булавочной головке.

5. Вспоминаем строение атома

Опыты  показали,  что  атом  имеет  слож­ную  структуру.  Он  представляет  собой  поло­жительно  заряженное ядро,  окруженное  облаком легких частичек —  электронов,  имеющих отрицательный  заряд  (рис.  2.14).  Масса  ядра незначительно  отличается  от  массы  атома.  Масса  же  электронов  в  сравне­нии  с ядром  очень мала.

Рис. 2.13. Моделирование явления уменьшения объема в результате смешивания различ­ных жидкостей. Если взять горох и пшено (а) и тщательно пере­мешать их, увидим, что объем смеси менше суммы объемов ее компонентов (6). Это можно объяснить тем, что зерна пшена попали в промежутки между горошинами

Рис. 2.14. Модели атома: а —  планетарная модель: в центре атома —  ядро, вокруг ядра вращаются электроны; б —  современная: электроны как бы «размазаны» по орбиталям —  некоторым частям про­странства, окружающего ядро. Для наглядности расстояние от ядра до электронов показано в 2— 3 раза больше, чем диаметр ядра. На самом деле это расстояние превышает размеры ядра в 100000 раз

Конечно,  приведенные  в  этом параграфе  данные —  это  только  незначи­тельная часть современных  сведений об атомах и молекулах. С некоторыми другими  их  свойствами  вы  познакомитесь  в  следующих  параграфах,  кое о чем узнаете в  старших классах.

• Подводим итоги

Все  вещества  состоят  из  мелких  частичек  —  молекул  или  атомов.

Между молекулами  (атомами)  существуют промежутки. Молекулой называется наименьшая частичка вещества, имеющая его ос­новные  химические  свойства  и  состоящая  из  атомов.  Атом  имеет  сложную структуру и представляет собой положительно заряженное ядро, окруженное облаком легких частичек —  электронов,  имеющих  отрицательный заряд.

• Контрольные вопросы

1.  Сколько разных видов атомов известно науке? Чем они отличаются друг  от  друга? 

2.  Какие  вещества  называют  простыми?  Приведите примеры. 

3.  Приведите  примеры  некоторых  сложных  веществ.  Из каких  атомов  они  состоят? 

4.  Как  можно  доказать,  что  между  час­тичками  вещества  существуют  промежутки? 

5.  Как  показать,  что атомы  и  молекулы  очень  малы? 

6.  В  переводе  с  греческого  языка «атом»  означает  «неделимый».  Так ли  это?

• Упражнения

1. Можем ли  мы  утверждать,  что  объем  вещества  в  сосуде  равняется сумме объемов молекул,  из  которых  это вещество состоит?
2. Можем  ли  мы  изменить  объем  тела,  не  изменяя  количества моле­кул в нем?  Как  это сделать?
3. Известно,  что  при  одинаковых  условиях  разные  газы  в  одинаковом объеме содержат одно и то же количество молекул, а плотности газов различны.  Чем можно объяснить расхождение в плотности газов?
4. Вычислите,  сколько  приблизительно  молекул  можно  разместить вдоль  отрезка  длиной  0,5  мм.  Диаметр  молекулы  считать  равным 0,0000000001  м.
5. Известно,  что  наша  Галактика Млечный  Путь  насчитывает  около 9  млрд  звезд.  Во  сколько  раз  количество  молекул  в 1 см³  воздуха, равное  (при  нормальных  условиях)  3 •  10¹⁰,  больше  указанного  количества  звезд?
6*.Площадь  пленки,  которую  образует  на  поверхности  воды  капля масла объемом 0,005 мм³, не может превышать 50 см². Какой вывод относительно размера молекул масла следует из  этого факта?

• Экспериментальные задания 

1. Растворите  крупинку  краски  в  воде,  налитой  в  прозрачный  сосуд. Отлейте немного окрашенной воды в другой сосуд и долейте чистой воды.  Сравните  окраску  раствора  в  первом  и  втором  сосудах.  Ана­логично  разбавьте  раствор  еще  несколько  раз.  Сравните  окраску последнего раствора  с чистой  водой. Объясните результат.

2. Сделайте  из  цветного  пластилина  модели  двух  молекул  воды.  Со­ставьте  из  этих моделей  модели молекул водорода и  кислорода.

• Физика и техника в Украине

Георгий  Вячеславович  Курдюмов  (1902-1996)  —   выдающийся металлофизик, профессор, академик российской и украинской акаде­мий  наук.  На  протяжении  длительного  времени  он  работал  в  Днепропетровске  и  Киеве,  где  создал  современные  научные  школы  по исследованию физики металлов  и  сплавов.

Наиболее  важными  результатами  его  научной  деятельности с  практической  точки  зрения  было  создание  научных  основ  терми­ческой  обработки  металлов  —   средств  существенного  упрочнения сталей —   и  создание  новых материалов  с уникальными  свойствами.

Академик  Курдюмов  также  известен  своими  фундаментальными исследованиями  кристаллической  структуры  сталей  и  открытием так называемого «эффек­та Курдюмова».

Президиум  HAH Украины  ввел  премию им.  Г.  В.  Курдюмова.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.