Атомы и молекулы: что о них известно

С изучения атомов и молекул начинается знакомство с химией. Современной науке известны миллионы молекул. Разобраться с их строением и свойствами помогут особенности мельчайшей частицы — атома.

Что такое атомы

С древних времен люди стремились изучить природу вещей, которые их окружали. Постепенно пришли к мысли о том, что все вокруг состоит из мельчайших частиц.

По мере развития науки появилось понятие об атомах и молекулах. Эти частички чрезвычайно малы, и невооруженным глазом их не разглядеть. Любое крошечное количество вещества, например, пылинка, содержит невероятно большое количество атомов и молекул.

Что же такое атом? Так называют мельчайшую химически неделимую частицу вещества, а также наименьшую часть химического элемента, которая отражает его свойства. Атомы очень маленькие: их размеры находятся в диапазоне от 1 до 5 ангстрем (обозначается — Å.). Один ангстрем — это 10⁻¹⁰ м.

Когда атомы только открыли, их считали самыми маленькими из возможных частиц. Но сегодня нам известна их внутренняя структура:

• В центре каждого атома есть ядро с определенной массой. В нем находятся положительно заряженные протоны и нейтральные частицы нейтроны. Вместе их называют нуклоны.
• Пространство вокруг ядра заполняют частицы с отрицательными зарядами — электроны.

Например, в атоме гелия есть ядро с двумя протонами и двумя нейтронами, а вокруг него двигаются по своим орбитам два электрона.

Элементарные или субатомные частицы во всех атомах одинаковы, отличается только их количество:

1. Протоны — это частицы, которые имеют положительный электрический заряд. Условно его обозначают +1. Символ протона — p⁺.
2. Нейтроны — это частицы, которые не имеют электрического заряда. У нейтронов он равняется нулю. Символ нейтронов — n⁰.
3. Электроны — это частицы, которые имеют отрицательный электрический заряд. Условно его обозначают -1. Символ электронов — e, е⁻.

Ядра атомов заряжены положительно, так как в них находятся положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны. По величине заряд соответствует количеству протонов в ядре и равен порядковому номеру элемента в периодической системе.

Заряды протонов и электронов одинаковые по величине, но имеют противоположные знаки. В любом атоме число протонов и электронов равно. Поэтому заряд ядра и суммарный заряд всех электронов также равны, но имеют противоположные знаки. Следовательно, атом — электронейтральная частица.

Каждый известный атом обозначен специальным символом — латинской буквой. Все они представлены в периодической системе Д. И. Менделеева.

На современном этапе развития науки ученые стремятся разрушить атом, чтобы получить еще более мелкие частички. Однако они очень неустойчивы, и добиться их долговременного существования пока не получается.

Что известно о молекулах

Атомы различным образом соединяются друг с другом. Как из букв алфавита составляются тысячи слов, так одни и те же атомы образуют молекулы большого количества разных веществ, которые видим в окружающем мире.

Молекулой называют наименьшую частицу вещества, которая определяет его свойства и способна к самостоятельному существованию. Каждая молекула строится из атомов, которые составляют ее массу:

• Вещество (например, сахар) можно размолоть до состояния пыли, но все равно каждая из крупинок будет включать огромное количество одинаковых молекул сахара и сохранит свойства, которыми обладает вещество.
• Даже если измельчить вещество до отдельных молекул (например, сахар растворить в воде), то вещество продолжит существовать и будет проявлять свои свойства (раствор будет сладким на вкус). Поэтому каждую самостоятельно существующую молекулу сахара можем называть веществом.
• Продолжая дробление, будем разрушать молекулы на атомы.
• Если же несколько атомов отделить, то разрушится вещество. Конечно, атомы не исчезнут, они станут частью других молекул, но сахар как вещество прекратит свое существование.

Таким образом, вещества не вечны, так как их молекулы не могут быть вечными. Однако их атомы практически вечны. В тех веществах и предметах, которые окружают нас сегодня, находятся атомы, которые существовали еще во времена динозавров, походов Александра Македонского и открытия Колумбом Америки.

Хоть молекулы и очень малы, их устройство определяют с помощью различных физических и химических методов. Чистые вещества состоят из молекул одного вида.

Если в физическом теле есть молекулы разных видов, то речь идет о смеси веществ. Когда в быту говорим о чистом воздухе, то называем так сложную смесь различных газообразных веществ. Химику придется серьезно поработать, чтобы выделить из нее отдельные чистые вещества.

Все вещества делят на простые и сложные:

• Молекулы простого вещества состоят из одинаковых атомов (азот, кислород, аргон, озон).
• Молекулы в сложном веществе составлены из атомов двух и более видов: углекислый газ, вода.

Часто физические тела состоят из молекул нескольких веществ. Их называют смесями. Важно не путать сложные вещества и смеси. Если в сложном веществе содержатся молекулы одного вида, то это не смесь.

Благодаря свойству атомов объединяться в разных вариациях количество веществ, как и видов молекул, бесконечно. Никто не сможет точно назвать число веществ, которые сегодня известны людям. Ориентировочно их количество исчисляется миллионами, а химики каждый день создают новые молекулы.

Таким образом все вещества, которые мы видим вокруг нас, состоят из молекул, а те, в свою очередь, построены из атомов. Ученым удалось исследовать мельчайшие частички — атомы — и подробно описать их структуру. Эти знания стали ключом к пониманию природы молекул и даже дали возможность создавать новые молекулы.