Химия и физика - Связь химии с другими науками

К общим вопросам химии и физики относятся строение веществ и движение тех частиц, из которых вещества построены. Показательно, что самые первые шаги в изучении физики вы делаете, знакомясь с молекулярно-кинетической теорией, имеющей непосредственное отношение как к физике, так и к химии.

Основное положение этой теории: вещества состоят из мельчайших частиц. Это могут быть молекулы, атомы или ионы.

Молекула - это мельчайшая частица вещества, определяющая его свойства. Из молекул состоят такие хорошо знакомые вам вещества, как вода и уксусная кислота, сахар и углекислый газ.

Большинство твердых веществ находится в кристаллическом состоянии. Частицы вещества в кристаллах расположены в строго определенном порядке. Если соединить их воображаемыми линиями, получается правильная геометрическая фигура, называемая Кристаллической решеткой. На рисунке ниже представлены модель кристаллической решетки йода и образец этого вещества. Вы думали, что йод - это жидкость? Не следует путать: в вашей домашней аптечке есть йодная настойка - раствор кристаллического вещества йода в этиловом спирте. Двойные шарики в модели кристаллической решетки - это и есть молекулы йода I2.

Модель кристаллической решетки йода и кристаллы этого вещества

Баллончик дезодоранта

Доказательством того, что многие вещества состоят из молекул, может служить явление диффузии. Самопроизвольное распространение частиц одного вещества между частицами другого называется диффузией.

Явление диффузии можно объяснить только тем, что между молекулами вещества есть промежутки, в которые могут проникать молекулы другого вещества. Поэтому, к примеру, газообразное вещество распространяется в воздухе без нашего участия, т. е. самопроизвольно.

Примерно то же самое происходит при растворении в воде сахара.

Явление диффузии доказывает, что частицы, из которых состоит вещество, находятся в непрерывном движении. Это обусловливает еще одно интересное физическое явление - броуновское движение.

Английский ботаник Роберт Броун в 1827 г. изучал строение пыльцы растений. Наблюдая в микроскоп за крупинками пыльцы в капле воды, ученый с удивлением заметил, что пылинки хаотически перемещаются, словно живые. Беспорядочное движение мельчайших частиц в жидкой или газообразной среде называется броуновским движением.

Может быть, крупинки цветочной пыльцы и вправду могут двигаться без посторонней помощи? Давайте проверим это с помощью лабораторного эксперимента. Для этого вам понадобится микроскоп и немного черной туши.

Нанесите на предметное стекло каплю чистой воды и с помощью кисточки подкрасьте ее очень небольшим количеством черной туши, предварительно разведенной водой до светло-серого цвета. Накройте каплю покровным стеклом. Перемещая тубус микроскопа, добейтесь четкого изображения. Вы увидите, как черные частицы туши совершают самопроизвольное движение. Но ведь их-то точно нельзя назвать живыми! Подобный опыт поставил выдающийся французский ученый Ж. Б. Перрен. Он зарисовал движение частиц примерно так, как показано на рисунке:

Броуновское движение частиц туши в воде

Опыт Перрена стал еще одним убедительным доказательством существования молекул. Он показал, что причина броуновского движения состоит в непрерывном, никогда не прекращающемся движении молекул жидкости или газа. Разумеется, что крупинки твердого вещества во много раз больше молекул, которые нельзя увидеть в микроскоп. Однако они испытывают постоянные столкновения с молекулами жидкости, что и заставляет их перемещаться. Молекулы веществ состоят из еще более мелких частиц - атомов. Атомы - это мельчайшие электронейтральные частицы, из которых состоят молекулы веществ. Есть вещества, которые состоят не из молекул, а из атомов. К ним относятся алмаз, графит, кремний, кварц, сапфир и рубин. Из отдельных атомов состоят газы, которые называют благородными (гелий, неон). Модели кристаллических решеток некоторых веществ атомного строения и их образцы изображены на рисунке:

Кристаллические решетки и образцы: а - алмаз; б - графит; в - кварц

Многие вещества состоят не из молекул или атомов, а из ионов. Ионы - это положительно или отрицательно заряженные частицы, образовавшиеся из атомов. Поваренная соль, сода, марганцовка - это вещества, состоящие из ионов.

Модели кристаллических решеток веществ ионного строения и образцы соответствующих природных минералов вы можете рассмотреть на рисунке ниже.

В предыдущем эксперименте вы наблюдали диффузию "ароматных" молекул в воздухе. Нетрудно увидеть диффузию в водном растворе веществ, состоящих из ионов.

На скорость диффузии веществ существенное влияние оказывает температура. Предыдущий эксперимент можно провести в двух сосудах, один из которых поместить в холодильник, второй оставить в комнате.

Модели кристаллических решеток и образцы природных минералов: а - фторид кальция (минерал флюорит); б - хлорид натрия (минерал галит)

Диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе

Похожие статьи




Химия и физика - Связь химии с другими науками

Предыдущая | Следующая