§ 2. ПОЧАТКОВІ ВІДОМОСТІ ПРО БУДОВУ РЕЧОВИНИ. МОЛЕКУЛИ. АТОМИ. 

Молекули не тільки притягаються одна до одної, але й відштовхуються (зазвичай у рідинах і твердих тілах притягання врівноважується відштовхуванням, але якщо стиснути рідину або тверде тіло, то відстань між молекулами зменшиться й міжмолекулярне відштовхування стане сильнішим, ніж притягання). 

Основні положення молекулярної теорії:

1. Усі речовини складаються з частинок — молекул, атомів, йонів; між частинками є проміжки.

2. Частинки речовини перебувають у безперервному безладному (хаотичному) русі (такий рух називають тепловим).

3. Частинки взаємодіють одна з одною (притягуються та відштовхуються, взаємодія частинок виявляється на відстанях, які можна порівняти з розмірами самих молекул, атомів, йонів).

Контрольні запитання. 

1. Скільки видів атомів відомі науці? 

Атоми мають спеціальні назви та символи для позначення, наприклад гідроген (H), Оксиген (O), карбон (C), Сульфур (S). Зараз науці відомі 118 різних видів атомів. 

2. Чим пояснюється той факт, що існують мільйони різних речовин? 

Речовини здебільшого складаються з молекул. Кожна нова молекула (нова комбінація атомів) відповідає новій речовині (таким чином, із 118 видів атомів можна скласти мільйони різноманітних молекул і, відповідно, отримати мільйони різноманітних речовин).

3. Що ви знаєте про розмір атомів і молекул? 

Світ молекул, атомів і їхніх складників називають мікросвітом. Характеризуючи надзвичайно малі об'єкти мікросвіту, для короткого запису вчені використовують стандартний вигляд числа (запис числа у вигляді добутку a•10ⁿ, де 1 < a < 10, n — ціле число, яке називають порядком числа). Розмір атома приблизно дорівнює 0,000 000 0001 м, або 1 • 10^-10 м. Розмір молекули приблизно дорівнює сумарним розмірам усіх атомів. Побачити окремі атоми та молекули можна під електронним мікроскопом.

Атом (у перекладі з грецької це слово означає «неподільний») являє собою ядро, оточене легкими частинками — електронами (відстань від ядра до електронів перевищує розмір ядра в 100 000 разів). Внутрішню будову атома наочно описати неможливо, тому для пояснення процесів, які відбуваються в атомі, створено його фізичні моделі (наприклад планетарну модель атома).

Електрони можуть залишати одні атоми та приєднуватися до інших. Якщо атом втратив один або кілька електронів, то атом перетворюється на позитивний йон. Якщо ж до атома приєднались один або кілька електронів, то атом перетворюється на негативний йон.

4. Як можна довести, що між частинками речовини існують проміжки? 

Якщо змішати 100 мл води та 100 мл спирту, об'єм суміші буде меншим, ніж 200 мл (це пояснюється тим, що між молекулами, атомами, йонами існують проміжки, і в ході змішування двох рідин молекули води потрапляють у проміжки між молекулами спирту, тому загальний об'єм суміші стає меншим, ніж сума об'ємів води та спирту). Цей дослід добре моделюється за допомогою змішування пшона та гороху.

5. Що називають тепловим рухом? 

Безперервний хаотичний рух частинок речовини називають тепловим рухом, оскільки збільшення (зменшення) температури речовини спричиняє збільшення (зменшення) середньої швидкості руху її частинок. Одним із доказів руху молекул (атомів, йонів) є дифузія. 

6. Дайте визначення дифузії. 

Дифузія (від латин. diffusio — поширення, розтікання) – процес взаємного проникнення частин однієї речовини в проміжки між частинами іншої речовини, внаслідок чого відбувається самовільне перемішування дотичних речовин (процес взаємного перемішування речовин, який відбувається внаслідок теплового руху молекул).

Дослід. У прозору посудину з чистою водою обережно налити мідний купорос так, щоб рідини не змішалися; спочатку спостерігається чітка межу між водою і розчином; залишивши посудину в спокої на кілька днів, видно, що вся рідина в посудині набула бірюзового кольору (причиною дифузії є безперервний хаотичний рух частинок речовини, завдяки такому рухові речовини перемішуються без жодного зовнішнього втручання).

7f_s_u2015_02_01

7. Наведіть приклади дифузії. 

Розчинення цукру, солі у рідині. 

8. Чому тверді тіла та рідини не розпадаються на окремі частинки? 

