ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ
Όλες οι ουσίες αποτελούνται από μεμονωμένα μικροσκοπικά σωματίδια: μόρια και άτομα.
Ο ιδρυτής της ιδέας μιας διακριτής δομής της ύλης (δηλαδή που αποτελείται από μεμονωμένα σωματίδια) θεωρείται ότι είναι αρχαίος Έλληνας φιλόσοφοςΟ Δημόκριτος, που έζησε περίπου το 470 π.Χ νέα εποχή. Ο Δημόκριτος πίστευε ότι όλα τα σώματα αποτελούνται από έναν αμέτρητο αριθμό εξαιρετικά μικρών, αόρατων στο μάτι, αδιαίρετων σωματιδίων. «Είναι απείρως ποικίλα, έχουν βαθουλώματα και κυρτότητες με τις οποίες συμπλέκονται, σχηματίζοντας όλα τα υλικά σώματα, αλλά στη φύση υπάρχουν μόνο άτομα και κενό.
Η εικασία του Δημόκριτου ξεχάστηκε για πολύ καιρό. Ωστόσο, οι απόψεις του για τη δομή της ύλης ήρθαν σε εμάς χάρη στον Ρωμαίο ποιητή Lucretius Caru: «...όλα τα πράγματα, όπως παρατηρούμε, γίνονται μικρότερα, Και φαίνονται να λιώνουν κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου αιώνα... ”
Άτομα.
Τα άτομα είναι πολύ μικρά. Δεν μπορούν να φανούν όχι μόνο με γυμνό μάτι, αλλά και με τη βοήθεια ακόμη και του πιο ισχυρού οπτικού μικροσκοπίου.
Το ανθρώπινο μάτι δεν είναι σε θέση να διακρίνει τα άτομα και τα κενά μεταξύ τους, επομένως οποιαδήποτε ουσία μας φαίνεται στερεή.
Το 1951, ο Erwin Müller εφηύρε το μικροσκόπιο ιόντων, το οποίο επέτρεψε να δούμε λεπτομερώς την ατομική δομή ενός μετάλλου.
Άτομα διαφόρων χημικά στοιχείαδιαφέρουν μεταξύ τους. Οι διαφορές μεταξύ των ατόμων των στοιχείων μπορούν να προσδιοριστούν από τον περιοδικό πίνακα.
Μόρια.
Το μόριο είναι μικρότερο σωματίδιομια ουσία που έχει τις ιδιότητες αυτής της ουσίας. Έτσι, ένα μόριο ζάχαρης είναι γλυκό και ένα μόριο αλατιού είναι αλμυρό.
Τα μόρια αποτελούνται από άτομα.
Τα μεγέθη των μορίων είναι αμελητέα.
Πώς να δείτε ένα μόριο; - χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
Πώς να εξαγάγετε ένα μόριο από μια ουσία; - μηχανική σύνθλιψη της ουσίας. Κάθε ουσία έχει έναν συγκεκριμένο τύπο μορίου. Για διαφορετικές ουσίες, τα μόρια μπορεί να αποτελούνται από ένα άτομο (αδρανή αέρια) ή από πολλά ίδια ή διαφορετικά άτομα, ή ακόμα και από εκατοντάδες χιλιάδες άτομα (πολυμερή). Μόρια διάφορες ουσίεςμπορεί να έχει σχήμα τριγώνου, πυραμίδας και άλλα γεωμετρικά σχήματα, και επίσης να είναι γραμμική.
Τα μόρια της ίδιας ουσίας είναι πανομοιότυπα σε όλες τις καταστάσεις συσσωμάτωσης.
Υπάρχουν κενά μεταξύ των μορίων μιας ουσίας. Απόδειξη ύπαρξης κενών είναι η μεταβολή του όγκου της ουσίας, δηλ. διαστολή και συστολή της ύλης με αλλαγές θερμοκρασίας
Εργασία για το σπίτι.
Ασκηση. Απάντησε στις ερωτήσεις:
№ 1.
1. Από τι αποτελούνται οι ουσίες;
2. Ποια πειράματα επιβεβαιώνουν ότι οι ουσίες αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια;
3. Πώς αλλάζει ο όγκος ενός σώματος όταν αλλάζει η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων;
4. Ποια εμπειρία δείχνει ότι τα σωματίδια της ύλης είναι πολύ μικρά;
5. Τι είναι ένα μόριο;
6. Τι γνωρίζετε για τα μεγέθη των μορίων;
7. Από ποια σωματίδια αποτελείται ένα μόριο νερού;
8. Πώς αναπαρίσταται σχηματικά ένα μόριο νερού;
№ 2.
