Частицы вещества и состояние вещества

Определения и обозначения

Вещество — то, из чего состоят тела. Например, ложка и гвоздь могут быть сделаны из одного вещества — железа, хотя это разные тела. Значит, тело — отдельный предмет, а вещество — материал, из которого он изготовлен. Это различие помогает не путать предмет с тем, из чего он сделан.

Частица вещества — очень малая составляющая вещества. Частицы настолько малы, что их нельзя рассмотреть невооружённым глазом, но из них состоят все вещества вокруг нас. Они постоянно движутся, даже если тело кажется неподвижным. Представление о частицах помогает объяснять строение вещества и его свойства.

Молекула — частица вещества, которая сохраняет его химические свойства. Молекула сама состоит из ещё более мелких частиц, поэтому её нельзя считать самой маленькой возможной составляющей материи. Например, свойства вещества связаны с тем, какие молекулы его образуют. Это понятие помогает описывать состав вещества на очень малом уровне.

Агрегатное состояние — состояние вещества, определяемое расположением и движением его частиц. Различают твёрдое, жидкое и газообразное состояния. Одно и то же вещество может менять состояние, например лёд при нагревании превращается в воду. Название состояния помогает связать устройство вещества с тем, как оно ведёт себя.

Как это устроено

Многие тела выглядят сплошными: у них есть видимая поверхность, и отдельные частицы глазом не различить. Чтобы представить их устройство, учёные используют модель: мысленно считают, что вещество состоит из множества крошечных частиц. Между частицами есть промежутки, а сами частицы могут двигаться. Эта модель объясняет, как вещество устроено внутри, даже когда его нельзя рассмотреть по частям.

Тело может казаться неподвижным, потому что его форма и положение в целом не меняются. Но это не означает, что его частицы остановились: они всё время движутся. Движения отдельных частиц слишком малы, чтобы заметить их без специальных наблюдений. Поэтому неподвижность тела и движение частиц не противоречат друг другу: речь идёт о движении на разных уровнях.

В твёрдом теле частицы расположены близко друг к другу и удерживаются около определённых положений. Они движутся, но не могут свободно разлететься или перемещаться по всему телу. Поэтому частицы сохраняют своё соседство, и твёрдое тело сохраняет форму. Поскольку расстояния между частицами уже малы, изменить его объём тоже трудно.

В жидкости частицы находятся близко, как и в твёрдом теле, но могут перемещаться относительно друг друга. Из-за этого жидкость течёт и меняет форму, когда её переливают. При этом частицы остаются рядом, поэтому жидкость не растекается так, чтобы занимать весь объём любого пространства. Она сохраняет собственный объём, хотя форма у неё становится такой, как у сосуда.

В газе частицы расположены далеко друг от друга и свободно движутся в разных направлениях. Они разлетаются по доступному пространству, поэтому газ занимает весь объём сосуда, а не только его нижнюю часть. Между частицами есть большие промежутки, которые можно уменьшить при сжатии. Поэтому газ легко сжимается, а жидкости и твёрдые тела — гораздо труднее.

Частицы и свойства вещества в разных состояниях

Сравни состояния по каждому свойству в строке таблицы. Сначала посмотри, как расположены и движутся частицы, а затем свяжи это с формой, объёмом и сжимаемостью вещества. Таблица показывает общие свойства состояний, а не различия между всеми отдельными веществами.

Разбор задач

Задача 1. Объяснить с помощью модели частиц, почему твёрдое тело сохраняет форму. В ответе нужно описать не только расположение частиц, но и их движение. Затем связать эти особенности с поведением всего тела. Так будет понятно, почему тело не растекается и не принимает форму сосуда.

1. Представим частицы твёрдого тела расположенными близко друг к другу.
2. Частицы движутся около определённых положений, но не перемещаются свободно по всему телу.
3. Их взаимное расположение остаётся почти постоянным, поэтому сохраняется форма тела.

