Стол, вода, воздух и даже твоё тело выглядят сплошными. Однако внутри каждого вещества находится огромное количество частиц, которые непрерывно движутся и взаимодействуют. Молекулы не видно в обычный микроскоп — значит, придётся доказывать их существование по следам, которые они оставляют.
Супермикроскоп
Загляни внутрь трёх обычных предметов
Двигай ползунок увеличения. На каждом шаге ты приближаешься к веществу всё сильнее: сначала видишь предмет целиком, потом поверхность, потом отдельные крупинки — и наконец модель частиц.
Металлический кубик
Шаг 1 из 4
Стакан воды
Шаг 1 из 4
Воздушный шар
Шаг 1 из 4
Это модель. Настоящие атомы и молекулы устроены сложнее и не выглядят как цветные шарики. Мы рисуем их кружками только для того, чтобы показать расположение и движение — размеры и расстояния на картинке тоже условные.
Налей воду в стакан — она выглядит совершенно сплошной. Никаких зёрен, крупинок или промежутков не видно даже вблизи. То же самое с металлом, стеклом, деревом.
Если вода состоит из отдельных молекул, почему мы не видим между ними промежутков?
Ответ не получится просто увидеть. Зато его можно получить косвенно: поставить опыт, результат которого будет разным для сплошного вещества и для вещества из частиц.
Опыт 1. Смешай воду и спиртСначала прогноз
В одном цилиндре 50 мл воды, в другом — 50 мл спирта. Их сольют в общий цилиндр. Сколько получится? Сначала выбери прогноз, потом проводи опыт.
частицы воды (крупнее) частицы спирта (мельче)
Важно про модель. Крупные и мелкие шарики — это упрощённое объяснение «на пальцах». В действительности уменьшение объёма связано не только с размерами молекул, но и с тем, как молекулы воды и спирта притягиваются друг к другу и перестраиваются при смешивании.
Что показывает уменьшение общего объёма?
Промежуточный вывод. Вещество не является абсолютно сплошным. Оно состоит из отдельных частиц, между которыми имеются промежутки.
Опыт 2. Можно ли делить бесконечно?6 шагов
Возьмём кристаллик соли и будем делить его пополам снова и снова. Дойдём ли мы до бесконечно малой крупинки соли?
Шаг 1
Деление нельзя продолжать бесконечно. На каком-то шаге получится наименьшая частица, которая ещё сохраняет свойства этого вещества. Разделишь её дальше — и это будет уже не соль.
Молекула — наименьшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства. Молекула воды состоит из трёх атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода. Атом — частица, из которых состоят молекулы. Атомов известно немного, а молекул из них можно собрать огромное количество. Ион — атом или группа атомов, получившие электрический заряд. Из ионов построены, например, кристаллы поваренной соли.
Строение самого атома — тема отдельного разговора. Сейчас достаточно понимать: вещество не бесконечно делимо, у него есть «кирпичики».
Опыт 3. Собери вещество из частицПеретаскивание не нужно — просто нажимай
Выбери вещество и собери его из подходящих частиц. Нажимай на нужные «кирпичики» в правильном количестве.
Разные вещества состоят из разных частиц. И наоборот: если вещество одно и то же, его частицы одинаковы — молекула воды в океане и в чашке чая устроена совершенно одинаково.
Положение 1
Первое положение молекулярно-кинетической теории
Все вещества состоят из мельчайших частиц: атомов, молекул или ионов. Между частицами имеются промежутки.
Что это подтверждает
вещество можно дробить на всё более мелкие части;
при смешивании воды и спирта объём уменьшается;
сахар растворяется и «расходится» по всей воде;
газы легко сжимаются — значит, между частицами есть место;
современные приборы дают изображения отдельных атомов;
одни вещества проникают в промежутки между частицами других.
Мини-проверка
Три коротких вопроса
1. Почему одна капля краски окрашивает целый стакан воды?
2. Почему при смешивании двух жидкостей объём иногда меньше суммы объёмов?
3. Верно ли, что между молекулами твёрдого тела вообще нет промежутков?
Глава 2
Частицы неподвижны или постоянно движутся?