1. Είναι η σύσταση των μορίων του νερού ίδια στο ζεστό τσάι και σε ένα παγωμένο ρόφημα Cola;
2. Γιατί φθείρονται οι σόλες των παπουτσιών και οι αγκώνες των τζάκετ φθείρονται;
3. Πώς εξηγείται το στέγνωμα του βερνικιού νυχιών;
4. Περνάς από έναν φούρνο. Μια υπέροχη μυρωδιά αναδύεται από αυτό. φρέσκο ψωμί…. Πώς θα μπορούσε να συμβεί αυτό;
Το πείραμα του Robert Rayleigh.
Τα μεγέθη των μορίων έχουν προσδιοριστεί σε πολλά πειράματα. Ένα από αυτά πραγματοποιήθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα Robert Rayleigh.
Σε ένα καθαρό φαρδύ δοχείο χύθηκε νερό και στην επιφάνειά του τοποθετήθηκε μια σταγόνα. ελαιόλαδο. Η σταγόνα απλώθηκε στην επιφάνεια του νερού και σχημάτισε μια στρογγυλή μεμβράνη. Σταδιακά η περιοχή του φιλμ αυξήθηκε, αλλά στη συνέχεια η εξάπλωση σταμάτησε και η περιοχή σταμάτησε να αλλάζει. Ο Rayleigh υπέθεσε ότι τα μόρια ήταν διατεταγμένα σε μία σειρά, δηλ. Το πάχος του φιλμ έγινε ακριβώς το μέγεθος ενός μορίου και αποφάσισα να προσδιορίσω το πάχος του. Σε αυτή την περίπτωση, βέβαια, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι ο όγκος του φιλμ είναι ίσος με τον όγκο της σταγόνας.
Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που ελήφθησαν στο πείραμα του Rayleigh, υπολογίζουμε το πάχος της μεμβράνης και ανακαλύπτουμε ποιο είναι το γραμμικό μέγεθος του μορίου του ελαίου. Η σταγόνα είχε όγκο 0,0009 cm3 και η περιοχή του φιλμ που σχηματίστηκε από την πτώση ήταν 5500 cm2. Εξ ου και το πάχος του φιλμ:
Πειραματική εργασία:
Κάντε ένα πείραμα στο σπίτι για να προσδιορίσετε το μέγεθος των μορίων του ελαίου.
Για τη δοκιμή, είναι βολικό να χρησιμοποιείτε καθαρό λάδι μηχανής. Αρχικά, προσδιορίστε τον όγκο μιας σταγόνας λαδιού. Μάθετε πώς να το κάνετε μόνοι σας χρησιμοποιώντας μια πιπέτα και ένα ποτήρι ζέσεως (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ποτήρι που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση φαρμάκων).
Ρίξτε νερό σε ένα πιάτο και ρίξτε μια σταγόνα λάδι στην επιφάνειά του. Όταν απλωθεί η σταγόνα, μετρήστε τη διάμετρο της μεμβράνης με ένα χάρακα, τοποθετώντας την στις άκρες της πλάκας. Εάν η επιφάνεια της μεμβράνης δεν έχει το σχήμα κύκλου, τότε είτε περιμένετε μέχρι να πάρει αυτό το σχήμα, είτε κάντε αρκετές μετρήσεις και προσδιορίστε τη μέση διάμετρό της. Στη συνέχεια, υπολογίστε την περιοχή της μεμβράνης και το πάχος της.
Τι νούμερο πήρες; Πόσες φορές διαφέρει από το πραγματικό μέγεθος ενός μορίου ελαίου;
Για παράδειγμα, ένα μόριο νερού είναι ο μικρότερος εκπρόσωπος μιας ουσίας όπως το νερό.
Γιατί δεν παρατηρούμε ότι οι ουσίες αποτελούνται από μόρια; Η απάντηση είναι απλή: τα μόρια είναι τόσο μικρά που είναι απλά αόρατα στο ανθρώπινο μάτι. Τι μέγεθος έχουν λοιπόν;
Ένα πείραμα για τον προσδιορισμό του μεγέθους ενός μορίου πραγματοποιήθηκε από τον Άγγλο φυσικό Rayleigh. Το νερό χύθηκε σε ένα καθαρό δοχείο και μια σταγόνα λαδιού τοποθετήθηκε στην επιφάνειά του. Το λάδι απλώθηκε στην επιφάνεια του νερού και σχημάτισε ένα στρογγυλό φιλμ. Σταδιακά η περιοχή του φιλμ αυξήθηκε, αλλά στη συνέχεια η εξάπλωση σταμάτησε και η περιοχή σταμάτησε να αλλάζει. Ο Rayleigh πρότεινε ότι το πάχος της μεμβράνης έγινε ίσο με το μέγεθος ενός μορίου. Μέσω μαθηματικών υπολογισμών διαπιστώθηκε ότι το μέγεθος του μορίου είναι περίπου 16 * 10 -10 m.
