§ 31. Строение твердых, жидких и газообразных тел

Определения и обозначения

Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Молекулы состоят из атомов, соединённых определённым образом. Это понятие помогает представить вещество не сплошным, а состоящим из очень маленьких частиц.

Молекулярное строение вещества — представление о том, что любое вещество состоит из частиц, разделённых промежутками. Размеры этих промежутков и расположение частиц различаются у твёрдых тел, жидкостей и газов. Такая модель нужна, чтобы объяснять наблюдаемые свойства вещества.

Тепловое движение — непрерывное и беспорядочное движение частиц вещества. Его характер зависит от температуры: при нагревании частицы в среднем движутся быстрее. Благодаря этому понятию можно объяснить испарение, распространение запахов и изменение свойств тел.

Взаимодействие молекул — взаимное притяжение и отталкивание частиц. На больших расстояниях притяжение почти не проявляется, а при чрезмерном сближении резко возрастает отталкивание. Сочетание этих сил определяет форму, объём и сжимаемость вещества.

Как это устроено

Испарение, запахи и смешивание веществ подтверждают наличие частиц. При испарении отдельные частицы покидают поверхность жидкости и перемещаются в воздухе. Запах распространяется потому, что частицы пахучего вещества сталкиваются с частицами воздуха, а при смешивании частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами другого.

Частицы не сливаются в одно целое, потому что между ними существуют промежутки. Эти промежутки не остаются неизменными: частицы непрерывно движутся и сталкиваются. Силы притяжения удерживают их рядом, а силы отталкивания не позволяют частицам занять одно и то же место.

В твёрдом теле молекулы расположены близко и сильно взаимодействуют. Каждая частица колеблется около определённого положения, но не уходит далеко от него. Поэтому всё тело сохраняет форму и объём, а расстояния между молекулами можно изменить лишь незначительно.

В жидкости молекулы находятся близко, поэтому жидкость сохраняет почти постоянный объём. Однако связи между соседними частицами не удерживают их в строго закреплённых местах: молекулы могут перемещаться друг относительно друга. Из-за этого жидкость течёт и принимает форму сосуда.

В газе молекулы разделены большими промежутками, а их взаимодействие обычно слабое. Частицы свободно движутся во всех направлениях и сталкиваются между собой и со стенками сосуда. Поэтому газ не имеет собственной формы и объёма, заполняет весь сосуд и легко сжимается.

Сравнение строения и свойств твёрдых тел, жидкостей и газов

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала найдите описание расположения и движения молекул, а затем сопоставьте его с макроскопическими свойствами. Особенно полезно проверять сразу несколько признаков: например, форму, объём и сжимаемость. Один признак может быть недостаточен для уверенного вывода.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Частицы вещества расположены близко и совершают колебания около устойчивых положений. Тело сохраняет форму и объём. Определите его агрегатное состояние.

1. Сопоставим движение частиц с моделью вещества: колебания около определённых положений характерны для твёрдого тела.
2. Проверим свойства: сохранение формы и объёма также является признаком твёрдого тела.
3. Следовательно, все признаки указывают на одно агрегатное состояние.

Ответ: вещество находится в твёрдом состоянии. Его молекулы не неподвижны, а колеблются около устойчивых положений.

Задача 2

Условие. Жидкость перелили из стакана в широкую чашу. Объясните, почему она изменила форму, но её объём почти не изменился. Используйте представление о движении и взаимодействии молекул.

1. Молекулы жидкости расположены близко, поэтому при переливании они не расходятся далеко друг от друга.
2. Силы взаимодействия не дают молекулам заметно сблизиться или разлететься, поэтому сохраняется почти тот же объём.
3. При этом молекулы могут перемещаться соседними слоями, поэтому жидкость растекается и принимает форму чаши.

Ответ: близкое расположение молекул объясняет сохранение объёма, а их способность перемещаться — изменение формы.

Задача 3

Условие. Сравните два газа и твёрдое тело по возможности сжатия. Объясните различие с точки зрения расстояний между молекулами и сил взаимодействия.

1. В газе молекулы находятся далеко друг от друга, поэтому при сжатии можно значительно уменьшить промежутки между ними.
2. В твёрдом теле молекулы уже расположены почти вплотную, а сильное отталкивание мешает сблизить их ещё больше.
3. Оба газа будут сжиматься по одной причине, хотя степень сжатия может зависеть от условий, например от давления и температуры.

Ответ: газы сжимаются значительно легче твёрдого тела. Причина — большие промежутки между молекулами газа и малые промежутки между частицами твёрдого тела.

Типичные ошибки

Молекулы в твёрдом теле совершенно неподвижны. Так считают, потому что тело сохраняет форму, но на самом деле частицы совершают тепловые колебания. Проверка: вспомните, что при нагревании колебания усиливаются, хотя тело не превращается сразу в газ.

Между молекулами нет сил. Ошибка возникает из-за того, что частицы не видны и промежутки кажутся пустотой, однако молекулы притягиваются и отталкиваются. Проверить себя можно вопросом: что удерживает частицы рядом и не позволяет им полностью слиться?

Жидкость сохраняет и форму, и объём. Объём жидкости почти постоянен, но форма зависит от сосуда, потому что молекулы могут перемещаться. Налейте одну и ту же жидкость в сосуды разной формы: её границы изменятся, а количество вещества останется тем же.

Частицы газа расположены вплотную. Такое изображение противоречит лёгкой сжимаемости и способности газа заполнять сосуд. Проверка проста: если между частицами нет больших промежутков, газ нечему было бы сжиматься.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны понятия вещества, тела, атома, молекулы, массы и объёма. Они помогают описывать вещество одновременно на уровне наблюдаемых тел и невидимых частиц.

Молекулярная модель пригодится при изучении давления газа, температуры и тепловых явлений. Она также объясняет испарение, плавление и другие агрегатные превращения.

С химией тема связана через состав и свойства веществ. Химия рассматривает, из каких атомов состоят молекулы и как их строение влияет на свойства вещества.

Что запомнить

• Все вещества состоят из частиц, между которыми есть промежутки.
• Частицы вещества непрерывно и беспорядочно движутся.
• Между частицами действуют силы притяжения и отталкивания.
• В твёрдых телах частицы колеблются около определённых положений.
• В жидкостях частицы расположены близко, но могут перемещаться.
• В газах частицы находятся далеко друг от друга и слабо взаимодействуют.
• Строение вещества объясняет его форму, объём и сжимаемость.