§8 Молекулы

Определения и обозначения

Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Она может состоять из одного или нескольких соединённых атомов. Это понятие нужно, чтобы объяснять, из каких частиц построено вещество и почему оно обладает определёнными свойствами.

Атом — мельчайшая частица химического элемента. Атомы одного или разных элементов способны соединяться между собой и образовывать молекулы. Поэтому атом удобно считать «строительным материалом» молекулы.

Молекула простого вещества состоит из атомов одного химического элемента. Например, H₂ — молекула водорода, а O₂ — молекула кислорода. Такая запись показывает не только название вещества, но и число одинаковых атомов в частице.

Молекула сложного вещества состоит из атомов разных химических элементов. Примеры — H₂O, где есть водород и кислород, и CO₂, где есть углерод и кислород. Состав молекулы помогает отличить сложное вещество от простого.

Как это устроено

Многие свойства вещества можно объяснить тем, что оно состоит из мельчайших частиц. Частицы слишком малы и многочисленны, чтобы видеть их по отдельности, но их движение и взаимодействие проявляются в наблюдаемых явлениях. Представление о молекулах помогает понять, почему вещество сохраняет форму, смешивается с другим веществом или занимает объём.

Молекулы образуются, когда атомы соединяются определённым образом. Например, два атома водорода образуют молекулу H₂, а два атома водорода и один атом кислорода — молекулу H₂O. Число атомов каждого элемента записывают с помощью нижнего индекса, поэтому индекс является частью условного обозначения состава.

Для изображения молекул используют условные модели: атомы показывают шариками разных цветов или размеров, а связи между ними — соединениями. Такая модель позволяет быстро увидеть, сколько атомов входит в частицу и какие элементы представлены. По модели можно определить состав, даже если настоящую молекулу невозможно рассмотреть глазами.

Молекулы простых и сложных веществ различаются составом. Если в молекуле представлены атомы только одного элемента, вещество простое, даже когда атомов несколько; если представлены разные элементы, вещество сложное. Значит, число атомов само по себе не решает задачу: нужно посчитать именно число разных элементов.

Размеры молекул настолько малы, что несравнимы с размерами привычных предметов. В капле воды содержится огромное количество молекул, хотя сама капля кажется маленькой. Поэтому молекулы нельзя рассмотреть невооружённым глазом, а изображения шариками не являются фотографиями в настоящем масштабе.

Молекулы простых и сложных веществ

Пользуйтесь таблицей так: сначала определите, какие элементы входят в молекулу, затем сравните их число. Один химический элемент означает простое вещество, а два и более разных элемента — сложное.

Разбор задач

Задача 1

Укажите, из атомов каких элементов состоят молекулы кислорода O₂ и воды H₂O. Нужно прочитать формулы и учесть нижние индексы. Индекс показывает количество атомов элемента в одной молекуле.

1. В записи O₂ символ O обозначает кислород, а индекс 2 — два атома кислорода.
2. В записи H₂O символы H и O обозначают водород и кислород.
3. Индекс 2 относится к водороду, а отсутствие индекса после O означает один атом кислорода.

Ответ: O₂ состоит из двух атомов кислорода; H₂O — из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Задача 2

Определите, какие из веществ — водород H₂, вода H₂O и углекислый газ CO₂ — являются простыми, а какие сложными. Для решения нужно сравнить не количество атомов, а количество разных химических элементов. Один элемент в составе означает простое вещество, разные элементы — сложное.

1. В H₂ встречается только символ H, значит, представлены атомы одного элемента.
2. В H₂O встречаются H и O, поэтому в молекуле есть атомы двух элементов.
3. В CO₂ встречаются C и O, значит, молекула также содержит разные элементы.

Ответ: водород H₂ — простое вещество. Вода H₂O и углекислый газ CO₂ — сложные вещества.

Задача 3

В модели молекулы показаны два атома одного элемента и один атом другого. Определите, простому или сложному веществу соответствует модель, и запишите общий вид состава. Важно не перепутать число атомов с числом элементов. В модели всего три атома, но представлены два разных элемента.

1. Сосчитаем атомы: два атома относятся к одному элементу, один — к другому.
2. Определим число элементов: их два, потому что атомы разделены на две группы.
3. Запишем общий вид формулы: X₂Y, где X и Y — разные химические элементы.

Ответ: модель соответствует молекуле сложного вещества. Её общий состав можно записать как X₂Y: два атома одного элемента и один атом другого.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Атом и молекулу считают одним и тем же. Так происходит, если не различать частицу элемента и частицу вещества. Проверьте себя: атом может входить в молекулу, а молекула состоит из соединённых атомов.

Ошибка 2. Думают, что молекула простого вещества обязательно содержит один атом. На самом деле она может включать несколько одинаковых атомов, как O₂ или H₂. Чтобы проверить ответ, посмотрите, сколько разных символов элементов есть в формуле.

Ошибка 3. Молекулу сложного вещества называют смесью. Смесь содержит разные вещества, а в молекуле сложного вещества атомы разных элементов соединены в одну частицу. Проверьте, описываете ли вы одну молекулу или несколько веществ рядом.

Ошибка 4. Шарики на модели принимают за точное изображение молекулы. Модель условна и нужна для показа состава и связей, а не настоящих размеров. Спросите себя, указаны ли на изображении масштаб и реальные расстояния между атомами.

Связь с другими темами

• До изучения молекул нужно знать, что вещества различаются составом, а химические элементы обозначают буквенными символами. Эти символы используются в формулах молекул.
• Представление о молекулах понадобится при изучении диффузии и теплового движения частиц. С помощью движения молекул объясняют, как вещества перемешиваются и изменяют свойства.
• Состав молекул пригодится при знакомстве с химическими формулами и строением вещества. Индексы в формулах позволяют читать число атомов каждого элемента.

Что запомнить

• Вещества состоят из мельчайших частиц — молекул.
• Молекула состоит из атомов.
• Молекула простого вещества содержит атомы одного элемента.
• Молекула сложного вещества содержит атомы разных элементов.
• Молекулы очень малы и неразличимы невооружённым глазом.
• Модели молекул условны и помогают представить состав частицы.