uabooks.top

Если бы случилась мировая катастрофа и все научные знания оказались бы уничтоженными, будущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза. Какое утверждение с наименьшим количеством слов несло бы больше всего информации? Этот вопрос задал своим слушателям на лекции известный физик Ричард Фейнман.

Многие ученые считают именно такие утверждения очень важным:

Все тела состоят из маленьких частиц (атомов), которые непрерывно и беспорядочно двигаются и взаимодействуют между собой.

Эти утверждения являются основными положениями атомно-молекулярного учения. Доказать их истинность сейчас нетрудно.

Фото атомов и молекул, сделанные с помощью электронных микроскопов, говорят сами за себя.

ДВИЖЕНИЕ МОЛЕКУЛ И АТОМОВ

В 1990-х годах ученым удалось сконструировать электронный микроскоп, который осуществляет съемку движения молекул газа в режиме реального времени. Подтверждением того, что молекулы и атомы находятся в постоянном движении, является такое интересное явление, как диффузия (от лат. diffusio - распространение, растекание) - процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого.

ОПЫТ 3.1

Попросите товарища поставить на расстоянии 1 м флакон с духами. Определите, через какое время вы почувствуете запах.

ОПЫТ 3.2

Наберите в стакан холодной воды и капните туда 2-3 капли пищевого красителя. Определите, через какое время жидкость в стакане станет однородно окрашенной. Повторите опыт с горячей водой. Сравните полученные промежутки времени.

Эти и другие опыты свидетельствуют о том, что диффузия происходит в газах, жидкостях и даже твердых телах. Скорость диффузии зависит от скорости движения молекул вещества и промежутков между молекулами.

Явление диффузии очень распространено в природе. Благодаря ему происходит дыхание всех живых организмов. Кислород из воздуха попадает в водоемы и в почву.

Обмен питательными веществами в живом организме - это тоже диффузия.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ И АТОМАМИ

Все окружающие тела состоят из молекул и атомов. Но в одних эти молекулы свободно парят в пространстве, например, молекулы кислорода или углекислого газа в воздухе. А другие держатся «кучкой», вместе. Например, стол, шкаф, стакан с водой и тому подобное. Чтобы растянуть, разорвать эти тела на отдельные молекулы, надо приложить силу. Это происходит потому, что между молекулами и атомами существует взаимодействие. Они на малых расстояниях друг к другу притягиваются, а если их слишком прижать - будут отталкиваться.

Почему же осколки разбитой тарелки не скрепляются? Да потому, что при сжатии осколков только незначительная часть атомов приблизится на такое расстояние, чтобы подействовали силы притяжения. Однако этих сил будет недостаточно, чтобы удерживать осколки вместе. Чтобы заполнить промежутки между атомами и чтобы подействовало межатомное притяжение, используют клей.

ОПЫТ 3.3

Сложите два листа бумаги и поднимите один из них над столом. Второй лист соскользнет вниз.

Смочите водой оба листа и опять сложите их. Попробуйте поднять за кончик один из них. Второй лист, прилипнув к первому, поднимется вместе с ним.

Молекулы воды и бумаги приблизились настолько, что подействовало межмолекулярное притяжение.

Межмолекулярное (межатомное) отталкивание мешает нам сжать твердые тела и жидкости, потому что молекулы в них размещены довольно плотно. А газы достаточно легко сжимаются (до определенного предела), потому что у них есть «запас» расстояния между молекулами.

ОПЫТ 3.4

Наберите в шприц без иглы воды так, чтобы в нем не было воздуха. Плотно закройте пальцем отверстие для иглы и попробуйте сжать поршнем воду.

Повторите опыт, набрав в шприц воздух.

До какого предела удалось сжать воду и воздух?

В зависимости от силы взаимодействия между молекулами и атомами вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Знание атомно-молекулярного учения приносит чрезвычайную пользу. Например, известно, что графит и алмаз состоят из одних и тех же атомов Карбона (рис. 3.2), но очень отличаются своими свойствами: графит мягкий, а алмаз -необычайно твердый. Когда исследователи поняли строение этих веществ, стало ясно, как можно из дешевого графита сделать алмаз. Современная обрабатывающая промышленность уже немыслима без инструмента, в котором используются искусственные алмазы.

