"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Атомно-молекулярное учение объясняет, из каких частиц состоят вещества и почему они ведут себя по-разному. Атомы образуют молекулы, частицы непрерывно движутся и разделены промежутками. Эти положения помогают понять распространение запахов и диффузию, различать простые и сложные вещества, читать химические формулы. При химических превращениях атомы не исчезают, а соединяются и перегруппировываются.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атом — мельчайшая электрически нейтральная частица химического элемента. Атомы одного элемента имеют общие признаки, а от атомов других элементов отличаются; например, атомы кислорода не такие, как атомы водорода. Это понятие помогает понять, какие частицы входят в состав вещества и какие элементы оно содержит.
Молекула — частица вещества, состоящая из атомов и сохраняющая его химические свойства. Она может быть образована одинаковыми атомами, как молекула кислорода O₂, или разными, как молекула воды H₂O. Понятие молекулы нужно, чтобы описывать состав вещества на уровне частиц.
Атомно-молекулярное учение — представление о том, что вещества состоят из частиц, в том числе атомов и молекул. Его основные положения: частицы непрерывно движутся, между ними есть промежутки, молекулы состоят из атомов, а при химических превращениях атомы перегруппировываются. С помощью этих положений объясняют свойства веществ и происходящие с ними изменения.
Простое вещество состоит из атомов одного химического элемента, а сложное — из атомов разных элементов. Например, кислород O₂ — простое вещество, а углекислый газ CO₂ — сложное. Различать их нужно, чтобы правильно описывать состав веществ по химической формуле.
Вещество можно представить как множество частиц, образованных атомами химических элементов. Поэтому состав вещества связан с тем, атомы каких элементов и в каком количестве входят в его частицы. При этом свойства сложного вещества не равны простой сумме свойств элементов: например, углекислый газ CO₂ и кислород O₂ — разные вещества, хотя оба содержат кислород. Свойства зависят от состава и строения частиц, а не только от свойств отдельных атомов.
Частицы вещества непрерывно движутся, хотя не всегда можно заметить это движение напрямую. Его существование выдают наблюдаемые явления: запах духов постепенно доходит до разных частей комнаты, а капля чернил окрашивает воду. В обоих случаях частицы одного вещества перемещаются среди частиц другого и смешиваются с ними. Такое взаимное проникновение частиц называют диффузией.
Между частицами есть промежутки, но их размер зависит от агрегатного состояния вещества. В газе частицы находятся значительно дальше друг от друга, чем в жидкости или твёрдом теле, и могут свободно перемещаться. В жидкостях частицы расположены ближе, но могут менять соседей; в твёрдых телах они удерживаются около постоянных положений. Различия в расстояниях и подвижности частиц помогают объяснить, почему вещества сохраняют разную форму и занимают разный объём.
Температура связана с интенсивностью движения частиц: при нагревании оно обычно становится быстрее. Поэтому частицам нужно меньше времени, чтобы перемешаться, и диффузия ускоряется. Например, окраска чернил в тёплой воде обычно распространяется быстрее, чем в холодной. Это не означает, что частицы при нагревании становятся другими: меняется интенсивность их движения.
Атомы соединяются друг с другом и образуют молекулы; число и виды атомов в каждой молекуле отражены в химической формуле. Формула показывает качественный состав — какие элементы входят в вещество, — и количественный состав молекулы: сколько атомов каждого элемента в ней есть. Например, в CO₂ символ C без индекса означает один атом углерода, а индекс ₂ после O — два атома кислорода. При химических превращениях старые сочетания атомов меняются на новые, но сами атомы сохраняются.
| Положение | Что оно означает | Пример или подтверждение |
|---|---|---|
| Вещества состоят из частиц | Вещество образовано мельчайшими частицами, а не является сплошным на уровне строения. | Состав веществ описывают через атомы и молекулы. |
| Частицы находятся в непрерывном движении | Частицы движутся даже тогда, когда предмет кажется неподвижным. | Диффузия чернил в воде и распространение запаха. |
| Между частицами есть промежутки | Частицы разделены расстояниями, которые зависят от состояния вещества. | В газах частицы расположены намного дальше друг от друга, чем в жидкостях и твёрдых телах. |
| Молекулы состоят из атомов | Молекула образуется из одного или нескольких атомов. | O₂ включает два атома кислорода, H₂O — два атома водорода и один атом кислорода. |
| При химических превращениях атомы перегруппировываются | Атомы сохраняются, но могут образовать новые сочетания. | В ходе реакции исходные вещества превращаются в новые. |
Таблица сводит основные положения учения и показывает, какое наблюдение или пример помогает их понять. Используй её как проверку: объясняя явление, назови частицы и укажи, что именно они делают. Так проще связать наблюдение с представлением о строении вещества.
Каплю чернил добавили в стакан воды. Объясним, почему со временем вода окрашивается не только рядом с каплей, но и по всему стакану.
