Александр Харс - Я познаю мир. Естествознание

Вопрос, какова природа вещества, был задан около 2000 лет назад поэтом и философом Лукрецием. Правильным ответом он считал утверждение, что все: вода, камни, животные, деревья – состоит из крошечных частичек, которые он называл корпускулами, или атомами. Он полагал, что атом нельзя раздробить, сломать, разрезать или разделить каким–то другим способом. Лукреций считал, что если чашу воды разделить на несколько капель, а каждую каплю еще на множество капель, то, продолжая такое деление дальше и дальше, в конце концов можно добраться до атомов, которые разделить не удастся.

В те же времена была популярна и другая теория, согласно которой вещество представляет собой сплошную, ровную массу без свободных промежутков, независимо от того, золото это или вода. Но эти промежутки должны существовать, если все состоит из частиц. Сторонники теории непрерывных веществ утверждали, что каплю воды, какого бы размера она не была, всегда можно разделить на еще более мелкие части.

Согласно теории Лукреция, все вещества построены из небольшого количества атомов, подобно тому, как бесконечное множество слов может быть составлено из букв одного и того же алфавита. Считалось, что атомы – это крошечные кирпичи мира, поэтому для того, чтобы изучать свойства веществ, нужно хорошо представлять себе свойства атомов.

Идея хороша, но, как и всякая идея, она требует доказательств. По традиции, ученые должны доказать, почему они считают идею верной, даже если никто не оспаривает их мнений.

Если атомы существуют, то каковы их размеры? Если мы разольем какую–нибудь жидкость тонким слоем, то толщина этого слоя будет зависеть от размера атомов. Если на поверхность огромного озера капнуть каплю масла, она будет растекаться до определенных пределов – до тех пор, пока самые маленькие частицы масла не окажутся выстроенными в один слой. Если бы таких частиц не существовало, капля масла продолжила бы растекаться, а слои становились бы все тоньше и тоньше до тех пор, пока масло не уперлось бы в берега озера. Но этого не происходит.

Кроме того, поскольку между частицами вещества находятся промежутки, между ними могут уместиться частицы другого вещества, как сможет уместиться песок в корзину, доверху наполненную картошкой. Примерно так же частицы соли умещаются между частицами воды. Если мы возьмем стакан воды и наполним его до краев так, чтобы нельзя было больше прилить ни одной капли, и будем осторожно всыпать в него соль, нам удастся всыпать почти чайную ложку, прежде чем вода начнет переливаться через край. Нам не удалось бы сделать это, если бы между частицами воды не было промежутков.

Между частицами вещества находятся промежутки ,в которые могут уместиться частицы другого вещества .Именно поэтому в полный стакан воды удается всыпать чайную ложку соли, не расплескав ни капли

Если взять литр спирта и литр воды и смешать их, итоговый объем окажется меньше двух литров. Это происходит потому, что частицы спирта заполняют пустые промежутки между частицами воды, так же, как в случае с солью.

Такие пустые промежутки между частицами есть не только в жидкостях и газах, но и в твердых телах. В этом можно убедиться, если знать, что под большим давлением вода проходит сквозь стенки металлического сосуда. Ядовитые газы проходят сквозь докрасна раскаленные стенки железных печей. Незнание этого факта стало причиной нескольких смертельных случаев.

Вряд ли является тайной, что воду можно разделить на водород и кислород, а соединив их обратно, можно получить воду. Значит, самая маленькая частица воды может быть разделена на две части.

Попробуем разделить кислород и водород. Многие годы, с тех пор как были открыты эти газы, не было придумано способа разложить их на еще более простые вещества. Это послужило причиной того, что водород и кислород стали называться химическими элементами, или просто элементами, то есть «простыми». Считается, что химические элементы состоят из атомов. Английский химик Дальтон писал, что атомы неделимы, вечны и не могут быть уничтожены. Ньютон утверждал, что атомы так тверды, что не могут износиться или сломаться на куски.

Атомы одного элемента не отличаются друг от друга, но атомы другого элемента отличаются от них. Сегодня известно более 100 элементов, из которых в природе встречаются чуть меньше 90. Остальные были получены искусственно и существуют очень недолго.

Молекула – это самая маленькая частица вещества, которая сохраняет все его свойства. То есть молекула воды, например, все еще сохраняет свойства воды, но если ее разделить, то получатся атомы с другими свойствами – водород и кислород.

Молекулы бывают очень разными. Они могут состоять из одного, нескольких или очень большого количества атомов. Молекулу могут образовывать одинаковые или разные атомы. Например, молекула воды образуется при соединении двух атомов водорода и одного атома кислорода. Известны сотни тысяч химических соединений, и каждый год открывают все больше новых. Как и слово, которое может быть составлено из букв, химические соединения могут быть составлены из элементов в невероятных количествах и сочетаниях.

Молекулы: 1 –водорода; 2 –нафталина

В твердых и жидких телах молекулы удерживаются вместе. Между ними действуют силы притяжения. Эти силы удерживают атомы железа в куске металла, атомы углерода в куске алмаза и молекулы воды в куске льда или капле воды. Силы притяжения между молекулами в твердых телах самые сильные. Именно поэтому твердое тело трудно разломать на части. Оно сопротивляется дроблению, и его трудно сжать или разорвать. Трос толщиной всего несколько сантиметров может удержать тепловоз, поднятый в воздух. Силы притяжения между молекулами не дают молекулам в твердом теле двигаться так, как это происходит в жидкостях и газах. Они сохраняют свое положение более или менее постоянным.

В жидкостях молекулы связаны между собой, но не так сильно, как в твердых телах. Галилей обнаружил это свойство жидкости, когда смотрел на капли воды на капустных листьях и обнаружил, что вода не растекается по всему листу, а остается в виде компактной капли. Такие же капли образуются, если вода оказывается пролитой на жирную поверхность. Сцепление молекул в газах очень слабое.

Если молекулы одного вещества притягиваются к молекулам другого вещества, говорят, что произошло смачивание или слипание. Сила смачивания может быть очень большой, например, между клеем и деревом, водой и стеклом, маслом и металлом. Смазка удерживается в подшипниках машин, несмотря на большое давление. Если бы смачивания не было, руки никогда не стали бы грязными.