Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

Розділ IV. Узагальнювальне повторення найважливіших питань курсу хімії

§ 76. Рівні структурної організації речовини. Атомно-молекулярне вчення

Шановні одинадцятикласники та одинадцятикласниці!

Вивчаючи цей розділ підручника ви можете не лише узагальнити й повторити основні поняття, закони та закономірності, що ви вивчили у 7-11 класах, але й поглибити свої знання. Певні теми «перекликаються» з уже вивченим у цьому навчальному році матеріалом. Аби уникнути зайвого повторення, у відповідних місцях розміщено посилання на попередні параграфи з указівками, які питання необхідно опрацювати для успішного узагальнення матеріалу.

Становлення атомно-молекулярного вчення

Про будову речовин міркували ще давньогрецькі філософи. У роботах Демокрита викладено роздуми, на підставі яких він дійшов висновку, що всі речовини складаються з окремих дрібних частинок. Демокрит назвав їх атомами (від грец. atomos — неподільний). Про це згодом забули і згадали через майже 2000 років.

Дослідження багатьох учених XVII-XVIII століття також підтверджували наявність дрібних частинок у складі всіх речовин. З огляду на це, усі хімічні перетворення можна було описати об’єднанням, роз’єднанням або обміном цих частинок. Але, на відміну від Демокрита, ці частинки назвали молекулами (molecula — зменш. від латин. moles — маса).

У XVIII-XIX століттях відбувся швидкий розвиток хімії і вченими різних країн було створено підґрунтя для кількісного доведення факту існування атомів або молекул. Джон Дальтон сформулював закон кратних співвідношень, а Жозеф Гей-Люссак відкрив закон об’ємних співвідношень. Тоді стало очевидним, що молекули не є найменшими частинами речовин, а складаються з іще дрібніших частинок. Згадавши про роботи Демокрита в цій галузі, учені назвали ці частинки атомами.

Більш чітке визначення понять «атом» і «молекула» сформулював італійський науковець С. Каніццаро 1858 року. Ці терміни були прийняті на першому міжнародному Конгресі хіміків у Карлсруе. Так було створено атомно-молекулярне вчення, яке згодом неодноразово підтверджувалося новими відкриттями: Періодичним законом, теорією хімічної будови органічних речовин, роботами в галузі хімічної кінетики тощо.

Наприкінці XIX — на початку XX століття атомно-молекулярне вчення отримало наукове обґрунтування — було експериментально доведено, що атоми й молекули реально існують і мають складну будову. Атомно-молекулярне вчення є одним з основоположних у природничих науках.

Основні положення атомно-молекулярного вчення

1. Речовини мають дискретну будову, вони складаються з частинок (структурних елементів речовини) — молекул, атомів або йонів.

2. Частинки речовини (молекули, атоми чи йони) перебувають у безперервному русі.

3. Між складовими частинками речовини діють сили взаємного притягання і відштовхування.

4. Молекули складаються з атомів.

5. Молекули не змінюються під час фізичних явищ і руйнуються під час хімічних.

6. Атоми зберігаються під час хімічних процесів. При цьому відбувається їх перегрупування, що призводить до утворення нових речовин.

7. Різноманітність речовин зумовлена можливістю атомів об’єднуватися по-різному й утворювати різні молекули.

Основні поняття атомно-молекулярного вчення. Молекула. Атом. Хімічний елемент

Повторіть:

за § 1: склад атома; поняття про протонне, нейтронне і масове числа та правила їх визначення; поняття про нукліди й ізотопи;
за § 1: поняття про хімічний елемент;
за § 5: властивості атомів і хімічних елементів; характеристику хімічних елементів за їхнім місцем у Періодичній системі;
за § 18: поняття про алотропію й алотропні видозміни та приклади алотропних видозмін Оксигену (§ 28), Сульфуру (§ 30), Фосфору (§ 48), Карбону (§ 52).

Молекула — це найменша частинка речовини, здатна до самостійного існування, яка зберігає хімічні властивості цієї речовини.

Існування молекул підтверджується численними експериментальними фактами: розчиненням речовин, зміною їхнього агрегатного стану, поширенням запахів, явищами дифузії і броунівського руху.

