I. Новый материал

Эта лекция будет посвящена следующим понятиям: "атом", "молекула", "вещества молекулярного и немолекулярного строения", "атомно-молекулярное учение".

Возникновение представлений об атомах и молекулах

Посмотрите презентацию:

Атомы и молекулы

Атомы и молекулы

Древнегреческий философ Демокрит 2500 лет назад высказал мысль о том, что все тела в природе состоят из мельчайших невидимых, непроницаемых, неделимых, вечно движущихся частиц – атомов. Слово “атом” в переводе означает “неделимый”. Позднее, в средние века, учение об атомах преследовалось религией, которая тормозила развитие науки в целом, и химии в частности.

Учение о молекулах и атомах было разработано в середине 18 века великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711 – 1765 гг.) Он утверждал, что тела в природе состоят из корпускл (молекул), в состав которых входят элементы (атомы). Многообразие веществ ученый прозорливо объяснял соединением разных атомов в молекулах и различным расположением атомов в них. Удивительно верной и смелой для того времени была мысль М. В. Ломоносова о том, что некоторые корпускулы (молекулы) могут состоять из одинаковых элементов (атомов). Учение об атомах получило дальнейшее развитие в трудах известного английского ученого Джона Дальтона (1766 – 1844 гг.).

МОЛЕКУЛЫ И АТОМЫ

Можно ли опытным путем доказать, что молекулы состоят из атомов?

То, что атомы действительно существуют, подтверждают многие химические реакции. Так, например, при пропускании постоянного тока через воду в одной из трубок прибора собирается газ, в котором тлеющая лучинка ярко вспыхивает. Это кислород. В другой трубке собирается вдвое больше газа, который от зажженной лучинки загорается. Это водород.

Схема аппарата для разложения воды (аппарат Гофмана)

Объяснить это явление можно так. Мельчайшая частица воды – молекула состоит из 2 атомов водорода и одного атома кислорода. При пропускании постоянного тока через воду ее молекулы распадаются и образуются химически неделимые частицы – атомы кислорода и водорода. Затем атомы соединяются по два, и из двух молекул воды образуется одна – двухатомная молекула кислорода и две водорода.

Некоторые представления об атомах и молекулах, высказанные М. В. Ломоносовым за полвека до Д. Дальтона, оказались более достоверными и научными. Например, английский ученый категорически отрицал возможность существования молекул, состоящих из одинаковых атомов. Его взгляды отрицательно сказались на развитие химии.Учение о молекулах и атомах окончательно было принято только в 1860 г. на Всемирном съезде химиков в Карлеруэ.

Итак, что такое молекулы и атомы?

Молекулы – мельчайшие частицы вещества, состав которых и химические свойства такие же, как у данного вещества. Молекулы – предельный результат механического дробления вещества.

Атомы – это мельчайшие химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы. Молекулы, в отличие от атомов, являются химически делимыми частицами.

Молекулярные вещества

Молекулярные вещества молекулы

Молекулы - наименьшая частица молекулярного вещества, способная существовать самостоятельно и сохраняющая его химические свойства.

Молекулярные вещества имеют низкие температуры плавления и кипения и находятся в стандартных условиях в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Например: Вода - жидкость, t пл =0°С; t кип =100°С

Вода – самое известное и весьма распространенное вещество на нашей планете: поверхность Земли на 3 / 4 покрыта водой, человек на 65 % состоит из воды, без воды невозможна жизнь, так как в водном растворе протекают все клеточные процессы организма. Вода – молекулярное вещество. Это одно из немногих веществ, которое в природных условиях встречается в твердом, жидком и газообразном состояниях, и единственное вещество, для которого в каждом из этих состояний есть свое название.
Особенностями строения воды вызваны ее необычные свойства. Например, при замерзании вода увеличивается в объеме, поэтому лед плавает в своем расплаве – жидкой воде, а наибольшая плотность воды наблюдается при 4 o С, поэтому зимой большие водоемы до дна не промерзают. На свойствах воды основана и сама шкала температур Цельсия (0 o – температура замерзания, 100 o – температура кипения). С причинами этих явлений и с химическими свойствами воды вы познакомитесь позже.

Немолекулярные вещества

Немолекулярные вещества - это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются атомы или ионы .

Ион - это атом или группа атомов, обладающих положительным или отрицательным зарядом.

Например: Na + , Cl - .

Немолекулярные вещества находятся в стандартных условиях в твердом агрегатном состоянии и имеют высокие температуры плавления и кипения.

