§ 4. Початкові відомості про будову речовини

Ви дізнаєтесь

Про етапи становлення та основні положення атомно-молекулярного вчення про будову речовини

Пригадайте

Що таке речовина

ФІЗИЧНЕ ТІЛО І РЕЧОВИНА. Як ви вже знаєте, будь-яке тіло, вивчення якого здійснюється засобами фізики, називають фізичним тілом. Наприклад, Сонце, зірки, Земля, літак, людина, міст, повітряна кулька, склянка — це фізичні тіла. Звичайно, вони відрізняються одне від одного за своїми властивостями, але спільним у них є те, що всі вони складаються з речовини. Алюміній, повітря, вода, скло — це речовини. Краплина води — фізичне тіло, вода — речовина; склянка — фізичне тіло, скло — речовина; стальна рейка — фізичне тіло, сталь — речовина.

Роберт Бойль

Д. I. Менделєєв

Питання «З чого складається речовина?» цікавило людей ще з давніх часів. Так, давньогрецький учений, філософ Демокріт уперше висловив здогадку про те, що всі тіла складаються з найдрібніших частинок, які були названі ним атомами (слово atom у перекладі з грецької означає — неподільний). Та лише в XIX ст. існування таких частинок було доведено вченими експериментально.

Отто Штерн

Роберт Броун

Жан Батист Перен

ЕТАПИ СТАНОВЛЕННЯ ТА ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО ВЧЕННЯ ПРО БУДОВУ РЕЧОВИНИ. Багато учених присвятили свою діяльність дослідженню будови речовини: англійський фізик і хімік Роберт Бойль встановив, що всі речовини можна розділити на два класи: хімічні елементи і хімічні сполуки; російський учений Д. І. Менделєєв класифікував усі відомі йому хімічні елементи і створив періодичну систему хімічних елементів; англійський ботанік Роберт Броун, розглядаючи в мікроскоп пилок квітів, розведений у воді, помітив, як швидко і безладно рухається пилок у воді; французький фізик Жан Батист Перен зумів пояснити це явище, і довів існування молекул, розрахував їх розміри; німецький фізик Отто Штерн визначив швидкості руху молекул. На основі досліджень цих та багатьох інших учених у XX ст. було створено теорію будови речовини, так звану молекулярно-кінетичну теорію.

Згідно з молекулярно-кінетичною теорією всі речовини складаються з дрібних частинок (молекул, атомів або йонів), між якими є проміжки.

Частинки хаотично (безладно) рухаються і взаємодіють між собою.

МОЛЕКУЛИ. АТОМИ. Як вам уже відомо з курсу природознавства та хімії, речовини бувають простими і складними. Прості речовини (або хімічні елементи) складаються з атомів одного виду. У природі існує понад 100 типів атомів.

У деяких простих речовинах атоми об’єднуються у групи й утворюють молекули. Наприклад, молекула кисню О₂складається з двох однакових атомів Оксигену.

Молекули складних речовин (або хімічних сполук) складаються з різнотипних атомів. Наприклад, молекула вуглекислого газу СО₂ складається із двох атомів Оксигену й одного атома Карбону, молекула води Н₂О складається із двох атомів Гідрогену й одного атома Оксигену.

Атом — це найменша частинка речовини, яка є носієм її хімічних властивостей.

Молекула — частинка речовини, яка складається з однакових (проста речовина) чи різних (складна речовина) атомів, що об’єднані хімічними зв’язками.

Під час фізичних процесів склад молекул речовини залишається незмінним, хоча сама речовина може змінювати свій стан. Наприклад, така рідина, як вода може перебувати у твердому (лід) та газоподібному (водяна пара) станах. При цьому склад молекули льоду, води і водяної пари залишається однаковим (два атоми Гідрогену й один атом Оксигену — Н₂О), відмінність полягає лише у взаємному розміщенні й русі молекул (мал. 21).

Мал. 21. Розташування молекул Н₂О в різних агрегатних станах

Під час хімічних процесів руйнуються зв’язки між атомами, які з’єднують їх у молекули, самі атоми при цьому залишаються незмінними. Атоми об’єднуються в нові групи, у результаті чого утворюються нові речовини.

ЯДЕРНА МОДЕЛЬ АТОМА. Трива лий час вважали, що атом неподільний, що нічого меншого, ніж атом у природі не існує. У 1911 р. завдяки дослідам англійського ученого Ернеста Резерфорда вдалося встановити, що атом складається з іще дрібніших частинок. В основному атом порожній: у центрі його міститься дуже маленьке і дуже щільне ядро, а навколо нього — електрони, які дуже швидко обертаються.

Ернест Резерфорд

Таку модель будови атома назвали ядерною (або планетарною) моделлю атома.

Досліди Резерфорда дали поштовх подальшим дослідженням атома. Частинка, яка довгий час вважалася неподільною, як виявилося, складається з позитивного ядра та електронів! А чи існують ще менші частинки? І чи можна «розбити ядро» ?

У 1932 р. учень Резерфорда, англійський фізик Джеймс Чедвік відкрив нейтрон. Ця частинка не має електричного заряду. У тому ж році фізики Дмитро Іваненко і Вернер Гейзенберг запропонували протонно-нейтронну модель ядра атома.

Джеймс Чедвік

Ядро атома складається з частинок двох типів: з електрично заряджених протонів і нейтронів, які не мають електричного заряду. Кількість протонів у ядрі дорівнює кількості електронів, що перебувають на орбітах атома, тому атом у цілому електрично незаряджений, або електрично нейтральний (мал. 22).

Мал. 22. Протонно-нейтронна модель будови ядра атома

Атом кожного елемента має свої фіксовані кількості електронів, протонів і нейтронів, а відповідно — і свою масу. Якщо взяти будь-який атом із таблиці хімічних елементів, наприклад Карбон, то цифра б, яка визначає його порядковий номер у таблиці, вказує на кількість протонів у ядрі (а отже, і кількість електронів).

Д. Іваненко

Вернер Гейзенберг

Встановлено, що внаслідок відповідних процесів (хімічних реакцій, електромагнітних взаємодій) атом може втрачати, або навпаки — приєднувати до себе електрони, у результаті утворюються так звані йони (мал. 23). Якщо атом втрачає електрони — він перетворюється на позитивний іон, а якщо приєднує — на негативний іон.

Мал. 23. Йони

А чи є електрони, протони і нейтрони неподільними частинками? Як виявляється — ні. Існують ще менші частинки. І фізики до цього часу шукають, яка саме частинка буде най-найменшою.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Згідно з молекулярно-кінетичною теорією всі речовини складаються із дрібних частинок (молекул, атомів або йонів), між якими є проміжки.

Частинки хаотично рухаються і взаємодіють між собою.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Дайте відповідь на запитання

1. Наведіть приклади фізичних тіл. З якої речовини вони складаються?
2. Сформулюйте основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. Наведіть приклади, що підтверджують ці положення.
3. Які речовини називають простими, а які — складними?
4. Яка будова атома? Ядра атома?

Поясніть

1. Чи однакові атоми в різних хімічних елементів? Чим вони відрізняються один від одного?
2. Скориставшись таблицею хімічних елементів, опишіть склад атомів Сu, Cl, Na, Μn.
3. Користуючись малюнком 24, визначте діаметр атома Ауруму (масштаб: в 1 мм — 7 • 10^-14 м).