Строение вещества

Определение

Строение вещества — это описание его внутренней структуры на микроуровне, объясняющее, что вещество состоит из отдельных, постоянно движущихся и взаимодействующих частиц (атомов и молекул), определяющих его физические свойства.

Из чего состоит вещество

Всё, что нас окружает, — это вещество. Оно состоит из очень маленьких частиц, которые нельзя увидеть невооружённым глазом: атомов и молекул. Атом — это мельчайшая химически неделимая частица элемента. Молекула — это наименьшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства и состоит из одного или нескольких атомов, соединённых химическими связями. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Движение и взаимодействие частиц

Частицы вещества (атомы и молекулы) никогда не находятся в покое. Они постоянно движутся: колеблются, вращаются или перемещаются. Это называется тепловым движением. Кроме того, между частицами действуют силы притяжения и отталкивания. Силы притяжения заставляют частицы держаться вместе, а силы отталкивания не дают им слипнуться. Соотношение этих сил и характер движения частиц определяют агрегатное состояние вещества.

Три агрегатных состояния

Вещество может находиться в трёх основных агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. В твёрдом состоянии частицы расположены упорядоченно и колеблются вокруг фиксированных положений. В жидком состоянии частицы расположены ближе друг к другу, но могут свободно перемещаться, меняя своё положение. В газообразном состоянии частицы находятся на больших расстояниях друг от друга, движутся хаотично и слабо взаимодействуют.

Свойства веществ и строение

Строение вещества объясняет его физические свойства. Например, почему твёрдые тела имеют определённую форму, жидкости текучи, а газы легко сжимаются. Если частицы вещества сильно притягиваются друг к другу и упорядочены, вещество твёрдое. Если силы притяжения слабее, и частицы могут перемещаться, вещество жидкое. Если же частицы почти не взаимодействуют и находятся далеко друг от друга, вещество газообразное.

Как найти и применять

1. Определите, из каких частиц состоит данное вещество (атомы, молекулы).
2. Представьте, как эти частицы расположены относительно друг друга (упорядоченно, хаотично, близко, далеко).
3. Оцените, насколько интенсивно движутся частицы (слабые колебания, свободное перемещение, быстрое хаотичное движение).
4. Сделайте вывод о силах взаимодействия между частицами (сильные притяжения, средние, слабые).
5. Свяжите эти характеристики с наблюдаемыми свойствами вещества (твёрдость, текучесть, сжимаемость).

Разбор задач

Задача 1

Объясните, почему сахар — это твёрдое вещество, а вода — жидкость.

1. Сахар состоит из молекул сахарозы, которые в твёрдом состоянии расположены в кристаллической решётке (упорядоченно) и сильно притягиваются друг к другу. Каждая молекула лишь колеблется на своём месте. 2. Вода состоит из молекул H2O. В жидком состоянии эти молекулы расположены довольно близко, но не так упорядоченно, как в сахаре. Они могут свободно перемещаться относительно друг друга, хотя и испытывают взаимное притяжение. 3. Из-за сильного и упорядоченного взаимодействия молекул сахар сохраняет форму и твёрд. Молекулы воды, свободно перемещаясь, позволяют воде принимать форму сосуда и быть текучей.

Ответ: Различие в агрегатном состоянии сахара и воды объясняется различным характером расположения, движения и взаимодействия их молекул: в сахаре они упорядочены и сильно связаны, в воде — менее упорядочены и могут перемещаться.

Где это встречается

• Газовые плиты и баллоны — Газ хранится в баллонах под давлением, где его молекулы находятся близко друг к другу. При открытии вентиля газ расширяется, так как молекулы движутся свободно и занимают весь предоставленный объём, что позволяет его использовать для горения.
• Нагревание воды — При нагревании воды молекулы H2O начинают двигаться быстрее. Это увеличивает расстояние между ними и ослабляет силы притяжения, что приводит к испарению — переходу воды в газообразное состояние (пар).
• Термометры — В ртутных или спиртовых термометрах жидкость расширяется при нагревании. Это происходит потому, что молекулы жидкости при повышении температуры начинают двигаться интенсивнее, сталкиваться чаще и сильнее, увеличивая среднее расстояние между собой, что приводит к увеличению объёма.
• Плавление льда — Лёд — это твёрдая вода, где молекулы H2O образуют кристаллическую решётку. При нагревании энергия молекул увеличивается, они начинают колебаться сильнее, разрывая связи в решётке и переходя в жидкое состояние (воду), где могут свободно перемещаться.

Типичные ошибки

Не путать

• Химическая связь — Строение вещества описывает расположение и движение частиц, а химическая связь — это сила, которая удерживает атомы вместе внутри молекулы или кристалла.
• Состав вещества — Состав вещества говорит о том, из каких элементов (атомов) оно состоит (например, вода — H2O). Строение вещества объясняет, как эти атомы соединены в молекулы и как эти молекулы расположены и движутся относительно друг друга.

Откуда взялось понятие

Идея о том, что вещество состоит из мельчайших неделимых частиц, атомов, возникла ещё в Древней Греции (Демокрит, Левкипп). Современное научное представление о строении вещества развивалось с XVIII-XIX веков благодаря работам Джона Дальтона, Амедео Авогадро и других учёных.

Как запомнить

Вещество — это LEGO: всё состоит из маленьких деталек (атомов/молекул), которые двигаются и сцепляются по-разному.