Молекули можуть набувати електричного заряду. Такі частинки називають йонами. В індивідуальному вигляді йони можуть траплятися лише у складі розчинів або розплавів. У будь-якому вигляді йони завжди існують разом із протилежно зарядженими частинками, щоб тіло в цілому не мало електричного заряду.

Крім поширених неорганічних йонів, прикладами заряджених молекул є молекули нуклеїнових кислот і білків.

Властивості молекул зберігають і зумовлюють фізичні й хімічні властивості речовин: колір, смак, запах, здатність плавитися або кипіти тощо. Але це не означає, що окремим молекулам притаманні ці властивості. Більшість фізичних властивостей речовин притаманні лише сукупності молекул. Наприклад, у окремої молекули не може бути температури кипіння або плавлення, проте такі властивості молекул, як маса, розмір, дипольний момент, зумовлюють температури плавлення й кипіння, а відповідно, агрегатний стан речовини за певних умов (табл. 16).

Таблиця 16. Порівняння властивостей молекул і зумовлених ними властивостей речовин

Властивість молекули	Властивості речовини, на які впливають властивості молекули
Маса	Густина, температури кипіння й плавлення
Розмір	Густина, запах, форма кристалів у твердому стані
Здатність притягатися одна до одної	Густина, температури кипіння й плавлення, в’язкість, твердість, крихкість або пластичність
Форма	Запах, смак, форма кристалів у твердому стані
Дипольний момент	Діелектрична проникність, магнітна чутливість, колір
Здатність до поляризації	Коефіцієнт заломлення світла, діелектрична проникність
Електричний заряд	Температури кипіння й плавлення, твердість, електропровідність
Здатність поглинати і випромінювати світло	Колір

Молекули складаються з атомів, які сполучені між собою хімічними зв’язками в певній послідовності і в певний спосіб орієнтовані в просторі. Кількість атомів у молекулах може бути в межах від одного (наприклад, одноатомні інертні гази або одноатомні йони) чи двох (Н₂, О₂ тощо) до декількох тисяч (у молекулах полімерів, білків, нуклеїнових кислот).

Між молекулами речовини в будь-якому стані є певні порожнечі. Відстані між молекулами значною мірою залежать від агрегатного стану речовини. Найбільша відстань у газоподібному стані (10^-8-10^-7 м — значно більше за розмір самих молекул), у рідкому й твердому станах відстані між молекулами приблизно однакові (~10^-10 м). Через це під час переходу з твердого стану в рідкий об’єм речовин змінюється незначною мірою: найчастіше збільшується, а в окремих випадках зменшується (наприклад, під час плавлення льоду). А під час переходу з твердого або рідкого стану в газоподібний об’єм речовини збільшується в тисячу й більше разів.

Молекули перебувають у безперервному хаотичному русі. У твердих речовинах вони здійснюють коливальні рухи навколо свого рівноважного положення, у рідинах — коливальні рухи і поступальні, що зумовлює здатність рідин текти. У газах молекули рухаються хаотично прямолінійно.

Хоча кількість атомів у Всесвіті майже нескінченне, але серед них виділяють лише певну кількість різновидів, які називають хімічними елементами. Оскільки під час хімічних явищ атоми не змінюються, то не змінюються і хімічні елементи, з атомів яких складаються речовини. Це є підґрунтям закону збереження маси під час хімічних реакцій і дає можливість складати рівняння реакцій.

Атоми є носіями властивостей хімічних елементів. У складі різних речовин атоми певного елемента надають їм властивостей цього елемента. Так, наприклад, натрій оксид, натрій сульфід і натрій хлорид мають певні спільні властивості через наявність йонів Натрію, а відмінності зумовлені наявністю йонів Оксигену, Сульфуру і Хлору.

Ключова ідея

Атомно-молекулярне вчення — базове наукове підґрунтя сучасної науки, над формуванням якого працювали багато вчених впродовж кількох століть.

Запитання та завдання

448. Схарактеризуйте основні етапи становлення атомно-молекулярного вчення.

449. За якими властивостями можна описати молекули? Поясніть, як ці властивості зумовлюють фізичні властивості речовин.