В стакан с водой аккуратно капнули краситель. Стакан никто не трогает, воду не перемешивают, стакан не нагревают. Проходит время — и вода окрашивается целиком.
Почему краситель расходится по всей воде, если его никто не перемешивает?
Прежде чем смотреть модель, выбери своё предположение. Проверим его опытом.
Лаборатория диффузииГлавный опыт главы
Два вещества сначала разделены. Убери перегородку и наблюдай, как они перемешиваются сами. Меняй агрегатное состояние и температуру — и сравнивай, где смешивание идёт быстрее.
Перегородка на месте
частицы вещества А (слева) частицы вещества Б (справа)
Перемешивание: 0 %. Убери перегородку, чтобы начать.
Обрати внимание. Никто не толкает частицы в определённую сторону — каждая движется беспорядочно и постоянно сталкивается с соседями. Вещества перемешиваются именно из-за этой беспорядочности, а не потому, что их «сдувает» в одну сторону.
Диффузия — самопроизвольное взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого. Диффузия происходит без перемешивания и без внешнего воздействия — только за счёт собственного движения частиц.
В режиме «Твёрдое тело» ты видел, что частицы почти не меняют своих мест: они лишь колеблются возле определённых положений. Диффузия там тоже идёт, но настолько медленно, что заметный результат появляется через месяцы и годы.
Сравни скорость диффузииРасставь по порядку
Поставь процессы в порядке от самого быстрого к самому медленному. Используй стрелки.
Температурная гонкаДва стакана одновременно
В два одинаковых стакана — с холодной и с горячей водой — одновременно капнули краситель. Где вода окрасится быстрее? Сначала предположи, потом запусти опыт.
Холодная, 10 °C
Горячая, 80 °C
Сначала выбери прогноз.
Закончи вывод сам
Чем выше температура, тем ________ движутся частицы.
Температура тела как раз и связана с тем, насколько интенсивно движутся его частицы. Нагрели вещество — частицы стали двигаться быстрее, диффузия пошла быстрее. Точную связь между температурой и скоростью частиц вы разберёте позже.
Виртуальный микроскоп: броуновское движение4 режима наблюдения
Под микроскопом видна крупинка краски в воде. Её никто не толкает, вода спокойна — но крупинка не стоит на месте. Включи режим «Показать молекулы воды» и посмотри почему.
Обычный вид
видимая крупинка краски молекулы воды (в обычный микроскоп не видны)
Не перепутай. Крупинка, которую видно в микроскоп, — это не молекула. Она в тысячи раз крупнее молекул и состоит из огромного их количества. Сами молекулы воды мы не видим — мы видим только результат их ударов.
Что доказывает броуновское движение?
Положение 2
Второе положение молекулярно-кинетической теории
Частицы вещества непрерывно и беспорядочно движутся. Скорость их движения зависит от температуры.
Что это подтверждает
диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах;
броуновское движение крупинки в жидкости;
запах распространяется по комнате без ветра;
вещества растворяются сами, без перемешивания;
при нагревании диффузия идёт заметно быстрее;
испарение жидкости с открытой поверхности.
Кто двигается правильно?Найди корректную модель
Перед тобой четыре модели движения частиц газа. Только одна из них соответствует тому, что происходит на самом деле. Выбери её.
Модель А
Модель Б
Модель В
Модель Г
Даже в твёрдом теле частицы не стоят совершенно неподвижно: они колеблются около своих положений. Полная неподвижность частиц не наблюдается ни в одном веществе.
Глава 3
Почему частицы не разлетаются и не слипаются?
Два наблюдения, которые кажутся противоположными. Растянутая резинка возвращается к прежней форме — значит, что-то стягивает её обратно. А сжатый воздух в шприце с закрытым отверстием упирается и не даёт поршню дойти до конца — значит, что-то сопротивляется сближению.
Если между частицами есть промежутки, почему тело не рассыпается? И почему его нельзя сжать до нулевого объёма?
Похоже, между частицами действуют силы. Причём сразу двух видов — и результат зависит от расстояния.
Две частицы: притяжение и отталкиваниеДвигай ползунок расстояния
Меняй расстояние между двумя частицами и следи за стрелками сил. Найди положение, в котором притяжение и отталкивание уравновешены.
