З давніх часів люди прагнули вивчити природу речей, які їх оточували. Поступово дійшли думки про те, що все навколо складається з найдрібніших частинок.
У міру розвитку науки з’явилося поняття про атоми та молекули. Ці частинки надзвичайно малі, і неозброєним оком їх не розгледіти. Будь-яка крихітна кількість речовини, наприклад, порошинка, містить неймовірно велику кількість атомів і молекул.
Що ж таке атом? Так називають найдрібнішу хімічно неподільну частинку речовини, а також найменшу частину хімічного елемента, яка відображає його властивості. Атоми дуже маленькі: їхні розміри перебувають у діапазоні від 1 до 5 ангстрем (позначається — Å.). Один ангстрем — це 10-¹⁰ м.
Коли атоми тільки відкрили, їх вважали найменшими з можливих частинок. Але сьогодні нам відома їхня внутрішня структура:
- У центрі кожного атома є ядро з певною масою. У ньому містяться позитивно заряджені протони та нейтральні частинки нейтрони. Разом їх називають нуклонами.
- Простір навколо ядра заповнюють частинки з негативними зарядами — електрони.
Наприклад, в атомі гелію є ядро з двома протонами і двома нейтронами, а навколо нього рухаються своїми орбітами два електрони.
Елементарні або субатомні частинки в усіх атомах однакові, відрізняється лише їхня кількість:
- Протони — це частинки, які мають позитивний електричний заряд. Умовно його позначають +1. Символ протона — p⁺.
- Нейтрони — це частинки, які не мають електричного заряду. У нейтронів він дорівнює нулю. Символ нейтронів — n⁰.
- Електрони — це частинки, які мають негативний електричний заряд. Умовно його позначают ь-1. Символ електронів — e, е-.
Ядра атомів заряджені позитивно, оскільки в них містяться позитивно заряджені протони та нейтральні нейтрони. За величиною заряд відповідає кількості протонів у ядрі й дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі.
Заряди протонів і електронів однакові за величиною, але мають протилежні знаки. У будь-якому атомі число протонів і електронів дорівнює. Тому заряд ядра і сумарний заряд усіх електронів також рівні, але мають протилежні знаки. Отже, атом — електронейтральна частинка.
Кожен відомий атом позначений спеціальним символом — латинською літерою. Усі вони представлені в періодичній системі Д. І. Менделєєва.
На сучасному етапі розвитку науки вчені прагнуть зруйнувати атом, щоб отримати ще більш дрібні частинки. Однак вони дуже нестійкі, і домогтися їх довготривалого існування поки що не виходить.
Що відомо про молекули
Атоми різним чином з’єднуються один з одним. Як із літер алфавіту складаються тисячі слів, так одні й ті самі атоми утворюють молекули великої кількості різних речовин, які бачимо в навколишньому світі.
Молекулою називають найменшу частинку речовини, яка визначає її властивості та здатна до самостійного існування. Кожна молекула будується з атомів, які складають її масу:
- Речовину (наприклад, цукор) можна розмолоти до стану пилу, але однаково кожна з крупинок включатиме величезну кількість однакових молекул цукру і збереже властивості, якими володіє речовина.
- Навіть якщо подрібнити речовину до окремих молекул (наприклад, цукор розчинити у воді), то речовина продовжить існувати і проявлятиме свої властивості (розчин буде солодким на смак). Тому кожну самостійно існуючу молекулу цукру можемо називати речовиною.
- Продовжуючи дроблення, будемо руйнувати молекули на атоми.
- Якщо ж кілька атомів відокремити, то зруйнується речовина. Звісно, атоми не зникнуть, вони стануть частиною інших молекул, але цукор як речовина припинить своє існування.
Таким чином, речовини не вічні, оскільки їхні молекули не можуть бути вічними. Однак їхні атоми практично вічні. У тих речовинах і предметах, які оточують нас сьогодні, містяться атоми, які існували ще за часів динозаврів, походів Олександра Македонського і відкриття Колумбом Америки.
Хоч молекули й дуже малі, їхню будову визначають за допомогою різноманітних фізичних і хімічних методів. Чисті речовини складаються з молекул одного виду.
Якщо у фізичному тілі є молекули різних видів, то йдеться про суміш речовин. Коли в побуті говоримо про чисте повітря, то називаємо так складну суміш різних газоподібних речовин. Хіміку доведеться серйозно попрацювати, щоб виділити з неї окремі чисті речовини.
Усі речовини ділять на прості та складні:
- Молекули простої речовини складаються з однакових атомів (азот, кисень, аргон, озон).
- Молекули в складній речовині складені з атомів двох і більше видів: вуглекислий газ, вода.
Часто фізичні тіла складаються з молекул кількох речовин. Їх називають сумішами. Важливо не плутати складні речовини та суміші. Якщо в складній речовині містяться молекули одного виду, то це не суміш.
Завдяки властивості атомів об’єднуватися в різних варіаціях кількість речовин, як і видів молекул, нескінченна. Ніхто не зможе точно назвати кількість речовин, які сьогодні відомі людям. Орієнтовно їхня кількість обчислюється мільйонами, а хіміки щодня створюють нові молекули.
Таким чином усі речовини, які ми бачимо навколо нас, складаються з молекул, а ті, своєю чергою, побудовані з атомів. Ученим вдалося дослідити найдрібніші частинки — атоми — і детально описати їхню структуру. Ці знання стали ключем до розуміння природи молекул і навіть дали можливість створювати нові молекули.