Строение вещества

1. Введение

В своей жизни мы до­ста­точ­но часто стал­ки­ва­ем­ся с раз­лич­ны­ми фи­зи­че­ски­ми яв­ле­ни­я­ми, и на­ше­го жиз­нен­но­го опыта обыч­но вполне хва­та­ет, чтобы объ­яс­нить мно­гое из уви­ден­но­го. И не толь­ко объ­яс­нить, но пред­ска­зать ход того или иного яв­ле­ния.

На­при­мер, каж­дый из вас может пред­ска­зать, что если по­ме­стить тер­мо­метр в сосуд с го­ря­чей водой, то уро­вень ртути в тер­мо­мет­ре под­ни­мет­ся. Если по­ло­жить ку­со­чек льда в ки­пя­щую воду, то лед рас­пла­вит­ся. Если раз­вя­зать за­вя­зоч­ки воз­душ­но­го шара, то воз­дух вый­дет из него.

А легко ли вам будет от­ве­тить, на­при­мер, на во­прос: оди­на­ко­во ли по­ве­дет себя капля под­сол­неч­но­го масла, если по­ме­стить ее на по­верх­ность стола и на по­верх­ность воды?

Рис. 1. Как по­ве­дет себя капля под­сол­неч­но­го масла на по­верх­но­сти ла­ки­ро­ван­но­го стола и на по­верх­но­сти воды?

Или, на­при­мер, вы со­бра­лись по­стро­ить мо­дель са­мо­ле­та или аэро­пла­на и вы­би­ра­е­те ма­те­ри­ал для его по­строй­ки. Ка­ки­ми свой­ства­ми дол­жен будет об­ла­дать вы­бран­ный ма­те­ри­ал?

По­доб­ные во­про­сы уже вы­зы­ва­ют опре­де­лен­ные за­труд­не­ния. Это про­ис­хо­дит по­то­му, что нам не хва­та­ет све­де­ний о стро­е­нии ве­ществ. Имен­но об этом и пой­дет се­год­ня речь.

 2. Вещество состоит из частиц

По­ста­вим ряд опы­тов, чтобы по­нять, какое же стро­е­ние имеют раз­лич­ные ве­ще­ства.

Возь­мем ку­со­чек мела. Можно ли его раз­де­лить на части? Да, без­услов­но, можно. А еще на более мел­кие части? Можно. До­ста­точ­но про­ве­сти по нему паль­цем, и на паль­це оста­нет­ся след. Это ча­сти­цы мела.

Рис. 2. Следы мела на паль­цах – это мель­чай­шие ча­сти­цы мела

В этом со­су­де под­кра­шен­ная жид­кость. Можно ли раз­де­лить ее на более мел­кие пор­ции? Возь­мем вто­рой ста­кан и ото­льем немно­го жид­ко­сти. Что на­хо­дит­ся в ста­кане? Ча­сти­цы жид­ко­сти. А можно ли жид­кость раз­де­лить на более мел­кие пор­ции? Можно. Возь­мем еще один ста­кан и ото­льём туда еще часть жид­ко­сти. На­ко­нец, жид­кость можно раз­де­лить на необы­чай­но ма­лень­кие пор­ции, рас­пы­ляя ее из пуль­ве­ри­за­то­ра.

Рис. 3. Пуль­ве­ри­за­тор поз­во­ля­ет раз­де­лить воду на очень ма­лень­кие пор­ции – ка­пель­ки

Из чего же со­сто­ит ве­ще­ство? Можно сде­лать вывод, что любое ве­ще­ство со­сто­ит из ча­стиц. Из по­сле­ду­ю­щих опы­тов мы узна­ем, каков ха­рак­тер дви­же­ния этих ча­стиц и их рас­по­ло­же­ние.

 3. Между частицами есть промежутки

На­ду­тый воз­душ­ный шарик, если при­ло­жить уси­лия, можно за­мет­но сжать. При этом число ча­стиц в ша­ри­ке оста­ет­ся тем же самым, но форма и объем ша­ри­ка из­ме­ня­ют­ся.

Рис. 4. Сжи­мая шарик, мы умень­ша­ем рас­сто­я­ние между ча­сти­ца­ми воз­ду­ха, на­хо­дя­ще­го­ся в нем

Можно взять самую обык­но­вен­ную ре­зин­ку и, при­ло­жив уси­лия,  рас­тя­нуть ее. При этом снова из­ме­ня­ют­ся и форма, и раз­мер ре­зин­ки, но ко­ли­че­ство ча­стиц и в этом слу­чае оста­ет­ся преж­ним.