На больших расстояниях взаимодействие быстро ослабевает. На обычном расстоянии притяжение и отталкивание уравновешиваются — частицы сохраняют устойчивое взаимное расположение. При сильном сближении резко возрастает отталкивание, поэтому вещество трудно сжать.
Разобраться подробнее: как это выглядит на графике
Физики описывают взаимодействие двух частиц одной кривой: по горизонтали — расстояние, по вертикали — сила. Ниже нуля — притяжение, выше нуля — отталкивание.
Точка, где кривая пересекает ноль, — то самое устойчивое расстояние. Слева от неё побеждает отталкивание, справа — притяжение, а далеко справа кривая почти прижимается к нулю. Запоминать этот график в 8 классе не нужно — важно понимать смысл.
Опыт: свинцовые цилиндры4 шага
Классический школьный опыт. Два свинцовых цилиндра пытаются соединить — и получается это далеко не сразу.
Шаг 1 из 4
Поверхности, которые кажутся гладкими, на микроскопическом уровне покрыты неровностями. Из-за них частицы двух тел обычно не подходят друг к другу достаточно близко — и притяжение не проявляется. Уберёшь неровности и грязь, прижмёшь сильнее — частицы сблизятся, и цилиндры сцепятся.
Растяни, сожми, сдвинь, разорвиМодель твёрдого тела
Перед тобой условная решётка частиц твёрдого тела. Выбери действие и посмотри, что происходит с расстояниями и силами.
Отсюда и берутся привычные свойства тел: упругость — притяжение возвращает частицы назад; сопротивление сжатию — отталкивание не даёт сблизиться; прочность и разрушение — если развести части тела слишком далеко, связь между ними пропадает.
Почему клей склеивает?Один шаг
Две поверхности с микронеровностями не соприкасаются по-настоящему: между ними остаются пустоты. Нанеси клей и посмотри, что изменится.
Жидкий клей затекает в неровности и подходит вплотную к обеим поверхностям. Затвердев, он оказывается связан с ними взаимодействием частиц — поэтому детали и держатся вместе. По той же причине работает сварка: там частицы двух деталей сближают, расплавляя металл.
Положение 3
Третье положение молекулярно-кинетической теории
Частицы вещества взаимодействуют друг с другом: на определённых расстояниях притягиваются, а при очень сильном сближении отталкиваются.
Что это подтверждает
существуют твёрдые тела и жидкости, а не только газ;
упругость: резинка и пружина возвращают форму;
тела сопротивляются сжатию;
сцепление очищенных свинцовых цилиндров;
жидкость собирается в капли;
поверхностное натяжение удерживает лёгкие предметы на воде;
склеивание и сварка материалов.
Глава 4
Три положения работают вместе
По отдельности каждое положение объясняет немного. А вместе они объясняют главное: почему одно и то же вещество бывает твёрдым, жидким и газообразным — и ведёт себя при этом совершенно по-разному.
Лёд, вода, пар — одни и те же молекулыСравни три состояния
Молекулы воды во льду, в воде и в паре одинаковые. Различаются расстояния между ними, характер движения и сила взаимодействия. Переключай состояние и меняй температуру.
Расположение частиц
—
Расстояние между частицами
—
Характер движения
—
Скорость движения
—
Взаимодействие
—
Сохраняет форму
—
Сохраняет объём
—
Обрати внимание: при нагревании увеличиваются скорость движения и расстояния между частицами. Сами частицы при этом не растут и не меняются.
Найди ошибки в моделиОтметь все неверные утверждения
Ниже шесть утверждений о модели частиц. Часть из них неверна. Нажимай на те, которые считаешь ошибочными — сразу увидишь разбор.
Найдено ошибок: 0 из 4.
Не путай
Пять частых заблуждений
Эти ошибки встречаются чаще всего. Нажми на карточку, чтобы увидеть, как правильно.
✕Между молекулами находится воздух
Как правильно. Между частицами вещества есть промежутки, но в них не обязательно находится другое вещество. В самом воздухе тоже есть молекулы и промежутки между ними — иначе пришлось бы искать «воздух внутри воздуха».
