Рух молекул

Тема 3

Назви хімічних елементів за ДСТУ 2439-94 разом із історичними назвами наведені в алфавітному показнику в кінці статті

Нукліди позначають символом хімічного елемента із переднім верхнім індексом, рівним масовому числу, наприклад, 12C означає нуклід вуглецю з 12-ма нуклонами, з яких 6 протонів та 6 нейтронів.

Кожний хімічний символ означає, по-перше, назву елементу, по-друге, при записах формул хімічних реакцій — один атом цього елементу. Хімічні символи служать також для складання хімічних формул речовин.

Усі хімічні елементи позначають спеціальними символами — однією або двома латинськими літерами, причому перша літера завжди велика, а друга мала. Наприклад,водень позначають символом H, сірку — символом S, залізо — символом Fe, кисень — символом O і т. д. Сучасні символи хімічних елементів були введені в хімію на початку XIX ст.

Хімічні символи та назви

Крім номера кожен хімічний елемент має назву, що склалася історично. Системою найменувань хімічних сполук опікується Міжнародний союз фундаментальної та прикладної хімії (IUPAC). З метою уніфікації хімічних назв IUPAC розробив рекомендації латинізованих назв хімічних елементів, затверджений в Україні ДСТУ 2439-94. Визначені цим стандартом назви повинні вживатися в науковій літературі. Таким чином, деякі з хімічних елементів мають дві назви — латинізовану та історичну, українську. Наприклад, назва гідроген є науковою назвою водню, арсен є науковою назвою миш'яку. Стандарт критикують деякі науковці, зокрема за те, що «українські назви хімічних елементів недоречно замінено на латинізовані відповідники». Така заміна насправді відсутня в рекомендаціях IUPAC, і в жодній національній хімічній номенклатурі (англійській, французькій, російській тощо) її не роблять (наприклад, англійською елементи gold та iron не замінено на Aurum та Ferrum)^.

Моле́кула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса^[1]) — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанныхковалентными связями атомов^{[2][3][4][5][6][7]}. В физике к молекулам причисляют также одноатомные молекулы, то есть свободные (химически не связанные) атомы (например, инертных газов, ртути и т. п.). Причисление к молекулам одноатомных молекул, то есть свободных атомов, например одноатомных газов, приводит к совмещению понятий «молекула» и «атом»^[8]. Обычно подразумевается, что молекулы нейтральны (не несут электрических зарядов) и не несут неспаренныхэлектронов (все валентности насыщены); заряженные молекулы называют ионами, молекулы с мультиплетностью, отличной от единицы (то есть с неспаренными электронами и ненасыщенными валентностями) — радикалами.

Молекулы относительно высокой молекулярной массы, состоящие из повторяющихся низкомолекулярных фрагментов, называются макромолекулами^[9].

С точки зрения квантовой механики^[10] молекула представляет собой систему не из атомов, а из электронов и атомных ядер, взаимодействующих между собой.

Особенности строения молекул определяют физические свойства вещества, состоящего из этих молекул.

К веществам, сохраняющим молекулярную структуру в твёрдом состоянии, относятся, например, вода, оксид углерода (IV), многие органические вещества. Они характеризуются низкими температурами плавления и кипения. Большинство же твёрдых (кристаллических) неорганических веществ состоят не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов) и существуют в виде макротел (кристалл хлорида натрия, кусок меди и т. д.).

Состав молекул сложных веществ выражается при помощи химических формул.

БРОУНІВСЬКИЙ РУХ

На початку 19-го століття англійський ботанік Роберт Броун, спостерігаючи в мікроскоп змулені у воді крихітні частинки пилку рослин, зробив дивне відкриття. Він побачив, що частинки пилку перебувають у «вічному танці», безперестанно хаотично рухаючись.

Учений припустив, що частинки пилку рухаються тому, що вони живі, і повторив дослід з потовченими на дрібний пил шматочками каменю. Але й частиночки каменю «танцювали без утоми»! Цей рух, який назвали броунівським, залишався загадкою протягом 50 років. Тільки наприкінці 19-го століття вчені дійшли висновку, що броунівський рух спричинено бомбардуванням цих частинок молекулами води. Якщо частинка дуже мала, удари молекул води по ній з різних боків не компенсують один одного, що й спричинює безперестанний хаотичний рух частинки.

