Інформація про новину
  • Переглядів: 185
  • Дата: 21-11-2020, 16:04
21-11-2020, 16:04

2. Начальные сведения о строении вещества. Вещество и поле

Категорія: Учебники » Физика





Попередня сторінка:  1. Физика как фундаментальная наука о п...
Наступна сторінка:   3. Основные положения атомно-молекуляр...

Окружающий нас мир материален. Материя - это все то, что реально существует в природе и может быть выявлено человеком. В настоящее время различают два вида материи - вещество и поле. Вещество состоит из маленьких частиц - молекул, которые состоят из атомов. А те, в свою очередь, состоят из электронов, протонов и нейтронов. Поле осуществляет передачу взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Поле действует на расстоянии, и его не видно. Но, например, если мы подпрыгнем, то гравитационное поле вернет нас назад.

ИСТОРИЯ ИДЕИ О НЕДЕЛИМЫХ АТОМАХ

Мыслители Древней Греции - Левкипп и Демокрит (V в. до н. э.) изложили гипотезу (догадку) о том, что вещества, из которых состоят окружающие тела, сами состоят из невидимых маленьких частиц. То есть вещество не сплошное, а имеет «зернистую» структуру и разделяется на простейшие составляющие -атомы, которые далее уже невозможно разделить («атомос» по-гречески -неделимый). Возможно, эта идея была заимствована из опыта строительства, ведь разнообразные по форме сооружения построены всего из нескольких видов кирпича.

В начале ХХ в. атомарная гипотеза была наконец математически доказана Альбертом Эйнштейном и Марианом Смолуховским, а также экспериментально обоснована Жаном Перреном.

Как видите, для установления того «простого» факта, что миллионы разных веществ состоят лишь из сотни разного «сорта» атомов, понадобилось около 2500 лет.

АТОМЫ И МОЛЕКУЛЫ

Атомы оказались не такими уж неделимыми. В 1911 г. международной группе ученых под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда удалось установить, что в центре атома есть маленькое ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Вокруг ядра с огромной скоростью вращаются электроны (рис. 2.1), подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Их масса приблизительно одинакова (нейтрон немного тяжелее). Протон обладает положительным зарядом, а нейтрон (нейтральный) - нет.

Электрон намного легче протона и нейтрона (приблизительно в 2000 раз) и обладает отрицательным зарядом. Поскольку заряды противоположных знаков притягиваются, то ядро достаточно сильно удерживает около себя электроны - то есть атомы крепкие, и разрушить их непросто.

Числовые значения зарядов протона и электрона одинаковы. Это наименьшие электрические заряды, которые существуют в природе. Их называют элементарными. Количество протонов в ядре равняется количеству электронов, которые вращаются вокруг ядра, поэтому атом в целом электрически нейтрален.

Впервые теорию, которая хорошо описывала свойства простейшего из атомов - атома Гидрогена, создал датчанин Нильс Бор. Позже с помощью квантовой физики удалось также описать свойства более сложных атомов.

Каждый атом имеет специальное наименование и обозначение (символ). Например: Гидроген (Н), Оксиген (О), Аурум (Au). Атомы разных видов отличаются своими химическими свойствами и массой. Сегодня известно118 видов атомов, но мы знаем намного больше разных веществ. Почему так? Дело в том, что вещества по большей части состоят из молекул.

Молекулой называется наименьшая частица вещества, которая имеет его основные химические свойства и состоит из атомов.

Каждая молекула - это комбинация определенных атомов. Например: молекула воды состоит из двух атомов Гидрогена и одного атома Оксигена (Н2О); молекула азота - из двух атомов Нитрогена (N2).

Есть вещества, молекулы которых состоят из очень большого количества атомов (сотни и даже тысячи). Это молекулы органических веществ. Одно из таких веществ - ДНК, молекулы которой передают наследственный код живых организмов (рис. 2.3). Внутри живой клетки ДНК содержится в свернутом состоянии. Если бы ее удалось вытянуть в линию, то она достигала бы двух метров.

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Простые вещества состоят исключительно из атомов одного химического элемента. Например: кислород состоит из двух атомов Оксигена

(02) , а озон - из трех атомов этого же Оксигена

(03) , золото - из одного атома Аурума.

В состав молекул сложных веществ входят атомы разных элементов. Например: газ метан состоит из одного атома Карбона и четырех атомов Гидрогена (СН4), вода состоит из одного атома Оксигена и двух - Гидрогена (Н2О).