Ответ: твёрдое тело сохраняет форму, потому что его частицы расположены близко и не могут свободно перемещаться по всему телу. Их движение около определённых положений не меняет форму предмета. Поэтому тело не принимает форму сосуда, в который его поместили.

Задача 2. Воду налили в стакан, а затем перелили в сосуд другой формы. Определить, что изменилось, а что осталось прежним, и объяснить почему. Сравним форму воды до и после переливания, а затем отдельно проверим её объём. Эти свойства нельзя смешивать: жидкость может изменить одно, сохранив другое.

1. После переливания вода принимает форму нового сосуда, значит, её форма изменилась.
2. Частицы жидкости расположены близко, но могут перемещаться, поэтому вода течёт и приспосабливается к сосуду.
3. Количество воды осталось тем же, следовательно, при переливании её объём сохранился.

Ответ: форма воды изменилась, а её объём остался прежним. Подвижность частиц позволяет жидкости принимать форму сосуда. Близкое расположение частиц помогает жидкости сохранять объём.

Задача 3. Воздух в закрытом шприце сжали, передвинув поршень. Нужно объяснить, почему это получилось и что стало с расстояниями между частицами воздуха. Сначала вспомним, чем газ отличается от жидкости и твёрдого тела. Затем применим эту модель к воздуху внутри шприца.

1. В газе частицы расположены далеко друг от друга, между ними есть промежутки.
2. Когда поршень сдвигают, объём воздуха уменьшается, а частицы оказываются ближе друг к другу.
3. Сжатие возможно, потому что свободное пространство между частицами газа становится меньше.

Ответ: воздух можно сжать, потому что частицы газа разделены большими промежутками. При движении поршня расстояние между частицами уменьшается. В закрытом шприце газ занимает меньший объём, чем до сжатия.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что частицы твёрдого тела совсем не движутся. Так можно подумать, если тело не меняет форму и кажется неподвижным. Но частицы продолжают двигаться около определённых положений, просто не перемещаются свободно по всему телу. Проверь себя: если в объяснении сказано, что частицы полностью остановились, это неверно.

Ошибка: говорить, что у жидкости нет собственного объёма. Её форма действительно меняется при переливании, и из-за этого форму иногда путают с объёмом. Жидкость принимает форму сосуда, но сохраняет объём. Проверь себя, задав два отдельных вопроса: меняется ли форма и меняется ли количество занимаемого жидкостью пространства.

Ошибка: представлять частицы газа расположенными вплотную. Такое представление не объясняет, почему газ легко сжимается. Частицы газа находятся далеко друг от друга, а при сжатии промежутки между ними уменьшаются. Проверь себя: модель газа должна показывать большие расстояния между частицами.

Ошибка: путать вещество и тело. Это легко сделать, потому что в обычной речи материал и предмет часто называют вместе. Но тело — предмет с определёнными формой и размерами, а вещество — материал, из которого оно сделано. Проверь себя на примере: стакан — тело, а стекло — вещество.

Связь с другими темами

Для этой темы нужно уметь различать тело и вещество, а также замечать свойства предметов: форму, размеры и то, из какого материала они сделаны. Например, один материал может использоваться для изготовления предметов разной формы. Такое наблюдение помогает перейти от знакомых вещей к представлению об их внутреннем строении. Модель частиц объясняет то, чего нельзя увидеть непосредственно.

Представление о частицах пригодится при изучении диффузии — распространения частиц одного вещества среди частиц другого. Оно также помогает разбираться, что происходит с веществами при нагревании и охлаждении. Изменение движения частиц связано с переходами между твёрдым, жидким и газообразным состояниями. Поэтому модель частиц станет основой для понимания новых тем о свойствах веществ.

Что запомнить

• Вещества состоят из частиц.
• Частицы вещества постоянно движутся.
• В твёрдом теле частицы расположены близко и не перемещаются свободно.
• Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосуда.
• Газ занимает весь доступный объём.
• Газ легче сжать, чем жидкость или твёрдое тело.