Рис. 5. Рас­тя­ги­вая ре­зин­ку, мы уве­ли­чи­ва­ем рас­сто­я­ние между ча­сти­ца­ми, из ко­то­рых она со­сто­ит

В пер­вом слу­чае мы сжи­ма­ли пред­мет, во вто­ром слу­чае рас­тя­ги­ва­ли его. Из этих опы­тов можно сде­лать вывод, что между ча­сти­ца­ми ве­ще­ства есть про­ме­жут­ки.

Про­ве­дем еще один опыт, на­гляд­но до­ка­зы­ва­ю­щий, что это дей­стви­тель­но так. Возь­мем мед­ный шарик, ко­то­рый в обыч­ных усло­ви­ях про­хо­дит через коль­цо. Если же этот шарик на­греть, то про­ме­жут­ки между ча­сти­ца­ми долж­ны из­ме­нить­ся. Через неко­то­рое время, когда шарик на­гре­ет­ся, по­про­бу­ем вновь по­ме­стить его в коль­цо. Мы уви­дим, что шарик за­стре­ва­ет в коль­це.

Рис. 6. Хо­лод­ный шарик сво­бод­но про­хо­дит через коль­цо, а на­гре­тый – за­стре­ва­ет

Можно сде­лать вывод о том, что объем ша­ри­ка уве­ли­чил­ся. Это до­ка­зы­ва­ет, что про­ме­жут­ки между ча­сти­ца­ми могут из­ме­нять­ся, уве­ли­чи­вать­ся или умень­шать­ся.

На этом прин­ци­пе ос­но­ва­но дей­ствие са­мо­го обык­но­вен­но­го тер­мо­мет­ра, стол­бик ко­то­ро­го со­сто­ит из под­кра­шен­но­го спир­то­во­го рас­тво­ра. При по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры рас­твор на­чи­на­ет уве­ли­чи­вать­ся в объ­е­ме, про­ме­жут­ки между ча­сти­ца­ми уве­ли­чи­ва­ют­ся, и стол­бик дви­жет­ся вверх, по­ка­зы­вая все более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру.

Рис. 7. При по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры спир­то­вой рас­твор в ша­ри­ке и стол­би­ке тер­мо­мет­ра рас­ши­ря­ет­ся, так как уве­ли­чи­ва­ет­ся рас­сто­я­ние между ча­сти­ца­ми, из ко­то­рых рас­твор со­сто­ит

 4. Почему мы не видим частиц, из которых состоят вещества?

Мы с вами видим раз­лич­ные пред­ме­ты – это и стол, и доска, и стек­лян­ный сосуд. Мы утвер­жда­ем, что все они со­сто­ят из ча­стиц, но по­че­му же мы не видим эти ча­сти­цы?

Чтобы по­нять это, про­ве­дем сле­ду­ю­щий экс­пе­ри­мент. Возь­мем под­кра­шен­ную жид­кость (на­при­мер, обык­но­вен­ные чер­ни­ла) и пе­ре­не­сем в сосуд с водой толь­ко лишь неболь­шое ко­ли­че­ство этой жид­ко­сти (до­ста­точ­но одной капли чер­нил). Мы уви­дим, что неболь­шая часть ча­стиц кра­си­те­ля, вхо­дя­ще­го в со­став чер­нил, попав в воду, окра­си­ла всю воду це­ли­ком. По­про­бу­ем по­вто­рить этот экс­пе­ри­мент. Снова пе­ре­льем неболь­шую часть под­кра­шен­ной воды в сле­ду­ю­щий сосуд с чи­стой водой. Те­перь уже ко­ли­че­ство ча­стиц кра­си­те­ля, по­пав­ших в тре­тий сосуд, стало во много раз мень­ше, чем было в капле чер­нил. Но даже их до­ста­точ­но, чтобы весь объем воды ока­зал­ся окра­шен­ным. Зна­чит, ча­сти­цы, из ко­то­рых со­сто­ят ве­ще­ства (в нашем при­ме­ре это ча­сти­цы кра­си­те­ля) очень малы, а их ко­ли­че­ство огром­но.

 5. Выводы

Итак, мы при­шли к сле­ду­ю­щим важ­ным вы­во­дам:

1. все ве­ще­ства со­сто­ят из ча­стиц;
2. между ча­сти­ца­ми есть про­ме­жут­ки;
3. раз­ме­ры ча­стиц очень малы, а их ко­ли­че­ство в ве­ще­стве огром­но.

Но те­перь перед нами воз­ни­ка­ет новый во­прос: а можно ли де­лить ве­ще­ство на ча­сти­цы до бес­ко­неч­но­сти? Ответ на него будет темой сле­ду­ю­ще­го за­ня­тия.