Например: Поваренная соль - твердое вещество, t пл =801°С; t кип =1465°С; Железо

Железо – серебристо-белый, блестящий, ковкий металл. Это немолекулярное вещество. Среди металлов железо занимает второе место после алюминия по распространенности в природе и первое место по значению для человечества. вместе с другим металлом – никелем – оно образует ядро нашей планеты. Чистое железо не имеет широкого практического применения. Знаменитая Кутубская колонна, расположенная в окрестностях Дели, высотой около семи метров и весом 6,5 т, имеющая возраст почти 2800 лет (она поставлена в IX в. до н. э.) – один из немногих примеров использования чистого железа (99,72 %); возможно, что именно чистотой материала и объясняется долговечность и коррозионная устойчивость этого сооружения.

В виде чугуна, стали и других сплавов железо используется буквально во всех отраслях техники. Его ценные магнитные свойства используются в генераторах электрического тока и электромоторах. Железо является жизненно необходимым элементом для человека и животных, так как оно входит в состав гемоглобина крови. При его недостатке клетки тканей получают недостаточно кислорода, что ведет к очень тяжелым последствиям.

Атомно-молекулярное учение

Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый Ломоносов. Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям.

1. Все вещества состоят из «корпускул» (так Ломоносов называл молекулы).

2. Молекулы состоят из «элементов» (так Ломоносов называл атомы).

3. Частицы - молекулы и атомы - находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц.

4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ - из различных атомов.

Атомистическое учение в химии применил английский ученый Джон Дальтон. В своей основе учение Дальтона повторяет учение Ломоносова. Вместе с тем оно развивает его дальше, поскольку Дальтон впервые пытался установить атомные массы известных тогда элементов. Однако Дальтон отрицал существование молекул у простых веществ, что по сравнению с учением Ломоносова является шагом назад. По Дальтону, простые вещества состоят только из атомов, и лишь сложные вещества - из «сложных атомов» (в современном понимании - молекул). Отрицание Дальтоном существования молекул простых веществ мешало дальнейшему развитию химии. Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось лишь в- середине XIX в.Молекула - это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением. Атом - наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ. Химические свойства элемента определяются строением его атома. Отсюда следует определение атома, соответствующее современным представлениям: атом - это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов. Согласно современным представлениям из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. В твердом состоянии из молекул состоят лишь вещества, кристаллическая решетка которых имеет молекулярную структуру.

Основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать так:

• Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением.
• Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества и температуры. Наибольшие расстояния имеются между молекулами газов. Этим объясняется их легкая сжимаемость. Труднее сжимаются жидкости, где промежутки между молекулами значительно меньше. В твердых веществах промежутки между молекулами еще меньше, поэтому они почти не сжимаются.
• Молекулы находятся в непрерывном движении. Скорость движения молекул зависит от температуры. С повышением температуры скорость движения молекул возрастает.
• Между молекулами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания. В наибольшей степени эти силы выражены в твердых веществах, в наименьшей - в газах.
• Молекулы состоят из атомов, которые, как и молекулы, находятся в непрерывном движении.
• Атомы одного вида отличаются от атомов другого вида массой и свойствами.
• При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются.
• У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллических решето находятся молекулы. Связи между молекулами, расположенными в узлах кристаллической решетки, слабые и при нагревании разрываются. Поэтому вещества с молекулярным строением, как правило, имеют низкие температуры плавления.
• У веществ с немолекулярным строением в узлах кристаллических решеток находятся атомы или другие частицы. Между этими частицами существуют сильные химические связи, для разрушения которых требуется много энергии. Поэтому вещества с немолекулярным строением имеют высокие температуры плавления.

Объяснение физических и химических явлений с точки зрения атомно-молекулярного учения. Физические и химические явления получают объяснение с позиций атомно-молекулярного учения. Так, например, процесс диффузии объясняется способность молекул (атомов, частиц) одного вещества проникать между молекулами (атомами, частицами) другого вещества. Это происходит потому, что молекулы (атомы, частицы) находятся в непрерывном движении и между ними имеются промежутки. Сущность химических реакций заключается в разрушении химических связей между атомами одних веществ и в перегруппировке атомов с образованием других веществ.

II. Закрепление

Дайте ответы на следующие вопросы:

1. Назовите имя древнегреческого философа, который высказал мысль о том, что все тела в природе состоят из мельчайших невидимых, непроницаемых, неделимых, вечно движущихся частиц – атомов.
2. Назовите имя великого русского учёного, основоположника учения о молекулах и атомах.
3. Дайте определение молекуле.
4. Дайте определение атому.
5. Какие вещества относят к веществам молекулярного строения? Приведите примеры веществ.
6. Какие вещества относят к веществам немолекулярного строения? Приведите примеры веществ.
7. Какими свойствами характеризуются веществамолекулярного строения?
8. Какими свойствами характеризуются веществанемолекулярного строения?
9. Как объяснить физические и химические явления с точки зрения атомно-молекулярного учения?

