Home ⇒ 👍Фізика ⇒ Атоми і молекули

Атоми і молекули

Атоми – це маленькі частинки, з яких складається речовина. Неможливо навіть уявити собі, наскільки вони малі. Якщо скласти в ланцюжок сто мільйонів атомів, у нас вийде ниточка довжиною всього лише в 1 см.

У тонкому аркуші паперу, напевно, не менше мільйона шарів атомів. Науці відомо більше ста видів атомів; з’єднуючись один з одним, вони утворюють всі навколишні нас речовини.

Думка про те, що все в природі складається з атомів, виникла давно. Ще 2500 років тому давньогрецькі філософи вважали, що речовина складається з таких частинок, які не можна розділити.

Саме слово “атом” походить від грецького слова “атомос”, що означає “неподільний”.

У Стародавній Греції філософи обговорювали гіпотезу про те, що всі речовина в світі складається з неподільних частинок. Правда, Аристотель в цьому сумнівався.

Термін “атом” був вперше використаний англійським хіміком Джоном Дальтоном (1766-1844). У 1807 р. Дальтон висунув свою атомну теорію. Атомами він назвав складові всяке речовина малі частки, які не змінюються вході хімічних реакцій. Згідно Дальтону, хімічна реакція – це процес, при якому атоми з’єднуються разом чи відокремлюються один від одного. Атомна теорія Дальтона лежить в основі уявлень сучасних вчених.

На початку нашого століття вчені почали будувати моделі атомів. Ернест Резерфорд (1871-1937) показав, що негативно заряджені електрони обертаються навколо позитивно зарядженого ядра. Нільс Бор (1885-1962) стверджував, що електрони обертаються по певних орбітах. У 1932 р. Джеймс Чедвік (1891-1974) встановив, що ядро атома складається з частинок, які він назвав протонами і нейтронами.

Атоми складаються з ще менших, ніж вони самі, частинок, які називаються елементарними.

Центром атома є його ядро. Воно складається з елементарних частинок двох видів – протонів і нейтронів. Є в атомі також інші елементарні частинки – електрони; вони обертаються навколо ядра. Існує безліч різних елементарних частинок. Вчені вважають, що протони і нейтрони складаються з кварків. Елементарні частинки, що входять до складу атома, утримуються разом завдяки своїм електричним зарядом. Протони заряджені позитивно, а електрони – негативно.

Нейтрони заряду не мають, тобто є електрично нейтральними.

Частинки, що несуть протилежні електричні заряди, притягуються один до одного. Тяжіння негативно заряджених електронів до позитивно заряджених протонам, що знаходяться в атомному ядрі, утримує електрони на орбітах біля цього ядра. До складу атома входить однакове число позитивно заряджених протонів і негативно заряджених електронів, і атом електрично нейтральний.

Електрони в атомі знаходяться на різних енергетичних рівнях, або оболонках. Кожна оболонка складається з певного числа електронів. Коли чергова оболонка заповнюється, нові електрони потрапляють на наступну оболонку.

Більшу частину об’єму атома займає порожній простір між елементарними частинками.

Негативно заряджені електрони утримуються на своїх енергетичних рівнях силою тяжіння до позитивно заряджених протонам ядра.

Будова атома часто описують суворої діаграмою, однак сьогодні вчені вважають, що електрони існують на своїх орбітах в розмитому стані. Це подання відображено на рисунку, де електронні орбіти представлені у вигляді “хмар”. Так ви б побачили молекулу під електронним мікроскопом. Рівними квітами показані різні рівні щільності електронів. Бірюзовим кольором відзначена область найбільшої щільності.

Атомний номер і атомна маса

Атомний номер – це число протонів в атомному ядрі.

Як правило, до складу атома входить однакове число протонів і електронів, тому по атомному номеру можна судити і про те, скільки в атомі електронів. У різних атомах міститься різна кількість протонів.

У ядрі атома фосфору 15 протонів і 16 нейтронів, значить, його атомний номер 15. У ядрі атома полонію 79 протонів і 118 нейтронів: отже, атомний номер золота 79.

Чим більше протонів і нейтронів має атом, тим більше його маса (величина, що показує кількість речовини у складі атома). Суму числа протонів і числа нейтронів ми називаємо атомною масою. Атомна маса фосфору – 31. При обчисленні атомної маси електрони в розрахунок не приймаються, оскільки їх маса мізерно мала в порівнянні з масою атома. Існує особливий прилад – мас-спектрометр. Він дозволяє визначити для кожного даного атома його масу.

У більшості елементів існують ізотопи, атоми яких мають дещо відмінне будову. Кількість протонів і електронів в атомах ізотопів одного елемента завжди незмінно. Атоми ізотопів розрізняються числом нейтронів в ядрі. Отже, у всіх ізотопів одного елемента один і той же атомний номер, але різна атомна маса.

Фізичні властивості ізотопів різні, але вони мають однаковими хімічними властивостями. Зазвичай велика частина атомів елементу (речовини, що складається з атомів одного виду) належить до одного ізотопу, а інші ізотопи зустрічаються в менших кількостях.

Молекули

Атоми рідко зустрічаються і вільному стані. Як правило, вони зв’язуються один з одним і утворюють молекули або інші, більш масивні структури. Молекула – це дрібна частка речовини, яка може існувати самостійно. Вона складається з атомів, що стримуються разом за допомогою зв’язків. Наприклад, у молекули води два атоми водню зв’язані з атомом кисню.

Атоми утримуються разом завдяки електричним зарядам частинок, з яких вони складаються.

Описуючи будова молекул, вчені вдаються до допомоги моделей. Як правило, вони користуються структурними і просторовими моделями. Структурні моделі представляють зв’язку, що утримують атоми разом, у вигляді паличок. У просторових моделях атоми щільно з’єднані один з одним. Звичайно, модель не схожа на справжню молекулу. Моделі будуються для того, щоб показати, з яких атомів та чи інша молекула складається.

Хімічні формули

Хімічна формула речовини показує, скільки атомів яких елементів входить до складу однієї молекули. Кожен атом позначається символом. Як правило, в якості символу вибирається перша буква англійського, латинського або арабської назви елемента. Наприклад, молекула вуглекислого газу складається з двох атомів кисню і одного атома вуглецю, тому формула вуглекислого газу СО2. Двійка Атоми позначає число атомів кисню в молекулі.

Цей дослід продемонструє вам, що молекули речовини утримуються разом силами тяжіння. Наповніть склянку водою до країв. Обережно опустіть у склянку кілька монет. Ви побачите, що над краями склянки підвівся водяний купол. Сила, що притягає молекули води один до одного, може утримати деяка кількість води над краями склянки. Ця сила називається силою поверхневого натягу.