На рис. 9.1 наведено зроблену за допомогою мікроскопа фотографію, яка добре ілюструє хаотичність руху броунівських частинок. На цій фотографії відрізками з’єднано послідовні положення частинки через 1 хв. Броунівський рух є дослідним підтвердженням молекулярної будови речовини й руху молекул.

Броунівський рух відіграє роль «містка» між макросвітом — світом тіл, які можна безпосередньо спостерігати, і мікросвітом — світом молекул і атомів.

З ЯКИМИ ШВИДКОСТЯМИ РУХАЮТЬСЯ МОЛЕКУЛИ?

Швидкості молекул учені обчислили теоретично наприкінці 19-го століття.

Результат виявився разючим: згідно з розрахунками, у повітрі навколо нас молекули носяться зі швидкостями артилерійських снарядів — сотні метрів за секунду!

Такі швидкості молекул здалися деяким ученим надто великими, унаслідок чого існування молекул викликало в них сумніви.

Однак на початку 20-го століття швидкість молекул удалося вимірити на дослідах, і досліди підтвердили теоретичні висновки. Відповідно до розрахунків, підтверджених дослідами,

з підвищенням температури швидкість хаотичного руху молекул збільшується.

Чому ж ми не відчуваємо своєю шкірою «обстрілу» молекулами, що рухаються з такими величезними швидкостями? Річ у тім, що маси молекул надзвичайно малі, а їхні удари — дуже часті. І тому «барабанний дріб» швидких ударів крихітних молекул виявляє себе як постійний тиск повітря.

Як свідчать досліди, за кімнатної температури атоми та молекули в рідинах і твердих тілах рухаються також зі швидкостями артилерійських снарядів.

ДИФУЗІЯ

ПРОВЕДЕМО ДОСЛІД

Капнемо краплю парфумів в одному кінці кімнати. Через деякий час запах парфумів пошириться по всій кімнаті. Як ви здогадалися, це означає, що молекули ароматичних речовин, що входять до складу парфумів, «розлетілися» по всій кімнаті, тобто відбулося проникнення молекул однієї речовини в іншу. Дифузією називають взаємне проникнення частинок однієї речовини в іншу, спричинене рухом молекул.

Чому ж молекули ароматичних речовин не долетіли до нас практично миттєво, раз вони рухаються зі швидкостями артилерійських снарядів? Річ у тім, що, рухаючись, ці молекули багаторазово зіштовхуються з молекулами, з яких складається повітря. Тому траєкторії молекул нагадують траєкторії руху броунівських частинок. Поширенню запахів сприяють потоки повітря.

Дифузія є дослідним підтвердженням руху молекул.

Дифузія відбувається також у рідинах і навіть у твердих тілах.

ПРОВЕДЕМО ДОСЛІД

Капніть у чашку з водою краплю чорнил або йоду. Ви побачите, що завдяки дифузії крапля «гілкується» та поступово «тане», надаючи слабкого забарвлення всій воді (рис. 9.2-9.4).

Дифузія в рідинах відбувається значно повільніше, ніж у газах, хоча в рідинах молекули рухаються приблизно з такими самими швидкостями, як і в газах. Річ у тім, що на відміну від газів, де молекули розташовані на досить великих відстанях одна від одної (у кілька разів більших за розміри самих молекул), у рідинах молекули розташовані практично впритул. І тому в процесі дифузії одним молекулам доводиться начебто «проштовхуватися» крізь щільний «натовп» інших молекул. Це й сповільнює процес дифузії. Схематично процес дифузії в рідинах зображено на рис. 9.5-9.7.

Виявити дифузію у твердих тілах набагато складніше, ніж у рідинах і газах. Але все-таки можна. Наприклад, було поставлено такий дослід. Під прес поклали відполіровані пластини золота й свинцю, і через кілька років у свинці з’явились атоми з пластини золота, а в золоті — атоми з пластини свинцю: атоми з однієї пластини проникли в другу пластину внаслідок дифузії.

Чим же можна пояснити таку повільну дифузію у твердих тілах?

