§ 1. Вещество и его структурные единицы

Определения и обозначения

Вещество — материал, из которого состоят физические тела. Тело — отдельный предмет, например ложка, а вещество — то, из чего она сделана, например алюминий. Различать эти понятия нужно, чтобы не путать предмет с его материалом.

Молекула — частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Она состоит из одного или нескольких связанных атомов. Понятие молекулы помогает описывать, из каких частиц образовано вещество и как его состав записан в формуле.

Атом — структурная единица, из которой состоят молекулы, а также некоторые вещества без молекулярного строения. Например, атомы кислорода входят в состав молекул воды. Это понятие нужно, чтобы разбирать состав частиц на более простые составляющие.

Ион — электрически заряженная частица, образовавшаяся из атома или группы атомов. Заряд появляется, когда частица теряет или присоединяет электроны. Знание об ионах помогает объяснить строение веществ, которые не состоят из отдельных молекул.

Как это устроено

Тело и вещество отвечают на разные вопросы: «что перед нами?» и «из чего оно сделано?». Например, вода может находиться в стакане, реке или капле: тела и их размеры различны, но вещество одно. А стакан может быть сделан из стекла, иметь металлическое покрытие и содержать воду, то есть включать несколько веществ. Поэтому для описания предмета и его состава используют разные понятия.

Вещества состоят из частиц, а не являются сплошными на самом малом уровне. Частицы движутся и взаимодействуют, а между ними есть промежутки; их строение и расположение связаны с наблюдаемыми свойствами вещества. Например, особенности частиц и их взаимодействия влияют на то, как вещество ведёт себя при нагревании. Такое представление позволяет объяснять свойства не только внешним видом тела, но и его внутренним устройством.

Атомы могут соединяться друг с другом и образовывать молекулы. В молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода, поэтому её формула — H₂O. Химическая формула использует символы элементов, а маленький индекс справа внизу показывает количество атомов этого элемента; если индекса нет, атом один. Формула CO₂, например, сообщает, что в молекуле один атом углерода и два атома кислорода.

Не каждое вещество образовано отдельными молекулами. В молекулярных веществах можно говорить о самостоятельных молекулах, а в немолекулярных частицы объединены в общую структуру. Так, в поваренной соли кристаллическая структура образована положительными и отрицательными ионами, а не отдельными молекулами NaCl. В других веществах немолекулярного строения структурными единицами могут быть атомы.

Размеры частиц настолько малы, что непосредственно увидеть их обычным зрением нельзя. Между частицами есть промежутки, поэтому вещество не следует представлять как непрерывную сплошную массу. Такое представление объясняет, почему частицы могут перемещаться и взаимодействовать друг с другом. Оно служит основой для дальнейшего изучения диффузии и состояний вещества.

Структурные единицы вещества

Сравнивайте частицы по тому, как они устроены, откуда берутся и имеют ли заряд. В графе «пример» приведены частицы, а не физические тела. Таблица помогает определить, подходит ли описание «молекула» для конкретного вещества. Помните, что не всякая частица вещества является молекулой.

Разбор задач

1. Вода в стакане

Вода налита в стакан. Назовите физическое тело и вещество, из которого оно состоит. Чтобы ответить, нужно отделить предмет, который можно взять в руки, от содержимого. Затем уточнить, о каком именно объекте спрашивают: о сосуде или о воде в нём.

1. Стакан — отдельный предмет с определённой формой, значит, это физическое тело.
2. Вода — вещество, находящееся в стакане; сам стакан обычно сделан из другого вещества, например стекла.
3. Сопоставляем названия: тело — стакан, содержимое — вода.

Ответ: физическое тело — стакан, вещество в нём — вода. Если речь идёт о материале самого стакана, им может быть стекло. Так видно, что одно описание указывает на предмет, а другое — на его состав.

2. Формула углекислого газа

Молекула углекислого газа записывается формулой CO₂. Нужно определить число атомов каждого вида и общее число атомов. Для этого читаем символы элементов и индекс возле каждого символа. Индекс относится только к символу перед ним.

1. В формуле есть C — символ углерода; после него нет индекса, значит, атом углерода один.
2. Символ O обозначает кислород, а индекс ₂ показывает, что атомов кислорода два.
3. Складываем количество атомов: 1 + 2 = 3.

Ответ: в молекуле один атом углерода и два атома кислорода, всего три атома. Индекс не ставят, когда атом данного элемента один. Поэтому отсутствие числа после C не означает, что углерод в составе отсутствует.

3. Строение поваренной соли

В поваренной соли частицы расположены в кристаллической структуре. Нужно объяснить, почему соль не описывают как набор отдельных молекул, и назвать её частицы. Важно не переносить модель молекулярного вещества на любое твёрдое вещество. Для ответа определяем, какие частицы образуют кристалл.

1. Вспоминаем: молекулы существуют как отдельные частицы, а в немолекулярном веществе частицы образуют общую структуру.
2. В кристалле поваренной соли нет отдельных молекул NaCl, расположенных независимо друг от друга.
3. Структуру образуют положительные ионы натрия Na⁺ и отрицательные ионы хлора Cl⁻.

Ответ: соль имеет немолекулярное строение и состоит из ионов Na⁺ и Cl⁻, упорядоченно расположенных в кристалле. Формула NaCl показывает соотношение частиц в веществе, а не отдельную молекулу соли. Поэтому говорить о наборе отдельных молекул здесь неверно.

Типичные ошибки

Ошибка: называть тело и вещество одним и тем же. Её допускают, когда не различают предмет и материал: например, словом «стекло» называют и материал, и стакан. Проверьте себя вопросами «что это за предмет?» и «из чего он сделан?». Ответы могут быть разными.

Ошибка: считать, что все вещества состоят из молекул. Так думают, если знакомы только с примерами вроде воды или углекислого газа. Но поваренная соль состоит из ионов, а некоторые вещества образованы атомами. Проверяйте, описывается ли структура отдельными молекулами или общей системой частиц.

Ошибка: путать атом и молекулу. Причина — оба понятия обозначают частицы, но молекула может включать несколько атомов, например H₂O. Чтобы проверить ответ, посмотрите на формулу: несколько символов или индексы могут указывать на разные атомы в одной молекуле. При этом не всякий атом обязательно входит в молекулу.

Ошибка: считать ион нейтральным атомом. Внешне название частицы может напоминать название атома, но ион имеет электрический заряд, а нейтральный атом — нет. При потере или присоединении электронов атом превращается в ион. Проверка простая: у обозначения иона заряд записан знаком «+» или «−», например Na⁺ или Cl⁻.

Связь с другими темами

Перед изучением строения вещества полезно уметь отличать предмет от материала и приводить примеры веществ. Представление о частицах понадобится при объяснении диффузии и различий между агрегатными состояниями. Оно также помогает разбирать тепловые явления через движение и взаимодействие частиц. Знания об атомах, молекулах и ионах пригодятся при изучении химических формул и электрических явлений.

Что запомнить

• Физические тела состоят из веществ.
• Вещества имеют частичное строение.
• Молекула состоит из атомов и сохраняет химические свойства вещества.
• Некоторые вещества имеют немолекулярное строение.
• Ион — электрически заряженная частица.
• Химическая формула показывает состав молекулы или вещества.