Вопрос о строении материи издавна интересовало людей.
Но в течение тысячелетий невозможно проверить высказанные догадки и обосновать их. Однако постепенно картина становилась яснее. Все современные представления о строении материи основываются на трех основных положениях.
1. Все тела состоят из частиц.
2. Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении.
3. Частицы взаимодействуют друг с другом.
Что же это за частицы? Еще древнегреческий ученый Демокрит утверждал, что в мире существуют только атомы и пустота. Атомами он называл мельчайшие частицы вещества (слово «атом» означает «неделимый»). После долгих исследований удалось наконец получить доказательства существования атомов, однако почти сразу выяснилось, что они не являются неделимыми, а сами состоят из элементарных частиц. Как же мы сегодня представляем себе атом? Атомы очень малы по размерам (примерно одна десятимиллионная доля миллиметра). Можно привести известные сравнения: если бы атомы увеличились до размеров маленького капли воды, то такая капля могла бы накрыть довольно большой город! Однако даже этот маленький объем почти весь пустой! Атом очень напоминает Солнечную систему в миниатюре: посередине крохотное ядро, а вокруг ядра движутся электроны. Ядро имеет положительный электрический заряд, а электроны - отрицательный. Итак, между ними действует сила электрического притяжения. Она не дает электронам покинуть атом. Диаметр ядра в 100 000 раз меньше, чем диаметр атома! В состав ядра входят два типа частиц: нейтроны (нейтральные частицы) и протоны (они имеют положительный электрический заряд). Масса каждой из этих частиц почти в 2000 раз превышает массу электрона.
Надо показать условные изображения простых атомов.
Сейчас существует много доказательств существования атомов. Наиболее убедительные для вас, наверное, изображения атомов, полученные на современном электронном микроскопе.
Фотографии молекулярных кристаллов.
Что необычного для нас в атомах? Разумеется, прежде всего - очень малые размеры. Но есть еще такое свойство, как одинаковость, невозможность различить атомы одного вещества (например, одинаковыми являются все атомы углерода или гелия). Сравним: сколько бы не было иголок на сосне, которые они не были похожи, но всегда можно найти хоть какие-то различия (например, точное взвешивание покажет, что массы иголок несколько отличаются).
Атомы объединяются в группы и образуют молекулы. Различные вещества состоят из разных молекул. Например, вода - из молекул воды, которая, в свою очередь, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (надо показать рисунок или соответствующее изображение на экране). А вот молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов кислорода. Различных видов атомов существует около ста, а различных молекул - миллионы!
Можно сказать о существовании гигантских молекул с большим числом атомов.
Вещество состоит из атомов, которые могут объединяться в молекулы. Атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов.
Откуда мы знаем про движение атомов и молекул? Приведем пока лишь один факт. В начале XIX века английский ботаник Броун наблюдал под микроскопом крошечные частицы растительного происхождения (споры), которые находились в воде. Он с удивлением убедился, что такие частицы никогда не находятся в покое!
Можно показать «траектории» движения броуновских частиц.
Опыт показывает, что не следует на данном этапе вспоминать изотопы. Ученикам нужно говорить правду, только правду, но не всю правду ...
Первые подозрения, что эти частицы «живые», оказались неверными: такое движение наблюдается для частиц любого состава, если они достаточно малы. Остановить это движение невозможно. Однако ослабить его можно, если снизить температуру. Объяснение броуновского движения было найдено позже: это движение объясняется движением невидимых даже под микроскопом молекул жидкости. Поскольку это движение хаотично, молекулы «толкают» броуновская частичку чуть сильнее то в одну, то в другую.
Модель хаотического движения молекул.
Итак, броуновское движение свидетельствует о непрерывном хаотическое движение молекул вещества, скорость которого зависит от температуры: чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы.
Как вы думаете, на которых частицах можно наблюдать броуновское движение в воздухе?
Хаотическое движение молекул тем быстрее, чем выше температура вещества.
Если бы молекулы не взаимодействовали друг с другом, то они просто разлетелись бы (т.е. все тела превратились в газ). Однако между молекулами действуют довольно большие силы. Правда, они становятся, только когда молекулы расположены близко друг от друга. Это силы притяжения и отталкивания (можно подробнее обсудить, когда из этих сил преобладают).
Еще одно свидетельство о молекулярной структуре вещества и движение молекул дает явление диффузии.
Диффузией называют взаимное проникновение частиц одного вещества в другое, обусловленное хаотическим движением молекул.
Можно вспомнить или продемонстрировать распространения запахов в воздухе, показать диффузию медного купороса в воде (чтобы это была честная демонстрация явления, надо один из растворов готовить заранее, за 2-3 недели). Можно привести примеры диффузии в твердых телах («сварки» свинца и золота, меди и серебра). Можно кратко сообщить о диффузном сварки, которое позволяет соединить металл даже с керамическим материалом.