§ 8. Молекулы. Атомно-молекулярная теория

Определения и обозначения

Молекула — частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Она состоит из одного или нескольких атомов, соединённых между собой. Это понятие помогает объяснить, почему очень маленькие частицы вещества ведут себя как само вещество.

Атом — наименьшая частица химического элемента. Атомы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра и сходные химические признаки. Знание об атомах нужно, чтобы понимать, из каких «строительных деталей» складываются молекулы.

Атомно-молекулярное учение — представление о том, что вещества состоят из частиц, находящихся в непрерывном движении. Частицы могут притягиваться, отталкиваться и сталкиваться. Это учение связывает невидимое движение частиц с наблюдаемыми свойствами веществ.

Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Элемент не является отдельным кусочком вещества: это характеристика определённых атомов. Например, кислород как элемент — вид атомов, а кислород O₂ — простое вещество, состоящее из таких атомов.

Как это устроено

Вещество и его частицы — не одно и то же. Кусок железа или капля воды можно наблюдать непосредственно, а отдельные атомы и молекулы слишком малы для обычного зрения. Однако именно частицы объясняют состав вещества и его свойства: размеры, запах, растворимость и способность вступать в реакции.

Молекула образуется из атомов, соединённых в определённом порядке. Виды атомов и их количество задают состав молекулы, поэтому записываются химической формулой. Например, H₂O означает, что в каждой молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода.

Молекулы простого вещества состоят из атомов одного химического элемента. Так, O₂ содержит только атомы кислорода, хотя их два. В молекуле сложного вещества соединены атомы разных элементов, как в CO₂, где есть углерод и кислород.

Атомно-молекулярное учение утверждает, что между частицами существуют промежутки, а сами частицы постоянно движутся. При нагревании движение обычно усиливается, потому что частицы получают больше энергии. Взаимодействие частиц и расстояния между ними помогают объяснить различия между твёрдыми телами, жидкостями и газами.

Диффузия — самопроизвольное проникновение частиц одного вещества между частицами другого. Например, краситель постепенно распределяется в воде даже без перемешивания, потому что его частицы движутся в разных направлениях и сталкиваются с частицами воды. Чем выше температура, тем обычно быстрее идёт такое смешивание.

Частицы вещества и их характеристики

Сначала определите, о какой частице спрашивается: об отдельном атоме или о соединении атомов. Затем проверьте, относится ли пример к элементу, простому веществу или сложному веществу. Формула молекулы помогает быстро установить её состав.

Разбор задач

Задача 1

Укажите, из атомов каких элементов состоит молекула воды H₂O и сколько атомов каждого вида в ней содержится.

1. Найдём символы элементов в формуле: H — водород, O — кислород.
2. Индекс ₂ после H означает два атома водорода.
3. После O индекса нет, значит, кислород представлен одним атомом.

Ответ: молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Задача 2

Сравните состав молекул O₂ и CO₂: назовите элементы и число атомов каждого элемента.

1. В O₂ встречается только символ O, поэтому это молекула простого вещества.
2. Индекс ₂ показывает, что в ней два атома кислорода.
3. В CO₂ есть C — углерод и O — кислород; отсутствие индекса у C означает один атом, а индекс ₂ у O — два атома.

Ответ: O₂ содержит два атома кислорода; CO₂ содержит один атом углерода и два атома кислорода. O₂ — простое вещество, а CO₂ — сложное.

Задача 3

При соединении растворов красителя и воды окраска постепенно распространяется по всему объёму. Объясните это явление с позиций атомно-молекулярного учения.

1. Раствор красителя и вода состоят из частиц, между которыми есть промежутки.
2. Частицы непрерывно движутся в разных направлениях и сталкиваются друг с другом.
3. Поэтому частицы красителя постепенно проникают между частицами воды, пока распределение не станет более равномерным.

Ответ: наблюдается диффузия — самопроизвольное смешивание веществ благодаря непрерывному движению их частиц.

Типичные ошибки

Ошибка: считать атом и молекулу одним и тем же. Атом может быть частью молекулы, тогда как молекула представляет собой соединение одного или нескольких атомов. Проверьте себя вопросом: можно ли назвать частицу составленной из нескольких атомов?

Ошибка: путать химический элемент и простое вещество. Элемент обозначает вид атомов, а вещество — конкретный материал, состоящий из частиц. Для проверки спросите себя, говорится ли о типе атомов или о том, что можно получить и наблюдать.

Ошибка: думать, что молекулы неподвижны, если вещество выглядит спокойным. Их движение невидимо из-за малых размеров частиц, но оно не прекращается. Вспомните диффузию: самопроизвольное смешивание невозможно без движения.

Ошибка: читать индекс как заряд или число молекул. Индекс показывает количество атомов данного элемента в одной молекуле, например O₂ — два атома кислорода. Число молекул обычно указывают отдельным коэффициентом перед формулой.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать химические символы элементов и понимать, что элементы различаются составом и строением атомов. Эти обозначения позволяют читать формулы молекул и определять состав веществ.

Представление о частицах помогает объяснить диффузию, различия между агрегатными состояниями и изменения веществ при химических реакциях. В следующих темах движение и взаимодействие частиц будут связываться с температурой, растворением и образованием новых веществ.

Что запомнить

• Вещества состоят из частиц — атомов и молекул.
• Молекула состоит из одного или нескольких атомов.
• Химический элемент — вид атомов, а не отдельное вещество.
• Формула показывает, какие атомы и в каком количестве входят в молекулу.
• Частицы вещества непрерывно движутся и взаимодействуют.
• Диффузия служит наблюдаемым подтверждением движения частиц.