Ключевые слова конспекта: Атомно-молекулярное учение, атомы, молекулы и ионы, элементарные частицы, ядро, электрон, протон, нейтрон.

Древнегреческий философ Демокрит 2500 лет назад предположил, что все тела состоят из мельчайших, невидимых, неделимых, вечно движущихся частиц - атомов . В переводе «атом» означает «неделимый».

Учение о молекулах и атомах в основном было разработано в XVIII- XIX вв. Великий русский учёный М. В. Ломоносов утверждал, что тела в природе состоят из корпускул (молекул), в состав которых входят элементы (атомы). Многообразие веществ учёный объяснял соединением разных атомов в молекулах и различным расположением атомов в них.

Основоположником атомно-молекулярного учения принято считать известного английского учёного Джона Дальтона . Тем не менее некоторые представления об атомах и молекулах, высказанные Ломоносовым за полвека до Дальтона, оказались более достоверными, научными. Например, английский учёный отрицал возможность существования молекул, образованных одинаковыми атомами.

Получило окончательное признание только в 1860 г. на Всемирном съезде химиков в Карлсруэ.

Молекулы

Каждое отдельно взятое вещество состоит из одинаковых молекул. Например, вещество вода состоит из молекул воды. Но размеры молекул воды очень малы, поэтому даже маленькая капелька воды содержит огромное количество молекул, которые имеют одинаковые состав и свойства.

Молекулы - это мельчайшие частицы многих веществ, состав и химические свойства которых такие же, как у данного вещества. При химических реакциях молекулы распадаются, то есть они являются химически делимыми частицами. Молекулы состоят из атомов.

Атомы

Следует иметь в виду, что существуют также вещества, состоящие из отдельных одинаковых атомов. Мельчайшими частицами, сохраняющими характерные химические свойства таких веществ, являются атомы . Так, из отдельных атомов состоят благородные газы - гелий, неон, аргон и др. Атомы в отличие от молекул в ходе химических реакций не делятся на более мелкие части.

Атомы - это мельчайшие химически неделимые частицы вещества.

Элементарные частицы

В конце XIX-начале XX в. было обнаружено, что атомы состоят из ешё более мелких частиц. Эти частицы были названы элементарными частицами . В центре атома находится положительно заряженное ядро , вокруг которого находятся отрицательно заряженные частицы - электроны . Заряд электрона принято считать равным -1.

Ядро атома, в свою очередь, также состоит из элементарных частиц. В состав ядер атомов входят положительно заряженные частицы - протоны и частицы, имеющие почти такую же массу, как протоны, но не имеющие заряда,- нейтроны. Заряд протона численно равен заряду электрона , но имеет противоположный знак (+1).

Например, атом водорода состоит из ядра, в котором находится только один протон и один электрон. Атом гелия состоит из ядра, в котором находятся 2 протона и 2 нейтрона, а также 2 электрона. Атом лития состоит из ядра, в котором находятся 3 протона, 4 нейтрона, а также 3 электрона.

Ионы

Одни атомы, взаимодействуя с другими атомами, могут терять или, наоборот, приобретать один или более электронов. В результате электрически нейтральный атом превращается в заряженную частицу - ион . Если атом теряет один или несколько электронов, его называют положительно заряженным ионом. Атом, дополнительно присоединивший один или несколько электронов, называют отрицательно заряженным ионом. Противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу. Подробнее электронно-ионная теория рассматривается в курсе физики ()

Хим элемент – это вид атома с опр-ным зарядом ядра. Атом – мельчайшая хим-ки неделимая электронейтральная частица вещества. Молекула – мельчайшая электронейтральная частица вещества, кот обуславливает хим и физ свойства этого вещ-ва.

Ион – мельчайшая заряженная частица вещества (электролита), которая обуславливает хим и физ свойства этого вещ-ва. Вещество - вид материи, обладающее массой покоя и состоящий главным образом из элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов). Любое в-во состоит из структурных единиц – атомов, молекул, ионов.

2.Сколько химических элементов известно в настоящее время? в чём заключаются различия между химическим элементом и простым веществом?

В наст время известно 110 видов атомов. Об атомах одного вида говорят, что они являются атомами одного хим элемента. Т.е. хим эл-т – то же самое, что вид атома.

Если молекулы состоят из атомов только одного вида, то вещество называют простым.

