"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Твёрдый предмет выглядит цельным, но вещество не заполняет его объём сплошь: оно состоит из отдельных частиц, между которыми есть промежутки. Частицы непрерывно движутся, а при соприкосновении вещества могут проникать друг в друга — это явление называют диффузией. Эти представления объясняют, почему смешиваются жидкости, распространяются запахи и нагревание ускоряет перемешивание. Они понадобятся для понимания строения твёрдых тел, жидкостей и газов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Молекулы могут состоять из нескольких атомов, соединённых между собой. Представление о молекулах помогает объяснить, почему вещество сохраняет свои свойства, даже если его разделить на очень маленькие части.
Атом — частица, из которой состоят молекулы. Молекула воды, например, образована атомами водорода и кислорода. Атомы разных видов имеют разные свойства и образуют разные вещества, поэтому атом и молекула — не одно и то же.
Промежутки между частицами — пространства, разделяющие молекулы и атомы. Значит, вещество не заполняет весь объём тела сплошь, даже если его поверхность выглядит цельной. Это понятие помогает объяснить, как частицы двух веществ могут располагаться рядом и смешиваться.
Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого вследствие их непрерывного движения. Например, частицы чернил постепенно распространяются в воде. Диффузия показывает, что частицы движутся и могут менять своё расположение.
На ощупь и на вид кусок металла, стекла или дерева кажется сплошным. Но это впечатление связано с тем, что отдельные молекулы и атомы слишком малы, чтобы глаз мог их различить, а их очень много. Их совместное действие и создаёт привычные свойства тела, поэтому невидимые частицы нельзя считать отсутствующими. Представление о частицах подтверждается наблюдениями за тем, как вещества смешиваются и распространяются.
Если смешать некоторые жидкости, объём смеси может оказаться меньше суммы объёмов, взятых по отдельности. Это происходит потому, что частицы жидкостей располагаются не как две непроницаемые стопки: частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами другого. Поэтому после смешивания частицы оказываются упакованы иначе, и общий объём может уменьшиться. Такой опыт служит одним из свидетельств того, что вещество состоит из отдельных частиц с промежутками между ними.
Вещество можно измельчать на всё более мелкие части, однако измельчение не означает, что оно сразу перестаёт быть этим веществом. Учёные пришли к представлению о молекулах как мельчайших частицах, сохраняющих химические свойства вещества. Молекулы, в свою очередь, состоят из атомов. Это позволяет различать частицы вещества и более мелкие частицы, из которых они построены.
Капля пахучего вещества или чернил постепенно распространяется в окружающей среде, хотя весь воздух или вся вода не движутся заметным потоком. Частицы находятся в непрерывном движении и по пути проникают между частицами соседнего вещества. Такое взаимное проникновение и называют диффузией. Следовательно, диффузия подтверждает сразу два вывода: частицы разделены промежутками и они движутся.
Диффузия происходит с разной скоростью при разных температурах. При нагревании частицы движутся интенсивнее, поэтому быстрее меняют своё положение и чаще распространяются в соседнее вещество. В результате вещества смешиваются быстрее. Так влияние температуры на диффузию связывает движение частиц с тепловыми явлениями.
| Опыт или явление | Что наблюдаем | Какой вывод следует |
|---|---|---|
| Смешивание жидкостей | Общий объём смеси может быть меньше суммы исходных объёмов. | Частицы одной жидкости занимают промежутки между частицами другой. |
| Изменение общего объёма смеси | После смешивания объём не всегда равен сумме объёмов до смешивания. | Частицы могут расположиться плотнее, чем в исходных жидкостях. |
| Диффузия в жидкостях | Краска или раствор постепенно распространяется в воде. | Частицы жидкости непрерывно движутся и проникают между частицами другого вещества. |
| Диффузия в газах | Запах распространяется по комнате. | Частицы газа движутся и смешиваются с частицами воздуха. |
| Влияние температуры на диффузию | В тёплой среде вещества смешиваются быстрее, чем в холодной. | При нагревании движение частиц становится интенсивнее. |
В таблице сначала найди наблюдение, а затем сравни его с выводом: это помогает увидеть, какое свойство частиц объясняет опыт. Один вывод может подтверждаться несколькими разными явлениями. Особенно полезно сопоставить смешивание жидкостей с диффузией: первое указывает на промежутки, а второе — на движение частиц.
