Атомы и молекулы

Тема урока – атомы и молекулы. Представление о том, что материя состоит из неких элементарных блоков (атомов) зародилось в Древней Греции, в трудах философов-материалистов. Вновь об атомах заговорили в 18-19 веках, когда создавалась молекулярно-кинетическая теория газов.

Строение материи

Классическая физика считала атомы – элементарными частицами материи. Они обладали набором характеристик (зарядом и массой) и могли образовывать соединения – молекулы. Именно из молекул строится всякое вещество, при этом молекула может состоять из одного атома (как в случае благородных газов, кислорода, ртути и т.д.).

Молекула воды

Рис. 1. Молекула воды.

О строении самих элементарных частиц материи представления не было. Считалось, что они неуничтожимы, неделимы и не могут превращаться друг в друга. Такой взгляд привел к созданию молекулярно-кинетической теории, которая решила вопросы своего времени.

Учеными 19-го века также было получено число Авагадро $N_A = {6,022 \cdot 10^{23}} моль^{-1}$, т.е. количество молекул (атомов) в 1 моле вещества (т.е. в 12 г углерода C-12).

Исходя из этого параметра легко получить формулу числа молекул (атомов) в любом количестве вещества: $N = {{m \over M} \cdot N_A}$, где M – молярная масса.

Параметры молекул и атомов

Методами химии и физики удалось измерить размеры молекул и атомов, а также их массы.

К примеру, диаметр молекулы кислорода $O_2$ составляет примерно $3 \cdot 10^{-10}$ м, а масса $53 \cdot 10^-27$ кг. В то же время атом кислорода намного меньше – $d = {4,8 \cdot 10^{-11}}$. Его абсолютную массу можно получить, если атомную массу кислорода, взятую из таблицы Менделеева, умножить на $1 a.е.м. = 1,66 \cdot 10^{-27} кг$. Тогда масса атома кислорода $m = {15,99 \cdot {1,66 \cdot 10^{-27}}} = {26,54 \cdot 10^{-27}} кг$.

Молекула кислорода

Рис. 2. Молекула кислорода.

Из сравнения этих величин видно, что масса молекулы кислорода равна сумме масс двух атомов кислорода, но о размерах сказать тоже самое нельзя. Разница в один порядок. Дело в том, что атомы в молекулах находятся на определенном расстоянии друг от друга. В твердых телах это расстояние наименьшее, в газах – наибольшее.

20-й век

Опыты Томсона (1897 г.) и Резефорда (1911 г.) привели к революции: атом более не был элементарной частицей материи. Появилась планетарная модель, согласно которой атом состоял из массивного ядра и вращающегося вокруг него электрона. Позднее Резерфордом и его учениками было установлено, что ядра в свою очередь состоят из протонов (частица с теми же зарядом и массой, что у водорода H-1) и нейтронов (нейтральных частиц, обладающих массой).

Планетарная модель атома

Рис. 3. Планетарная модель атома.

Со временем от планетарной модели отказались. К этому привело противоречие: в классическом представлении вращающиеся электроны должны испускать энергию и в конечном итоге падать на ядро атома. Этого не происходило. Объяснение дала квантово-механическая модель атома.

Задачи

  • Какова масса молекулы воды, если молярная масса водорода – 1 моль, а кислорода – 16?

Решение

Так как молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, запишем выражение для молярной массы воды:

$M_{H_2O} = 2M_H + M_O = 18$

Тогда масса воды:

$m = {M_{H_2O} \cdot 1 а.е.м.} = {18 \cdot {1,66 \cdot 10^{-27}}} = {30 \cdot {1,66 \cdot 10^{-27}}} кг$

  • Известно, что масса двухатомной молекулы некоторого вещества равна $97,1 \cdot 10^{-27}$. Что это за вещество?

Решение

$M = {m \over N_a} = {97,1 \over 1,66} = 58,5 моль$

Поскольку вещество двухатомное, то 58,5 моль – это сумма молярных масс двух различных атомов. Такую сумму дают молярные массы Na и Cl. Из этого следует, что искомое вещество – хлорид натрия, т.е. соль. Такую же формулу имеет минерал Галит.

Что мы узнали?

В ходе урока были рассмотрены строение атома и молекул, а также проведено сравнение масс некоторых молекул и атомов и их размеров. Для закрепления пройденного материала были решены две простые задачи.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 91.

Предметы