Строение вещества

Определения и обозначения

Вещество — то, из чего состоят окружающие нас тела. Например, стакан — тело, а стекло, из которого он сделан, — вещество; стол может состоять из дерева, металла и других веществ. Это различие помогает понять, что тело имеет форму, а вещество образует его.

Молекула — очень маленькая частица вещества, сохраняющая его основные свойства. Например, молекулы воды входят в состав каждой капли, а молекулы воздуха находятся вокруг нас. Поэтому капля или пузырёк воздуха не являются одной молекулой: они содержат огромное число частиц.

Атом — частица, из которой состоят молекулы и некоторые вещества. Молекулу можно представить как соединение нескольких атомов, подобно маленькой сборке из деталей. Знание об атомах помогает объяснить, из каких ещё более мелких частей образованы молекулы.

Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого. Если капнуть чернила в воду, их частицы постепенно распространятся по всему стакану даже без помешивания. Это понятие нужно, чтобы объяснить смешивание веществ и распространение запахов.

Как это устроено

Все вещества состоят из мельчайших частиц, хотя сами частицы не видны невооружённым глазом. Капля воды кажется однородной, потому что отдельных молекул в ней слишком много, а каждая из них слишком мала. Поэтому свойства всего вещества проявляются как общий результат поведения огромного числа частиц.

Частицы вещества непрерывно движутся. В газе они летят в разных направлениях и сталкиваются, а в жидкости перемещаются между соседними частицами. Из-за этого частицы запаха разносятся по комнате, а частицы одной жидкости постепенно проникают между частицами другой.

Между частицами есть промежутки, хотя они очень малы. Когда газ сжимают, его частицы можно приблизить, потому что свободного пространства между ними много; у жидкости такое сжатие заметно слабее. Жидкость принимает форму сосуда, поскольку её частицы могут перемещаться и занимать доступное место.

Частицы притягиваются друг к другу, но их движение не даёт им постоянно слиться в одну неподвижную массу. В твёрдом теле притяжение удерживает частицы около определённых мест, а в жидкости и газе движение позволяет им расходиться. От соотношения притяжения, движения и промежутков зависят форма тела и способность вещества течь.

В твёрдом, жидком и газообразном состояниях частицы устроены и движутся по-разному. Поэтому твёрдое тело сохраняет форму, жидкость сохраняет в основном объём, а газ не сохраняет ни форму, ни собственный объём. При нагревании или охлаждении движение частиц и расстояния между ними могут изменяться, вызывая переход вещества в другое состояние.

Частицы и свойства вещества в разных состояниях

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите состояние вещества, а затем сравните расстояния между частицами и характер их движения. Последний столбец показывает, как внутреннее строение проявляется в наблюдаемом свойстве вещества.

Разбор задач

Чернила в стакане воды

Условие: в стакан с водой капнули чернила. Нужно объяснить, почему вода постепенно окрашивается без перемешивания.

1. Чернила состоят из частиц, а вода — из своих частиц.
2. Частицы обоих веществ непрерывно движутся и сталкиваются.
3. Частицы чернил проникают в промежутки между частицами воды, поэтому постепенно распространяются по всему стакану.

Ответ: вода окрашивается из-за диффузии — взаимного проникновения движущихся частиц чернил и воды.

Запах духов в комнате

Условие: запах духов ощущается в разных местах комнаты. Нужно определить, как частицы запаха туда попадают.

1. Духи испаряются, и их частицы смешиваются с частицами воздуха.
2. Частицы газа движутся во всех направлениях и сталкиваются друг с другом.
3. Поэтому частицы пахучего вещества постепенно достигают участков комнаты, удалённых от флакона.

Ответ: запах распространяется благодаря движению частиц и диффузии в воздухе.

Камень, вода и воздух

Условие: нужно сравнить, почему камень сохраняет форму, вода принимает форму сосуда, а воздух заполняет его.

1. В камне частицы расположены близко и удерживаются притяжением около определённых мест, поэтому камень сохраняет форму.
2. В воде частицы близки, но могут перемещаться друг относительно друга, поэтому вода течёт и принимает форму сосуда.
3. В воздухе частицы находятся далеко и свободно движутся, поэтому газ распространяется по всему доступному пространству.

Ответ: различия объясняются расположением и движением частиц в твёрдом, жидком и газообразном состояниях.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что между частицами нет промежутков. Так думают, потому что вещество кажется сплошным; проверить себя можно вопросом: почему газ удаётся сжать?

Ошибка: представлять частицы неподвижными. Такое представление возникает, когда мы не видим их движения, но в твёрдом теле частицы колеблются около своих мест.

Ошибка: путать молекулу с видимой каплей или крупинкой. Капля содержит огромное количество молекул, поэтому молекула намного меньше любого видимого кусочка вещества.

Ошибка: объяснять диффузию только перемешиванием. Внешнее помешивание ускоряет смешивание, но диффузия происходит и без него благодаря непрерывному движению частиц.

Связь с другими темами

До изучения строения вещества полезно различать тело и вещество. Тогда легче понять, что тело — отдельный предмет, а вещество — материал, из которого он состоит.

Представления о частицах помогают объяснить нагревание и охлаждение, испарение, плавление и другие изменения состояния. При таких процессах меняются движение частиц и расстояния между ними.

Понимание диффузии пригодится при изучении смешивания веществ и распространения запахов и газов. Оно помогает объяснять наблюдения из быта без предположения о невидимом перемешивании рукой.

Что запомнить

• Все вещества состоят из частиц.
• Молекулы состоят из атомов.
• Частицы непрерывно движутся.
• Между частицами есть промежутки.
• Частицы взаимодействуют друг с другом.
• Строение и движение частиц помогают объяснить свойства твёрдых тел, жидкостей и газов.