ТВЕРДОЕ, ЖИДКОЕ И ГАЗООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

Вещество может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии, которые называют агрегатными состояниями. Охлаждая воду, получим при 0°С лед. Если нагревать лед, то при 0°С он начнет превращаться в воду. Доведенная до кипения вода начинает превращаться в пар (рис. 3.3). А если водяной пар привести в контакт с холодным телом, например, перед носиком кипящего чайника держать холодную ложку или тарелку, то увидим на этих предметах капельки воды, то есть пар осуществил обратное превращение.

Следовательно, в воде есть что-то такое, что не изменяется при ее переходе из жидкого состояния в твердое или газообразное. Дело в том, что лед, вода и водяной пар состоят из одних и тех же молекул, молекул Н₂О.

Если расплавить сталь, получится очень горячая жидкость. Охлаждая газ азот, входящий в состав воздуха, до минус 196°С, получим прозрачную и очень холодную жидкость. На рис. 3.4 показано, как кипящий жидкий азот из термоса переливают в стакан..

Каждое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Агрегатное состояние вещества зависит от температуры и от того, насколько сильно взаимодействуют молекулы.

В твердом теле молекулы (атомы) сильно взаимодействуют между собой, колеблются около

своего места равновесия и образуют правильную пространственную структуру - кристалл. Поэтому твердые тела имеют определенную форму и объем (рис. 3.5). В твердом и жидком состоянии молекулы расположены почти впритык друг к другу. Взаимодействие молекул в жидкости достаточно сильное для того, чтобы они держались вместе как единое целое, но недостаточное для поддержания формы - жидкости текут. Жидкость в обычных условиях приобретает форму сосуда, в котором она находится, то есть сохраняет объем, но не имеет собственной формы (рис. 3.6)

Газ не имеет ни формы, ни объема и полностью заполняет сосуд, в котором находится (рис. 3.7). Расстояние между молекулами вещества в газообразном состоянии приблизительно в десять раз больше, чем в жидком и твердом, поэтому из одного кубического сантиметра воды можно запросто получить один кубический дециметр водяного пара.

КРАТКИЕ ИТОГИ

Все вещества состоят из молекул, атомов. Атомы и молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении и взаимодействуют между собой.

В зависимости от энергии взаимодействия атомов (или молекул) вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

3.1. Почему графит нужно не только сильно сжать, а еще и сильно нагреть, чтобы превратить его в алмаз?

3.2. Объясните механизм растворения соли или сахара в воде.

3.3. Какова структура фуллеренов С₆₀, карбоновых нанотрубок и графена?

УПРАЖНЕНИЕ 3

1. Какое утверждение является очень важным в физике?

2. Какие науки, кроме физики, изучают строение вещества?

3. Чем отличается молекула от атома?

4. Сколько атомов содержит молекула углекислого газа?

5. Изменяются ли молекулы воды при переходе в твердое или газообразное состояние?

6. Графит и алмаз: что у них общего и чем они отличаются?

7. Чем отличаются друг от друга молекулы разных веществ?

8. Что общего и какие отличия в строении молекул воды и углекислого газа?

9. Какие атомы и в каком количестве содержит молекула C₂ H₅ OH?

10. Почему вода является хорошим растворителем?

11. Как изменяется расстояние между молекулами воды при испарении?

12. В каком агрегатном состоянии находятся: а) вода; б) лед; в) водяной пар; г) туман?

13. Можете ли вы привести пример из вашего опыта, который свидетельствует о существовании промежутков между атомами и молекулами?

14. Почему сахар растворяется в горячей воде быстрее, чем в холодной?

15. В каких случаях вода может сохранять не только объем, но и форму?

16. Почему водяной пар (то есть газ) не видно, а туман можно видеть?

 

Это материал учебника Физика за 7 класс Пшеничка