ПРОМЕЖУТКИ МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ И АТОМАМИ

Между молекулами и атомами существуют промежутки. Это легко доказать, проведя опыт.

ОПЫТ 2.1

Смешайте 100 мл воды и 100 мл спирта, определите объем смеси. Объем смеси будет меньше, чем 200 мл. Это происходит потому, что при смешивании молекулы воды проникают в промежутки между молекулами спирта. Чтобы представить, как это происходит, можно провести еще один опыт.

ОПЫТ 2.2

Насыпьте в стакан пшена столько, чтобы он был заполнен наполовину. Добавьте столько же гороха. Стакан заполнен до краев. А теперь осторожно перемешайте горох с пшеном и обратите внимание на общий объем смеси - он уменьшился.

РАЗМЕРЫ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

Молекулы и атомы очень малы. Их размеры составляют приблизительно 10-10 м (0,000 000 000 1 м). Размер молекулы воды, например, 3х10-10 м (0,000 000 000 3 м). Если представить, что молекулу воды увеличили до размера яблока, то величина яблока будет сравнима с размерами Земли. В одной чайной ложке воды приблизительно столько же молекул Н2О, сколько чайных ложек воды в Мировом океане (всех вместе взятых морях и океанах Земли).

Размер ядра атома приблизительно в 10 000 раз меньше, чем размер атома. Между ядром и электронами есть незаполненное пространство - вакуум (пустота). Но там действует электрическое поле.

ЭТО ИНТЕРЕСНО

Волновая природа материи

Заряженные частицы взаимодействуют при посредничестве электрических и магнитных полей, а ядерные частицы (протоны и нейтроны) - через ядерное поле.

Планетарная модель, схематически изображенная на рис. 2.5, несколько упрощает строение атома. Расчеты показали, что электрон в атоме Гидрогена должен за одну миллионную долю секунды сделать миллиард оборотов вокруг ядра, то есть в приемлемом для нас масштабе времени электрон должен был бы почти одновременно находиться во всех точках своей траектории.

Квантовая механика уточнила представление ученых об атоме. Электроны атомных оболочек согласно новой теории уже больше напоминают волны и образуют так называемое электронное облако. На рис. 2.6 синим цветом изображена область электронного облака, где вероятность пребывания электронов наибольшая, а старая орбита - это просто место, где электроны бывают чаще всего. Взаимодействие ядра и электронного облака в атоме осуществляется через электрическое поле, которое по своей силе во много раз превосходит поле молнии.

КРАТКИЕ ИТОГИ

Материя состоит из вещества и поля. Вещество состоит из молекул и атомов.

Молекула - это наименьшая частица вещества, которая имеет ее основные химические свойства и состоит из атомов.

Атомы состоят из ядра, в котором находятся протоны и нейтроны, и электронов, которые вращаются вокруг ядра с огромной скоростью, образовывая электронное облако (оболочку).

Ядро и электроны удерживаются в атоме при посредничестве электрического поля.

Частицы ядра (протоны и нейтроны) скреплены ядерным полем.

ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

2.1. Древний мыслитель Лукреций Кар (99-55 гг. до н. э.) утверждал в своей поэме «О природе вещей», что «существуют только атомы и пустота». Насколько он был прав и в чем, по вашему мнению, ошибался?

2.2. Чем отличаются химические элементы, которые входят в состав таблицы Менделеева?

УПРАЖНЕНИЕ 2

1. Из чего состоит вещество?

2. Из чего состоят молекулы, атомы?

3. Из каких частиц состоят атомные ядра?

4. Какие силы действуют между: а) протонами, б) протонами и электронами?

5. Чем отличаются простые вещества от сложных?

6. Какое поле «склеивает» протоны и нейтроны в ядре?

7. Почему протоны не разлетаются из ядра атома, ведь они имеют одинаковый электрический заряд и отталкиваются?

8. Чем отличаются разные вещества друг от друга?

9. Во сколько раз один метр больше атома Гидрогена?

10. Во сколько раз атом Гидрогена больше своего ядра?

11. Какая наука объясняет строение сложных атомов?

12. Какой вид материи находится между ядром атома и электронной оболочкой?

13. Во сколько раз масса протона больше массы электрона?

14. Можно ли точно указать размеры атома?

15. Действуют ли ядерные силы между электронами

 

Это материал учебника Физика за 7 класс Пшеничка

 



Попередня сторінка:  1. Физика как фундаментальная наука о п...
Наступна сторінка:   3. Основные положения атомно-молекуляр...



^