§ 26. Молекулы и атомы

Определения и обозначения

Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Она может состоять из одного или нескольких атомов. Это понятие помогает понять, какая частица ещё остаётся данным веществом.

Атом — мельчайшая частица химического элемента. Атомы входят в состав молекул и соединяются друг с другом в определённых сочетаниях. Поэтому атом можно считать строительной частицей молекулы.

Молекулярное строение вещества — представление о том, что любое вещество состоит из отдельных частиц: молекул или атомов. Между частицами есть промежутки, а сами частицы непрерывно движутся. Такая модель объясняет многие свойства веществ.

Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Например, все атомы кислорода относятся к одному элементу, даже если входят в разные вещества. Элемент — это не материал, а разновидность атомов.

Как это устроено

Вещество можно делить на всё более мелкие части, потому что оно состоит из отдельных частиц. Пока деление не разрушает молекулы, каждая полученная часть сохраняет свойства исходного вещества. Если же разделить молекулу на атомы, получится уже не прежнее вещество, поэтому его химические свойства изменятся.

Молекулы образуются, когда атомы соединяются между собой. Число атомов, их вид и порядок соединения задают состав молекулы. Поэтому молекулы воды H₂O и углекислого газа CO₂ состоят из разных атомов и соответствуют разным веществам.

Молекулы одного и того же вещества одинаковы по составу и строению, иначе вещество имело бы неодинаковые свойства в разных местах. У разных веществ молекулы отличаются набором атомов или их соединением. Даже одинаковые атомы при другом сочетании могут образовать вещество с иными свойствами.

Размеры молекул и атомов чрезвычайно малы, поэтому глаз не может различить их по отдельности. Мы видим каплю воды или кусок железа сразу как множество частиц. Невидимость молекул не означает, что их нет: их существование подтверждается наблюдаемыми явлениями и опытами.

Молекулярное строение объясняет делимость вещества: при разделении мы отделяем одни группы частиц от других. При смешивании частицы разных веществ перемещаются и распределяются между частицами другого вещества. При этом сами частицы не исчезают, поэтому вещество сохраняется, хотя его расположение меняется.

Молекулы, атомы и вещества

Таблица помогает различать уровни строения вещества: материал, его молекулу, атом и химический элемент. Сначала определите, о каком объекте говорится, затем посмотрите, из чего он состоит и что именно характеризует.

Разбор задач

1. Деление капли воды

Условие. Каплю воды разделили на множество мелких капель. Нужно объяснить, сохраняется ли в них вода и до каких размеров можно мысленно продолжать деление.

1. Капля состоит из большого числа молекул воды, поэтому при разделении часть молекул переходит в каждую меньшую каплю.
2. Пока в капле остаётся хотя бы одна молекула H₂O, это частица воды и её химические свойства сохраняются.
3. Деление можно мысленно продолжать до одной молекулы, но при дальнейшем разделении молекула распадётся на атомы, и водой получившиеся частицы уже не будут.

Ответ: в каждой достаточно малой капле остаётся вода; предел такого деления — одна молекула воды.

2. Состав молекул по формуле

Условие. Нужно определить число атомов каждого элемента в молекулах H₂O и CO₂. Индекс в химической формуле показывает, сколько атомов данного элемента входит в молекулу.

1. В H₂O индекс 2 после H означает два атома водорода, а отсутствие индекса после O — один атом кислорода.
2. В CO₂ отсутствие индекса после C означает один атом углерода, а индекс 2 после O — два атома кислорода.
3. Складывать эти числа между формулами не нужно: каждая формула описывает одну отдельную молекулу.

Ответ: H₂O содержит 2 атома водорода и 1 атом кислорода; CO₂ — 1 атом углерода и 2 атома кислорода.

3. Подсчёт частиц в модели

Условие. В модели есть 6 молекул по 2 атома и 4 молекулы по 3 атома. Требуется найти общее число молекул и атомов.

1. Сначала считаем молекулы: 6 + 4 = 10.
2. В первых шести молекулах содержится 6 · 2 = 12 атомов, а в следующих четырёх — 4 · 3 = 12 атомов.
3. Складываем атомы двух групп: 12 + 12 = 24. Число молекул и число атомов — разные результаты, их нельзя объединять в одну величину.

Ответ: всего 10 молекул и 24 атома.

Типичные ошибки

Ошибка — считать молекулу и атом одним и тем же. Молекула может включать несколько атомов, а атом является её составной частицей. Проверьте себя: если у формулы есть несколько атомов, это молекула, а не один атом.

Ошибка — говорить, что молекула сохраняет свойства химического элемента. Молекула сохраняет свойства вещества, тогда как элемент определяется видом атомов. Спросите себя, описываете ли вы материал или разновидность его атомов.

Ошибка — изображать вещество сплошным и забывать о промежутках. Модель вещества состоит из отдельных молекул или атомов, которые разделены расстояниями. Проверьте рисунок или схему: частицы не должны сливаться в непрерывную массу.

Ошибка — путать химический элемент с простым веществом. Элемент — это вид атомов, а вещество — конкретный материал, состоящий из частиц. Для проверки назовите объект: кислород может быть элементом, а газообразный кислород — веществом.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что вещества различаются составом и свойствами, а также могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. Эти наблюдения становятся понятнее, если рассматривать вещество как совокупность частиц.

Представления о молекулах и атомах нужны для объяснения диффузии, движения частиц и различий между твёрдыми телами, жидкостями и газами. Они показывают, почему состояние вещества зависит от движения и расположения частиц.

Позже эта модель поможет изучать температуру, давление, химические формулы и превращения веществ. Формулы связывают названия веществ с составом их молекул.

Что запомнить

• Все вещества имеют молекулярное или атомное строение.
• Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства.
• Молекулы состоят из атомов.
• Атом — частица химического элемента.
• Молекулы одного вещества имеют одинаковый состав.
• Свойства вещества зависят от состава и строения его молекул.
• Молекулы и атомы имеют очень малые размеры и находятся на расстояниях друг от друга.