Нужно объяснить, как чернила оказались в разных частях воды. Видимого перемешивания могло не быть, поэтому одного движения всей жидкости недостаточно для объяснения. Используем представление о частицах и диффузии.
Ответ: вода окрасилась из-за диффузии: движущиеся частицы чернил проникли между частицами воды и распространились по жидкости. Непрерывное движение частиц происходит даже без заметного перемешивания всего объёма. Поэтому окраска появляется не только там, где сначала находилась капля.
Если сложить объёмы воды и спирта, можно ожидать, что смесь займёт ровно столько же места. Но объём смеси иногда оказывается меньше. Объясним это изменением расположения частиц после смешивания.
Ответ: объём смеси может уменьшиться, потому что частицы воды и спирта взаимно проникают друг между другом. Часть промежутков между частицами одного вещества занимают частицы другого. Этот вывод объясняет возможное уменьшение объёма, но не означает, что оно обязательно будет одинаковым в любых условиях.
В обоих сосудах есть растворённое вещество и жидкость, поэтому частицы могут распространяться по раствору. Отличается температура, а значит, отличается интенсивность движения частиц. Сравним, как это влияет на диффузию.
Ответ: диффузия быстрее идёт в тёплом растворе. При нагревании частицы движутся интенсивнее и быстрее распространяются по жидкости. В холодном растворе диффузия тоже происходит, но обычно медленнее.
Ошибка — считать, что промежутки между частицами всегда пусты. Так думают, если представить два вещества как отдельные сплошные объёмы; при смешивании частицы одного вещества могут занять промежутки между частицами другого. Проверка: сопоставь эту идею с возможным уменьшением объёма смеси.
Ошибка — объяснять диффузию только перемешиванием или течением жидкости. Видимый поток действительно может ускорить распространение вещества, но диффузия происходит и без заметного движения всего объёма. Проверка: вспомни, как запах постепенно распространяется по комнате без вентилятора.
Ошибка — считать молекулу и атом одним и тем же. Путаница возникает потому, что оба слова называют очень маленькие частицы; однако молекула может состоять из нескольких атомов. Проверка: спроси себя, из каких частиц образована молекула, и не подменяй одно понятие другим.
Ошибка — заключать, что тело сплошное, потому что его частицы не видны. Частицы слишком малы для невооружённого глаза, и невидимость не доказывает их отсутствия. Проверка: объясни наблюдения при смешивании и диффузии с помощью частиц, а не только внешнего вида тела.
До изучения строения вещества нужно знать, что вещества имеют массу и занимают объём, а тела могут быть сделаны из разных веществ. Это помогает различать само тело и материал, из которого оно состоит. Затем можно перейти от наблюдаемых свойств тела к частицам, которые его образуют.
Представление о частицах понадобится при изучении твёрдых тел, жидкостей и газов. Оно помогает объяснять, почему эти состояния вещества по-разному сохраняют форму и занимают объём. Диффузия также связана с тепловыми явлениями: изменение температуры влияет на движение частиц и скорость смешивания веществ.
Почему тела кажутся сплошными, если они состоят из частиц?
Частицы очень малы, поэтому глаз не различает их по отдельности. Их огромное количество вместе образует тело с ровной поверхностью, и оно кажется сплошным.
Чем молекула отличается от атома?
Молекула — частица вещества, сохраняющая его химические свойства, и она может состоять из нескольких атомов. Атом — частица, из которой образуются молекулы; атомы разных видов входят в состав разных веществ.
Откуда известно, что между частицами есть промежутки?
Это подтверждают опыты со смешиванием веществ: объём смеси иногда меньше суммы первоначальных объёмов. Такое наблюдение объясняют тем, что частицы одного вещества занимают промежутки между частицами другого.
Почему запах распространяется по комнате?
Частицы пахучего вещества непрерывно движутся и проникают между частицами воздуха. Так происходит диффузия, благодаря которой запах постепенно распространяется по комнате.
Почему в тёплой воде вещества смешиваются быстрее?
При более высокой температуре частицы движутся интенсивнее. Поэтому они быстрее распространяются и взаимно проникают друг между другом, а диффузия идёт быстрее.
§ 2. Сплошные ли тела?
