Строение вещества и опыты, доказывающие его дискретность

Главная мысль урока

Любое вещество состоит из очень маленьких частиц: атомов, молекул или ионов. Между частицами есть промежутки, сами частицы непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. Это называют дискретным строением вещества: вещество не является сплошным и однородным «без пустот».

Частицы вещества

Атом — мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства.

Молекула — частица вещества, состоящая из одного или нескольких атомов и сохраняющая химические свойства этого вещества.

Ионы — электрически заряженные частицы; они могут входить в состав растворов и кристаллов.

Для объяснения явлений важно не рисовать частицы в настоящем масштабе. В моделях их изображают кружками или шариками, сильно увеличивая и сами частицы, и расстояния между ними.

Масса тела складывается из масс его частиц:

где \(N\) — число одинаковых частиц, а \(m_0\) — масса одной частицы. В обычном теле частиц настолько много, что сосчитать их по одной невозможно.

Почему вещество нельзя считать сплошным

Если бы частицы вещества были расположены без промежутков, тела нельзя было бы сжимать. Но воздух в насосе сжимается, а жидкость при очень большом давлении тоже немного уменьшает объём. Значит, между частицами есть расстояния.

Промежутки особенно заметны в газах. Поэтому газ легко сжать и он заполняет весь предоставленный ему объём. В жидкостях частицы расположены ближе, поэтому жидкость почти не сжимается и сохраняет объём. В твёрдых телах частицы находятся ещё ближе и только колеблются около своих положений, поэтому твёрдое тело сохраняет и форму, и объём.

Опыты и наблюдения

Сжатие воздуха в шприце

Закройте пальцем отверстие шприца и медленно надавите на поршень. Воздух внутри можно сжать: поршень переместится. Объяснение — расстояния между молекулами воздуха уменьшаются.

Не пытайтесь сильно сжимать шприц с водой. Вода сжимается намного слабее, а излишнее давление может привести к разбрызгиванию.

Растворение сахара или соли

Если растворить сахар в воде, он перестаёт быть виден, но вода становится сладкой. Частицы сахара не исчезают: они распределяются среди частиц воды. Объём раствора обычно оказывается меньше простой суммы исходных объёмов, потому что частицы одного вещества частично занимают промежутки между частицами другого.

Например, если смешать \(50\ мл\) воды и \(50\ мл\) спирта, полученный объём не обязан быть ровно \(100\ мл\). Это не потеря вещества, а следствие расположения частиц.

Запах распространяется по комнате

Запах духов постепенно ощущается не только рядом с открытым флаконом. Частицы вещества переходят в воздух и перемещаются между частицами воздуха. Такое самопроизвольное смешивание веществ называют диффузией.

Диффузия происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах, но быстрее всего — в газах. При повышении температуры движение частиц становится более интенсивным, поэтому диффузия обычно ускоряется.

Взаимодействие частиц

Частицы не только движутся, но и взаимодействуют: на небольших расстояниях притягиваются, а при очень сильном сближении отталкиваются.

Притяжением частиц объясняют, почему капли воды держатся вместе. Отталкиванием объясняют, почему твёрдое тело не удаётся сжать до нулевого объёма.

Модель частиц помогает не просто запомнить свойства веществ, а объяснить их:

1. газ легко сжать — в нём большие промежутки;
2. жидкость течёт — её частицы могут перемещаться друг относительно друга;
3. твёрдое тело сохраняет форму — частицы удерживаются около определённых положений;
4. запах распространяется — частицы движутся и смешиваются с воздухом.

Разберём пример

Два ученика спорят. Первый утверждает: «После растворения соли в воде соль исчезает». Второй говорит: «Соль остаётся в воде, но её частицы стали слишком маленькими, чтобы их увидеть».

Верно второе объяснение. Вкус раствора и возможность получить кристаллы соли после испарения воды показывают, что вещество сохранилось. Изменилось расположение частиц, а не исчезло само вещество.

Задания

1. Что означает утверждение «вещество имеет дискретное строение»?
2. Почему воздух в шприце сжимается легче, чем вода?
3. Какой опыт подтверждает, что между частицами есть промежутки? Опишите его результат.
4. Почему после растворения сахара вода становится сладкой, хотя кристаллов не видно?
5. Расположите по скорости диффузии: твёрдое тело, жидкость, газ. Объясните порядок.
6. Объясните с точки зрения строения вещества, почему запах духов со временем ощущается в другой части комнаты.
7. В стакан налили \(50\ мл\) воды и \(50\ мл\) спирта. Почему нельзя заранее утверждать, что объём смеси будет точно \(100\ мл\)?

Итог

• Вещества состоят из отдельных частиц: атомов, молекул или ионов.
• Между частицами существуют промежутки, а сами частицы движутся и взаимодействуют.
• Сжатие газа, растворение веществ и диффузия подтверждают дискретное строение вещества.
• Модель частиц объясняет различия между твёрдыми телами, жидкостями и газами.