3. Атомно-молекулярное учение

Определения и обозначения

Атомно-молекулярное учение — представление о том, что вещества состоят из частиц, которые движутся и взаимодействуют. Оно помогает объяснять свойства веществ не только на видимом уровне, но и через поведение их мельчайших частиц. С его помощью можно понять, почему вещества смешиваются и из чего складываются молекулы.

Атом — мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства. Иными словами, атомы одного элемента относятся к одному виду, а их обозначения используют в химических формулах. Это определение нужно, чтобы различать элементы и понимать, из каких частей построены молекулы.

Молекула — частица вещества, состоящая из атомов и сохраняющая основные химические свойства этого вещества. В молекуле может быть несколько атомов, и их сочетание влияет на свойства вещества. Понятие молекулы помогает описывать состав вещества и записывать его формулой.

Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого вследствие их движения. Например, так постепенно распространяются в воздухе частицы запаха. Это понятие связывает наблюдаемое смешивание веществ с движением невидимых частиц.

Как это устроено

Вещества состоят из частиц, но устроены не все одинаково: одни образованы молекулами, другие — атомами или иными частицами. Это связано с тем, что частицы могут объединяться разными способами. Поэтому для описания любого вещества сначала выясняют, какие именно частицы входят в его состав.

Молекула образуется из атомов, соединённых в определённом составе. Например, каждая молекула воды включает два атома водорода и один атом кислорода. Если изменить вид или число атомов, получится другая молекула и, как правило, другое вещество. Поэтому запись состава молекулы сообщает не только названия элементов, но и количество их атомов.

Частицы вещества непрерывно и беспорядочно движутся, даже если само вещество кажется неподвижным. В газе частицы свободно перемещаются, а в твёрдом теле обычно колеблются около своих положений. Нагревание передаёт частицам энергию, поэтому их движение становится интенсивнее. Так объясняется, почему многие процессы идут быстрее при более высокой температуре.

Между частицами есть промежутки, иначе частицы не могли бы менять взаимное расположение и смешиваться. При этом они не существуют совершенно отдельно друг от друга: частицы взаимодействуют, то есть могут притягиваться и отталкиваться. На очень малых расстояниях обычно заметно отталкивание, а на некотором удалении — притяжение. Результат взаимодействия зависит от расстояния между частицами.

Диффузия возникает потому, что движущиеся частицы одного вещества постепенно оказываются среди частиц другого. Это не означает, что одни частицы проталкивают другие: перемешивание происходит из-за их собственного движения. При нагревании частицы движутся интенсивнее, поэтому диффузия обычно ускоряется. В более плотной среде распространение часто идёт медленнее, потому что частицам труднее перемещаться между соседними частицами.

Частицы вещества и их свойства

Сравнивайте атом и молекулу по тому, что представляет собой каждая частица и из чего она состоит. Затем отметьте, свойства чего она сохраняет: химического элемента или вещества. Примеры помогают проверить, правильно ли вы применяете различие.

Разбор задач

Капля чернил постепенно окрашивает воду даже без перемешивания. Нужно объяснить, как частицы чернил распространяются в воде. Используем представление о том, что частицы непрерывно движутся и могут проникать между частицами другой среды.

1. В капле есть частицы вещества, которое придаёт воде цвет.
2. Частицы чернил движутся беспорядочно и постепенно перемещаются из области, где их много, в соседние области.
3. Они оказываются между частицами воды и распространяются по всему стакану; это явление называется диффузией.

Ответ: вода окрашивается из-за диффузии частиц чернил, происходящей при их непрерывном движении. Перемешивание ускорило бы распространение, но для него не обязательно.

В стаканах с холодной и тёплой водой растворили одинаковые капли красителя. Определим, где окрашивание пойдёт быстрее. Сравним не количество красителя, а движение частиц при разных температурах.

1. В обоих стаканах частицы красителя и воды движутся.
2. В тёплой воде частицы движутся интенсивнее, чем в холодной.
3. Из-за более интенсивного движения частицы красителя быстрее распространяются среди частиц воды.

Ответ: быстрее окрашивается тёплая вода, потому что при повышении температуры диффузия обычно ускоряется.

Одна молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Найдём, сколько атомов каждого вида содержится в пяти молекулах. Умножим число атомов в одной молекуле на число молекул.

1. В одной молекуле два атома водорода, значит, в пяти: 2 × 5 = 10.
2. В одной молекуле один атом кислорода, значит, в пяти: 1 × 5 = 5.
3. Всего атомов: 10 + 5 = 15.

Ответ: 10 атомов водорода и 5 атомов кислорода, всего 15 атомов.

Типичные ошибки

Ошибка — считать атом и молекулу одним и тем же. Так можно подумать, потому что оба понятия называют очень маленькие частицы, но молекула может состоять из нескольких атомов. Проверьте себя вопросом: указано ли, из каких атомов составлена частица?

Ошибка — представлять частицы неподвижными и считать, что они начинают двигаться только при нагревании. Нагревание усиливает движение, но не создаёт его с нуля. Чтобы проверить себя, вспомните: диффузия может происходить и в холодной воде, хотя медленнее.

Ошибка — думать, что при диффузии частицы одного вещества проталкивают частицы другого. Такое объяснение не учитывает беспорядочное движение всех частиц. Проверьте себя: диффузия идёт и без внешнего перемешивания, потому что частицы сами перемещаются.

Ошибка — считать, что частицы не взаимодействуют. Их притяжение и отталкивание зависят от расстояния, поэтому частицы не просто разлетаются независимо друг от друга. Чтобы проверить себя, вспомните, что взаимодействием объясняют, в частности, сохранение частиц рядом в веществе.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что вещества отличаются составом и свойствами, а химические элементы обозначают символами. Эти знания позволяют называть атомы и понимать записи состава молекул. Без них формулы выглядели бы лишь набором букв и цифр.

Атомно-молекулярное учение пригодится при изучении химических формул и состава веществ. Формула показывает, атомы каких элементов и в каком количестве входят в молекулу. Это позволяет сравнивать вещества и выполнять расчёты по их составу.

Представление о движении частиц помогает объяснять агрегатные состояния и физические явления. Например, испарение связано с уходом частиц с поверхности жидкости, а растворение — с перемешиванием частиц растворителя и растворяемого вещества. Так одна модель связывает повседневные наблюдения с устройством вещества.

Что запомнить

• Вещества состоят из частиц.
• Молекулы состоят из атомов.
• Частицы непрерывно и беспорядочно движутся.
• Между частицами есть промежутки.
• Частицы взаимодействуют: притягиваются и отталкиваются.
• Диффузия — следствие движения частиц.
• При повышении температуры диффузия обычно ускоряется.