Строение вещества. Молекулы. Броуновское движение

Из чего состоит мел, вода и воздух. Почему запах распространяется. Что Броун увидел в микроскоп.

Почему кусок мела не такой простой, как кажется

Возьми в руку кусок мела. На первый взгляд всё понятно: мел твёрдый, вода жидкая, воздух невидимый. Стол выглядит сплошным. Камень выглядит сплошным. Капля воды тоже кажется целой.

Но физика говорит удивительную вещь: все вещества состоят из мельчайших частиц.

Эти частицы настолько малы, что их нельзя увидеть обычными глазами. Но они существуют. И более того — они постоянно движутся.

Молекула — это мельчайшая частица вещества, сохраняющая его основные свойства.

Если каплю воды всё время делить пополам, в конце концов мы дойдём до одной молекулы воды. Если разрушить молекулу — получится уже не вода, а другие частицы.

Раздели каплю — что получится?

Нажимай на шаги по порядку:

Большая капля воды

Большая капля воды. Она мокрая, прозрачная, может течь. Свойства воды налицо.

Разделили пополам — две капли воды

Получились две капли поменьше. Они всё ещё имеют свойства воды — такие же мокрые и прозрачные.

Делим ещё и ещё — крошечные капли

Капли стали такими маленькими, что их почти не видно. Но они всё ещё — вода.

Дошли до молекул воды

Это молекулы воды — мельчайшие частицы, которые ещё сохраняют свойства воды. Их нельзя разглядеть в обычную лупу.

Разрушили молекулу воды

Это уже не вода. Получились более простые частицы — атомы кислорода и водорода. Свойства воды исчезли. Вещество можно делить не бесконечно.

Насколько малы молекулы и как их «увидеть»

Молекулы невероятно малы. Если увеличить молекулу воды до размера горошины, то настоящая капля воды при таком же увеличении стала бы размером с большой зал.

Мы не видим молекулы, но можем наблюдать явления, которые доказывают их существование. Главное такое явление — диффузия.

Кто-то открыл флакон духов в одном углу комнаты. Через несколько минут запах чувствуется в другом углу. Никто не перенёс молекулы руками — они сами распространились.

Диффузия — это самопроизвольное перемешивание веществ из-за движения их частиц.

Диффузия происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах, но с разной скоростью:

Газы

Быстро

запах по комнате за минуты

Жидкости

Медленнее

краска в воде — за часы

Твёрдые

Очень медленно

свинец и золото — за годы

Важно: чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы, тем быстрее идёт диффузия. Сахар в горячем чае растворяется быстрее, чем в холодном.

Три главных свойства молекул: они движутся, между ними есть промежутки, они взаимодействуют друг с другом (притягиваются и отталкиваются).

Что доказывает этот опыт? 1 / 6

правильных ответов

Броуновское движение

В 1827 году учёный Роберт Броун рассматривал в микроскоп крошечные частицы пыльцы в воде. Он заметил странную вещь: частицы всё время дрожали и беспорядочно двигались. Такое же движение показывали и неживые частицы.

Броуновское движение — это беспорядочное движение очень маленьких частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием ударов молекул.

Частицы пыльцы не сами «хотят» двигаться. Их постоянно толкают молекулы воды. Молекулы ударяют по частице со всех сторон. Удары неравномерны: с одной стороны чуть сильнее, с другой — слабее. Частица дёргается.

Представь воздушный шарик, а вокруг него бегают ученики и случайно его толкают: один слева, двое справа, кто-то снизу. Шарик движется непредсказуемо — именно так двигается броуновская частица.

Броуновское движение — это прямое доказательство того, что молекулы существуют и постоянно движутся. Мы не видим молекулы воды, но видим их действие.

Броуновское движение в действии

Большая оранжевая частица — это «броуновская частица». Маленькие синие точки — молекулы воды. Нажми «Запустить» и наблюдай — частица движется беспорядочно, след показывает её путь.

Частица пыльцы Молекулы воды След частицы

Верю — не верю

Нажми «Верно» или «Неверно» для каждого утверждения:

Все вещества состоят из частиц.

Да, это основная идея молекулярно-кинетической теории.

Молекулы в веществе всегда неподвижны.

Неверно. Молекулы постоянно и беспорядочно движутся.

Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы.

Верно. Именно поэтому диффузия при нагревании идёт быстрее.

Броуновское движение доказывает, что молекулы движутся.

Верно. Видимые частицы двигаются хаотично из-за ударов невидимых молекул.

Диффузия происходит только в газах.

Неверно. Диффузия происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах — просто с разной скоростью.

В твёрдом теле молекулы совсем не движутся.

Неверно. В твёрдых телах молекулы тоже движутся — они колеблются около своих мест.

Мини-опыты

Опыт 1. Диффузия в воде

Нужно

Прозрачный стакан с водой и капля краски, чернил или крепкого чая.

Что делать

Налей воду в стакан. Аккуратно добавь каплю краски. Не перемешивай. Наблюдай несколько минут.

Что увидишь

Краска начнёт медленно расходиться по воде.

Вывод: частицы краски и молекулы воды движутся и постепенно перемешиваются — это диффузия.

Опыт 2. Диффузия в тёплой и холодной воде

Нужно

Два стакана: один с холодной водой, другой с тёплой. Краска или крепкий чай.

Что делать

Капни одинаковое количество краски в оба стакана одновременно. Не перемешивай. Следи, где краска распространится быстрее.

Что увидишь

В тёплой воде краска разойдётся заметно быстрее.

Вывод: в тёплой воде молекулы движутся быстрее, поэтому диффузия идёт быстрее. Температура влияет на скорость движения молекул.

Опыт 3. Запах в комнате

Нужно

Апельсин, духи, мыло или любой предмет с запахом.

Что делать

Положи предмет в одном конце комнаты. Отойди в другой конец. Подожди.

Что заметишь

Через некоторое время запах начнёт чувствоваться на расстоянии.

Вывод: молекулы пахучего вещества движутся и перемешиваются с молекулами воздуха — это диффузия в газах.

Типичные ошибки

«Броуновское движение — это движение молекул». Не совсем. Броуновское движение — это движение маленьких видимых частиц, которые толкают невидимые молекулы. Сами молекулы мы не видим даже в школьный микроскоп.

«В твёрдом теле молекулы не движутся». Движутся — просто они не разлетаются свободно, а колеблются около своих мест. Именно поэтому твёрдые тела сохраняют форму.

«Диффузия — это перемешивание ложкой». Нет. Если мешать ложкой, это механическое перемешивание. Диффузия происходит сама, без внешнего воздействия — из-за движения частиц вещества.

Главное

Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул (и атомов).
Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства.
Между молекулами есть промежутки. Молекулы постоянно движутся. Молекулы взаимодействуют.
Диффузия — самопроизвольное перемешивание веществ. Быстрее в газах, медленнее в жидкостях, очень медленно в твёрдых телах.
Чем выше температура — тем быстрее движутся молекулы, тем быстрее диффузия.
Броуновское движение — беспорядочное движение малых частиц от ударов молекул. Доказывает: молекулы существуют и движутся.

Материал подготовил: Безносов М.Н., учитель математики и физики.
Объяснение адаптировано для учеников 7 класса.