Τα μόρια είναι τόσο μικρά που μικροί όγκοι ύλης περιέχουν τεράστιες ποσότητες από αυτά. Για παράδειγμα, μια σταγόνα νερού περιέχει τον ίδιο αριθμό μορίων με τέτοιες σταγόνες στη Μαύρη Θάλασσα.
Τα μόρια δεν είναι ορατά με οπτικό μικροσκόπιο. Μπορείτε να τραβήξετε φωτογραφίες μορίων και ατόμων χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, που εφευρέθηκε στη δεκαετία του '30 του 20ού αιώνα.
Τα μόρια διαφορετικών ουσιών διαφέρουν σε μέγεθος και σύνθεση, αλλά τα μόρια της ίδιας ουσίας είναι πάντα τα ίδια. Για παράδειγμα, το μόριο του νερού είναι πάντα το ίδιο: στο νερό, σε μια νιφάδα χιονιού και στον ατμό.
Αν και τα μόρια είναι πολύ μικρά σωματίδια, είναι επίσης διαιρούμενα. Τα σωματίδια που αποτελούν τα μόρια ονομάζονται άτομα.Τα άτομα κάθε τύπου συνήθως χαρακτηρίζονται με ειδικά σύμβολα. Για παράδειγμα, ένα άτομο οξυγόνου είναι Ο, ένα άτομο υδρογόνου είναι το Η, ένα άτομο άνθρακα είναι το C. Συνολικά, υπάρχουν 93 διαφορετικά άτομα στη φύση και οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει περίπου 20 ακόμη στα εργαστήριά τους. Ο Ρώσος επιστήμονας Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέεφ διέταξε όλα τα στοιχεία και τα τοποθέτησε στον περιοδικό πίνακα, για τον οποίο θα μάθουμε περισσότερα στα μαθήματα χημείας.
Ένα μόριο οξυγόνου αποτελείται από δύο πανομοιότυπα άτομα οξυγόνου, ένα μόριο νερού αποτελείται από τρία άτομα - δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Από μόνα τους, το υδρογόνο και το οξυγόνο δεν έχουν τις ιδιότητες του νερού. Αντίθετα, το νερό γίνεται νερό μόνο όταν δημιουργηθεί ένας τέτοιος δεσμός.
Τα μεγέθη των ατόμων είναι πολύ μικρά, για παράδειγμα, αν μεγεθύνετε ένα μήλο στο μέγεθος σφαίρα, τότε το μέγεθος του ατόμου θα αυξηθεί στο μέγεθος ενός μήλου. Το 1951, ο Erwin Müller εφηύρε το μικροσκόπιο ιόντων, το οποίο επέτρεψε να δούμε λεπτομερώς την ατομική δομή ενός μετάλλου.
Στην εποχή μας, σε αντίθεση με την εποχή του Δημόκριτου, το άτομο δεν θεωρείται πλέον αδιαίρετο. Στις αρχές του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες κατάφεραν να μελετήσουν την εσωτερική του δομή.
Αποδείχθηκε ότι ένα άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Αργότερα αποδείχθηκε ότι πυρήναςμε τη σειρά του αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια.
Έτσι, τα πειράματα βρίσκονται σε πλήρη εξέλιξη στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων - μια τεράστια κατασκευή που χτίστηκε υπόγεια στα σύνορα μεταξύ Γαλλίας και Ελβετίας. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων είναι ένας κλειστός σωλήνας μήκους 30 χιλιομέτρων μέσω του οποίου επιταχύνονται τα αδρόνια (το λεγόμενο πρωτόνιο, νετρόνιο ή ηλεκτρόνιο). Έχοντας επιταχυνθεί σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, τα αδρόνια συγκρούονται. Η δύναμη της κρούσης είναι τόσο μεγάλη που τα πρωτόνια «σπάνε» σε κομμάτια. Υποτίθεται ότι με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η μελέτη της εσωτερικής δομής των αδρονίων
Είναι προφανές ότι όσο προχωράει κανείς στη μελέτη εσωτερική δομήουσίες, τόσο μεγαλύτερες είναι οι δυσκολίες που αντιμετωπίζει. Είναι πιθανό το αδιαίρετο σωματίδιο που φανταζόταν ο Δημόκριτος να μην υπάρχει καθόλου και τα σωματίδια να μπορούν να διαιρεθούν επ’ άπειρον. Η έρευνα σε αυτόν τον τομέα είναι ένα από τα ταχύτερα αναπτυσσόμενα θέματα στη σύγχρονη φυσική.