Завдяки міжмолекулярному притяганню тверді тіла зберігають свою форму, рідина збирається в краплини, клей прилипає до паперу, розтягнута пружина набуває вихідної форми.

9. За яких умов притягання між молекулами (атомами, йонами) стає помітним?

Міжмолекулярне притягання стає помітним тільки на дуже малих відстанях — таких, які можна порівняти з розмірами самих частинок (коли ми притискаємо один до одного уламки чашки, то на зазначені відстані зближується тільки дуже мала кількість молекул, а відстань між більшою їх частиною залишається такою, що молекули майже не взаємодіють).

Вправа № 2

1. У дві склянки з водою одночасно опустили по однаковому шматочку цукру. У якій склянці початкова температура води була вищою? Обґрунтуйте свою відповідь.

У другій склянці грудочка менших розмірів, тобто дифузія відбувається швидше, отже, можна стверджувати, що початкова температура була вища у другій склянці.

2. Чи можемо ми змінити об'єм тіла, не змінюючи кількості молекул у ньому? якщо так, то як це зробити?

Так, якщо нагріти або охолодити.

3. Чому для того, щоб розірвати нитку, потрібно докласти зусиль?

Нитка – тіло у твердому стані, сильно діють міжмолекулярні сили притягування, наявна кристалічна решітка, тому потрібно докласти зусиль.

4 Чи можна, на вашу думку, наведене нижче твердження вважати істинним? Із двох уламків лінійки неможливо без сторонніх засобів отримати єдине ціле, оскільки між молекулами лінійки діють сили відштовхування. Відповідь обґрунтуйте.

Сили відштовхування діють на відстанях, що менші за розміри самих молекул. Як би ми не складали уламки, відстань між ними завжди дуже велика, тому  мова не може йти про сили відштовхування. Справа в тому, що на таких відстанях мова йде про сили притягування. При прикладанні уламків лінійки  відстань між більшою їх частиною залишається такою, що молекули майже не взаємодіють.

5 Подайте у стандартному вигляді числа: 10 000 000; 0,000 001; 5000; 0,000 003.

10⁷, 10^-6, 5•10³, 3•10^-6

6 Обчисліть, скільки приблизно молекул можна розмістити вздовж відрізка завдовжки 0,5 мм. Вважайте, що діаметр молекули дорівнює 0,000 000 0001 м.

Оскільки 1м = 1000 мм, тоді діаметр молекули 0,000 000 0001• 1000 = 0,0000001, а можна розмістити приблизно 0,5мм : 0,000 0001мм = 5000 000

Відповідь: 5000 000 молекул.

7. Площа плівки, утвореної на поверхні води краплею олії об'ємом 0,005 мм3, не може перевищувати 50 см2. Який висновок щодо розміру молекул олії випливає з цього факту?

Дано:

V = 0,005мм³

S = 50 см² = 50•1см•1см = 50•10мм•10мм=5000мм²

h - ? 

За формулою знаходження висоти h = V:S , підставимо значення h = 0,005мм³:5000мм²=0,000001м=10^-6

8. Згадайте та опишіть по два приклади спостережень і експериментів, які ви проводили у 5 або б класі. У чому, на вашу думку, полягає головна відмінність між спостереженням і експериментом?

Для експерименту висували твердження і перевіряли його в спеціальних умовах. Експерименти: перевіряли покази барометра у класі та надворі, досліджували клітини під мікроскопом, у пробірках розчиняли речовини.

Спостереження: за падолистом; за погодою.

Експериментальне завдання.

1. Розчиніть дрібку фарби у воді, налитій у прозору посудину. Відлийте трохи забарвленої води в іншу посудину та долийте туди чистої води. Порівняйте забарвлення розчину в першій і другій посудинах. Поясніть результат.

У першій посудині буде яскравіший розчин, у другій – з меншою яскравістю, оскільки було добавлена вода. 

2. Візьміть дві неглибокі тарілки. В одну налийте тонким шаром холодну воду, в другу — гарячу. За допомогою піпетки помістить у центр кожної тарілки кілька крапель міцно завареного чаю. Поясніть результат.

В другій чашці вода забарвиться швидше.

3. Використовуючи м'яку пружинку (або тонку гумову стрічку), чисту металеву (або скляну) пластинку та блюдце з водою, продемонструйте, що між молекулами води і металу (скла) існують сили притягання. Опишіть свої дії або проілюструйте їх схематичними рисунками, або зробіть фотографію пристрою.

Відеодослід. Перегляньте відеоролик і поясніть спостережуване явище.