Річ у тім, що молекули або атоми твердих речовин розташовані звичайно не тільки впритул, але ще й вишикувані «стрункими рядами». Щоб «протиснутися» навіть крізь один такий ряд, молекулі доводиться робити мільйони «спроб»! У результаті швидкість дифузії у твердих тілах є дуже малою.

Майже будь-яка речовина може знаходитися в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому й газоподібному. Ми знаємо, що молекули безперервно рухаються. Однак відстань між молекулами у речовин у різному агрегатному стані не однакова.

Молекули й атоми твердих тіл розташовані в певному порядку дуже близько одна від одної. Вони так міцно зв’язані між собою, що можуть лише коливатися. Між частками діють сили тяжіння. Кожна частинка притягує до себе сусідні частинки і сама притягується до них. Ці сили утримують, наприклад, молекули води в кубику льоду. У твердих речовинах найбільша густина.

Якщо розбити скляну вазу на частини й знову скласти їх, то вони не триматимуться одна біля одної. Виявляється, тяжіння між частинками речовини стає можливим лише тоді, коли вони розміщені дуже близько одна від одної.

Для того щоб молекули сполучилися, вони мають розташовуватися в обох тілах на відстанях, трохи менших від розмірів самих молекул.

У рідинах взаємодія між молекулами слабша, ніж у твердих тілах, але все ж таки вона є. Відстань між молекулами більша. Але взаємодія між молекулами не настільки велика, щоб рідина зберігала свою форму. Цим пояснюється головна властивість рідини – текучість, тобто здатність текти. Густина рідини набагато менша, ніж густина твердих тіл.

У газах відстані між молекулами у тисячі разів більші, ніж у рідинах, і тим більше – у твердих речовинах. Молекули газів вільно рухаються і переміщуються на значні відстані, тому що молекули слабко притягуються одна до одної. Густина газу дуже мала.

Запам’ятайте! Тверді тіла зберігають форму й об’єм; рідини зберігають об’єм, але не зберігають форму; гази набувають форми й об’єму тієї посудини, в якій їх тримають.

Речовини можуть існувати в різних агрегатних станах. Завдяки охолодженню або нагріванню речовини переходять з одного агрегатного стану в інший. При нагріванні води (рідкий стан) до температури +100 °С вона переходить у пару (газоподібний стан). При охолодженні води (рідкий стан) до температури 0 °С вона переходить у лід (твердий стан).

Такі зміни відбуваються з водою і в природі. Тому в природі вода трапляється в усіх агрегатних станах. Зокрема, у хмарах – у вигляді пари, у річках і озерах улітку – у вигляді рідини, взимку – у вигляді рідини та льоду.

Крім води, змінювати свій агрегатний стан можуть і інші речовини. Наприклад, залізо (твердий стан) при нагріванні до дуже високої температури +1539 °С перетворюється в рідину, а при температурі +3200 °С стає газоподібним. Газ азот – складова частина повітря – при охолодженні до температури –210 °С перетворюється в рідину. Річ у тому, що температури, за яких відбувається зміна агрегатного стану, у всіх речовин різні. Температура на поверхні Землі може коливатися від –80 °С до +50 °С. Для більшості речовин такі коливання температур не приводять до зміни їх агрегатного стану. Ось чому ми звичайно стикаємося з твердим залізом, газоподібними киснем, азотом, воднем

тема 4

прості речовини. Складаються з атомів одного хімічного елемента (є формою його існування у вільному стані). Всі прості речовини в неорганічній хімії поділяються на дві великі групи:

· Метали;

· Неметали.

Органічна хімія не має справи з простими речовинами.

складні речовини. Складні речовини — це речовини, молекули яких складаються з атомів двох і більше хімічних елементів.

Більшу частину складних неорганічних речовин можна розділити на такі групи:

· Оксиди;

· Солі;

· Основи;

· Кислоти;

Також можна виділити такі групи неорганічних речовин: карбіди, нітриди, гідриди, інтерметаліди і т. д., які не вкладаються в наведену вище класифікацію. Всі органічні сполуки є складними. Вони складаються в основному з атомів Карбону, Гідрогену та Оксигену.

Дата добавления: 2015-05-09