✕При нагревании молекулы становятся больше
Как правильно. При нагревании растут скорость движения частиц и среднее расстояние между ними. Размер самих молекул при этом практически не меняется — тело расширяется не потому, что частицы «раздулись».
✕В твёрдом теле молекулы неподвижны
Как правильно. Частицы твёрдого тела колеблются около определённых положений. Они почти не меняют соседей, но полностью неподвижными не бывают — именно поэтому в твёрдых телах возможна очень медленная диффузия.
✕Броуновское движение — это движение молекул под микроскопом
Как правильно. Под микроскопом видно движение сравнительно крупной частицы — например, крупинки краски. Она в тысячи раз больше молекулы. Мы наблюдаем не молекулы, а результат их беспорядочных ударов.
✕Если частицы притягиваются, они должны полностью слипнуться
Как правильно. При сильном сближении резко возрастает отталкивание. Поэтому частицы останавливаются на определённом расстоянии, где притяжение и отталкивание уравновешены — и вещество не схлопывается.
Виртуальная лаборатория
Докажи положения МКТ
Три станции. На каждой ты сначала получаешь результат наблюдения, а потом решаешь, какое положение теории оно подтверждает.
1Существование частиц
Смешиваем 50 мл воды и 50 мл спирта в общем цилиндре и измеряем итоговый объём.
Какое положение подтверждает этот опыт?
2Движение частиц
В холодную и горячую воду одновременно добавляем краситель и засекаем время полного окрашивания.
Какое положение подтверждает этот опыт?
3Взаимодействие частиц
Сближаем две очищенные свинцовые поверхности и с силой прижимаем их друг к другу, затем пробуем разъединить.
Какое положение подтверждает этот опыт?
Ход исследования
1Ты наблюдал явление
2Ты объяснил его с помощью модели частиц
3Ты связал наблюдение с положением МКТ
Исследование завершено: все три положения подтверждены опытом.
Явление → выводСоедини пары
Выбери явление слева, затем вывод справа. Каждое явление о чём-то говорит — иногда несколько явлений ведут к одному выводу.
Явление или опыт
Вывод о веществе
Соединено пар: 0 из 8.
Итог урока
Три положения и их доказательства
1
Вещество состоит из частиц
дробление вещества
растворение
изменение объёма при смешивании
изображения атомов современными приборами
2
Частицы непрерывно движутся
диффузия
броуновское движение
распространение запахов
ускорение диффузии при нагревании
3
Частицы взаимодействуют
прочность и упругость тел
сопротивление сжатию
сцепление очищенных поверхностей
существование жидкостей и твёрдых тел
Главный вывод. Свойства вещества зависят не только от того, из каких частиц оно состоит, но и от их движения, расположения и взаимодействия. Именно поэтому одни и те же молекулы воды дают и твёрдый лёд, и текучую воду, и невидимый пар.
Финальная проверка
Десять заданий
Задания разные: где-то нужно выбрать ответ, где-то — расставить порядок или дописать слово. После каждого ответа появится объяснение.
Задание 1Объясни наблюдение
Почему запах духов постепенно ощущается во всей комнате?
Задание 2Сравни холодное и горячее
Почему сахар растворяется в горячем чае быстрее, чем в холодном?
Задание 3Выбери верное утверждение
Почему твёрдое тело очень трудно сжать?
Задание 4Дополни предложение
При нагревании вещества скорость движения его частиц …
Задание 5Расставь по порядку
Расположи процессы от самой быстрой диффузии к самой медленной.
Задание 6Найди ошибку в модели
На рисунке газ изображён так: частицы стоят неподвижно на равных расстояниях. Что здесь неверно?
Задание 7Предскажи результат
Две обычные металлические пластинки плотно прижали друг к другу. Слипнутся ли они?
Задание 8Выбери подтверждение
Какое наблюдение подтверждает второе положение МКТ?
Задание 9Определи состояние
Посмотри на модель. Частицы расположены близко, но постоянно меняют соседей и перетекают. Какое это состояние?
Задание 10Объясни наблюдение
Почему диффузия в твёрдых телах идёт намного медленнее, чем в газах?
Результат
Как ты понял тему
Строение вещества0/3
Движение частиц0/5
Взаимодействие частиц0/2
Ответь на задания — здесь появится разбор по направлениям.