Сначала определим, какие частицы участвуют в явлении: частицы чернил и частицы воды. Чернила не исчезают, а распределяются среди частиц воды. Значит, нужно объяснить их перемешивание.
Частицы воды и чернил непрерывно движутся. Из-за этого частицы чернил постепенно переходят в разные участки жидкости и смешиваются с водой. Такой процесс взаимного проникновения частиц называется диффузией.
По мере движения частиц окрашенная область становится шире, пока окраска не распространится по всему стакану. Если воду перемешать ложкой, распределение ускорится, но движение частиц происходит и без перемешивания. Это подтверждает, что частицы не неподвижны.
Ответ: окраска распространяется из-за непрерывного движения частиц чернил и воды и их взаимного проникновения.
Запах духов постепенно ощущается в разных частях комнаты. Нужно назвать причину явления и предсказать, что изменится при повышении температуры.
Духи выделяют пахучие частицы, которые попадают в воздух. Газовые частицы способны перемещаться по комнате и смешиваться с частицами воздуха. Поэтому запах со временем достигает удалённых мест.
Распространение происходит благодаря диффузии — взаимному проникновению частиц разных веществ. Запах становится заметен там, куда дошли частицы духов. Это не мгновенное перемещение всех частиц в одну точку, а постепенное смешивание.
При повышении температуры движение частиц обычно становится интенсивнее. Следовательно, частицы духов быстрее перемешиваются с воздухом, и запах распространяется быстрее. На скорость влияют и другие условия, но для сравнения температур достаточно учесть изменение движения.
Ответ: запах распространяется из-за движения частиц духов и воздуха; при повышении температуры диффузия обычно ускоряется.
В молекуле углекислого газа CO₂ один атом углерода и два атома кислорода. Определим, простое это вещество или сложное, прочитав формулу.
Найдём символы элементов в формуле: C обозначает углерод, O — кислород. Значит, в составе указаны два разных химических элемента. Индекс ₂ сообщает, что атомов кислорода два.
По определению простое вещество состоит из атомов одного элемента, а сложное — из атомов разных элементов. В CO₂ есть и углерод, и кислород, поэтому формула соответствует сложному веществу. Отсутствие индекса после C означает один атом углерода.
Ответ: CO₂ — сложное вещество, потому что его молекула состоит из атомов двух разных химических элементов: углерода и кислорода.
Ошибка — считать, что между частицами вещества нет промежутков. Так происходит потому, что на обычном уровне предмет выглядит сплошным, но это впечатление нельзя напрямую переносить на строение частиц. Проверь себя: учение допускает промежутки, а в газе расстояния между частицами особенно велики.
Ошибка — представлять частицы неподвижными, особенно в твёрдом теле. Твёрдый предмет сохраняет форму, поэтому кажется, будто его частицы совсем не движутся. На самом деле они колеблются около постоянных положений; вспомни, что непрерывное движение частиц — одно из положений учения.
Ошибка — путать атом и молекулу. Атом обозначает частицу химического элемента, а молекула — частицу вещества, состоящую из атомов; это разные понятия, хотя молекула образуется из атомов. Проверка простая: посмотри, говорится ли об отдельном элементе или о частице вещества из одного или нескольких атомов.
Ошибка — считать все молекулы простых веществ одноатомными. Так можно подумать, если принять слово «простое» за указание на число атомов, хотя оно сообщает только, что атомы принадлежат одному элементу. Проверь формулу: O₂ — простое вещество, но его молекула содержит два одинаковых атома.
Для изучения этой темы нужны понятия химического элемента, его символа и химической формулы: без них нельзя описать состав молекулы. Атомно-молекулярное учение помогает объяснять диффузию и различия между агрегатными состояниями, а также понимать, чем физическое явление отличается от химического превращения. Позже оно понадобится при изучении формул, состава веществ и уравнений реакций. В уравнении реакции именно атомы сохраняются и перегруппировываются при образовании новых веществ.
Чем атом отличается от молекулы?
Атом — частица химического элемента, а молекула — частица вещества, состоящая из атомов. Молекула может включать как один, так и несколько атомов; например, O₂ состоит из двух атомов кислорода.
Почему твёрдые тела не распадаются на отдельные частицы, если между ними есть промежутки?
Частицы твёрдого тела сильно притягиваются друг к другу, поэтому сохраняют устойчивое расположение. Промежутки между ними не означают, что частицы ничем не связаны.
Движутся ли частицы в твёрдых веществах?
Да, частицы твёрдого вещества движутся, но не перемещаются свободно по всему телу. Они колеблются около своих постоянных положений.
Почему запах распространяется по комнате?
Частицы пахучего вещества движутся и смешиваются с частицами воздуха. Постепенное взаимное проникновение частиц называется диффузией.
Как по химической формуле определить, простое вещество или сложное?
Посмотри, символы скольких химических элементов входят в формулу. Если символ один, вещество простое; если два или больше — сложное. Например, O₂ — простое, а CO₂ — сложное.
§ 8. Атомно-молекулярное учение в химии