3.Чем отличаются вещества молекулярного строения от веществ немолекулярного строения? Какие физические свойства присущи тем и другим веществам?

Среди органических веществ преобладают молекулярные вещества, среди неорганических - немолекулярные. Молекулярные вещества состоят из молекул, связанных между собой слабыми межмолекулярными связями, к ним относятся: H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , Br 2 , S 8 , P 4 и другие простые вещества; CO 2 , SO 2 , N 2 O 5 , H 2 O, HCl, HF, NH 3 , CH 4 , C 2 H 5 OH, органические полимеры и многие другие вещества. Эти вещества не обладают высокой прочностью, имеют низкие температуры плавления и кипения, не проводят электрический ток, некоторые из них растворимы в воде или других растворителях. Немолекулярные вещества с ковалентными связями или атомные вещества (алмаз, графит, Si, SiO 2 , SiC и другие) образуют очень прочные кристаллы (исключение - слоистый графит), они нерастворимы в воде и других растворителях, имеют высокие температуры плавления и кипения, большинство из них не проводит электрический ток (кроме графита, обладающего электропроводностью, и полупроводников - кремния, германия и пр.) Все ионные вещества, естественно, являются немолекулярными. Это твердые тугоплавкие вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Многие из них растворимы в воде. Следует отметить, что в ионных веществах, кристаллы которых состоят из сложных ионов, есть и ковалентные связи, например: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-), (NH 4 +)(NO 3-) и т. д.

4.Чем определяется химическое количество вещества? Сформулируйте определение понятия моль. Каков физический смысл постоянной Авогадро и чему равно ее значение?

Количество вещества п - физическая величина, определяе­мая числом элементарных объектов (структурных единиц), из которых это вещество состоит. Под элементарными объектами понимают атомы, молекулы, ионы, электроны, любые условные части или фрагменты молекулы. За единицу количества вещества принят моль, определяе­мый как количество вещества системы, содержащей столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг уг­лерода 12 С. Эта величина является фундаментальной физической константой, называется постоянной Авогадро и обозначается N A:= 6,02*10 23 моль -1

Каждый день мы пользуемся какими-нибудь предметами: берем их в руки, совершаем над ними любые манипуляции - переворачиваем, рассматриваем, в конце концов, ломаем. А вы никогда не задумывались о том, из чего состоят эти предметы? "Чего уж здесь думать? Из металла/дерева/пластика/ткани!" - недоуменно ответят многие из нас. Отчасти это правильный ответ. А из чего состоят эти материалы - металл, дерево, пластик, ткань и многие другие вещества? Сегодня мы и обсудим этот вопрос.

Молекула и атом: определение

У знающего человека ответ на него прост и банален: из атомов и молекул. Но некоторые люди озадачиваются и начинают сыпать вопросами: "Что такое атом и молекула? Как они выглядят?" и т.д., и т.п. Ответим на эти вопросы по порядку. Ну, во-первых, что такое атом и молекула? Скажем вам сразу, что эти определения - не одно и то же. И даже более того - это совершенно разные термины. Итак, атом - это самая маленькая часть химического элемента, которая является носителем его свойств, частица вещества мизерных массы и размеров. А молекула - это электрически нейтральная частица, которую образуют несколько соединенных атомов.

Что такое атом: строение

Атом состоит из электронной оболочки и (фото). В свою очередь ядро состоит из протонов и нейтронов, а оболочка - из электронов. В атоме протоны заряжены положительно, электроны - отрицательно, а нейтроны вообще не заряжены. Если число протонов соответствует то атом является электронейтральным, т.е. если мы прикоснемся к веществу, образованному из молекул с такими атомами, то не почувствуем ни малейшего электрического импульса. И даже сверхмощные ЭВМ его не уловят по причине отсутствия последнего. Но случается так, что протонов больше, чем электронов, и наоборот. Тогда такие атомы правильнее будет называть ионами. Если в нем больше протонов, то он электрически положительный, если же преобладают электроны - электрически отрицательный. В каждом определенном атоме есть строгое количество протонов, нейтронов и электронов. И его можно высчитать. Шаблон для решения задач по нахождению количества этих частиц выглядит так:

Хим. элемент - R (вставить название элемента)
Протоны (p) - ?
Электроны (е) - ?
Нейтроны (n) - ?
Решение:
р = порядковый № хим. элемента R в периодической системе им Д.И. Менделеева
е = р
n = А r (R) - № R

Что такое молекула: строение

Молекула - это наименьшая частица химического вещества, то есть она уже непосредственно входит в его состав. Молекула определенного вещества состоит из нескольких одинаковых или различных атомов. Особенности строения молекул зависят от физических свойств вещества, в котором они присутствуют. Молекулы состоят из электронов и атомов. Расположение последних можно узнать с помощью структурной формулы. позволяет определить ход химической реакции. Обычно они нейтральные (не имеют электрического заряда), и у них нет неспаренных электронов (все валентности являются насыщенными). Однако они могут быть и заряженными, тогда их правильное название - ионы. Также у молекул могут быть неспаренные электроны и ненасыщенные валентности - в этом случае их называют радикалами.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое атом и Все без исключения вещества состоят из молекул, а последние, в свою очередь, построены из атомов. Физические свойства вещества определяют расположение и связь атомов и молекул в нем.

§ 1 Частицы вещества

Разделим плитку шоколада на восемь равных частей.

Это у нас получится без особого труда. А можно ли каждую восьмую часть плитки поделить еще на восемь кусочков? Да, конечно, но у нас при этом возникнут определенные трудности. Точно также можно поступить и с любым другим телом. А теперь посмотрим на руки. Мы увидим, что на руках при делении остались мельчайшие частицы шоколада. Это означает, что тело обладает свойством делимости до неимоверно малых размеров.

О том, что все вещества состоят из мельчайших частиц, догадывались еще древние ученые. Подтверждением этого является дошедшая до нас поэма «О природе вещей» Лукреция Кара:

И, наконец, на морском берегу, разбивающем волны,

Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет;

Видеть, однако, нельзя, как влага на нём оседает,

Да и не видно того, как она исчезает от зноя.

Значит, дробится вода на такие мельчайшие части,

Что недоступны они совершенно для нашего глаза.

Расстояние между молекулами может увеличиваться при переходе вещества из одного состояния в другое. Так, например, стакан воды объемом 0,2 литра при превращении в пар занимает объем 320 литров. Это означает, что частицы воды расположены ближе друг к другу, чем частицы водяного пара.

Существование таких мельчайших частиц было доказано лишь в 19 веке. Эти частицы получили название молекул. Молекула - это мельчайшая частица вещества, имеющая физические и химические свойства данного вещества. Таким образом, делить любое тело можно до размера молекул. Размер молекулы настолько мал, что представить его можно только с помощью сравнений. Например, молекула воды со столько раз меньше крупного яблока, во сколько раз яблоко меньше земного шара.

На сегодняшний день факт существования молекул доказан при помощи мощного электронного микроскопа, дающего увеличение в 10 000 000 раз.

Далее уместен вопрос, как расположены частицы вещества друг относительно друга. Для ответа на этот вопрос можно провести эксперимент в домашних условиях. Если взять полстакана гороха и полстакана манной крупы и смешать их, то мы в результате не получим полный стакан, так как крупинки манки займут промежутки между горохом. Таким образом, ученые пришли к выводу о том, что между молекулами существуют промежутки. Если попытаться сжать закупоренный шприц с воздухом, то объем газа уменьшится. Это также доказывает существование межмолекулярных промежутков.

Промежутки существуют между частицами у твердых тел и жидкостей, однако они в несколько раз меньше промежутков между частицами газа.

§ 2 Делимость вещества

А можно ли разделить молекулу? Из курса окружающего мира нам известно, что вода состоит из кислорода и водорода. Это означает, что молекулу воды можно разделить на две составляющие - кислород и водород. Однако в этом случае составляющие части не будут сохранять свойства вещества. Так ученым стали известны атомы. Атом - наименьшая неделимая часть вещества. Молекулы могут состоять из одинаковых и различных атомов. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одной молекулы кислорода, а молекула водорода из двух одинаковых атомов водорода.

Таким образом, делаем вывод о том, что все вещества состоят из молекул, повторяющих свойства этого вещества, а молекулы, в свою очередь, состоят из наименьших неделимых частей - атомов водорода из двух одинаковых атомовводорода.

§ 3 Итоги урока

1. Тело обладает свойством делимости до неимоверно малых размеров.

2. Молекула - мельчайшая частица вещества, имеющая физические и химические свойства данного вещества. Таким образом, делить любое тело можно до размера молекул.

3. Между молекулами существуют промежутки.

4. Промежутки существуют между частицами у твердых тел и жидкостей, однако они в несколько раз меньше промежутков между частицами газа. Расстояние между молекулами может увеличиваться при переходе вещества из одного состояния в другое.

5. Атом - наименьшая неделимая часть вещества. Молекулы могут состоять из одинаковых и различных атомов. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одной молекулы кислорода, а молекула

Использованные изображения: