Доклад о молекулах 5 класс
Обновлено: 16.05.2024
В современной химии молекула – мельчайшая частица какого-либо вещества. Даже одна молекула любого вещества обладает всеми свойствами, которые характерны для этого вещества.
Если молекулу разделить на составные части, вещество, которое она составляла, уничтожится, распавшись на более простые элементы – атомы. На этой основе сформирован весь свод понятий, образующих современную химическую науку и практику.
Из чего состоит молекула?
Строение любой молекулы можно записать в виде химической формулы, которая указывает, из атомов каких химических элементов состоит вещество и сколько атомов каждого вещества содержится в одной молекуле. Молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов элемента кислорода.
Всем известна формула воды: H2O, которая означает, что каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода. Еще одна известная буквально всем формула – С2Н5ОН, формула этилового спирта, которая показывает, что это вещество состоит из двух атомов углерода (С), шести атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О).
В процессе взаимодействия друг с другом вещества обмениваются химическими элементами, вступая в реакции. При этом образуются новые вещества, обладающие новыми свойствами, отличными от свойств исходных веществ.
Так, уголь (практически полностью состоящий из углерода), сгорая (взаимодействуя с кислородом, содержащимся в воздухе), образует углекислый газ – вещество, непригодное для дыхания, в отличие от кислорода.
Молекулы в обычном состоянии не несут электрического заряда и называются нейтральными. Те молекулы, которые получают положительный или отрицательный заряд, называются ионами, а процесс – ионизацией. Молекулы, атомы которых имеют неспаренные электроны, называются радикалами.
Чему равна масса молекулы?
Конечно, таких чувствительных весов, которые позволяли бы взвесить одну молекулу вещества, не существует в арсенале современной науки. Масса молекул и атомов вычисляется другими способами. Принято считать, что масса молекулы любого вещества равна сумме масс всех атомов, из которых состоит это вещество.
Но как узнать, сколько весит атом? Это можно узнать из Периодической таблицы элементов Менделеева, где указана масса каждого элемента. Правда, указана не в привычных нам килограммах, а в специальных единицах атомной массы.
Одна атомная единица массы (а.е.м.) равна 1/12 массы атома углерода, что в численном выражении равно 1,660*10-27 кг.
Т.е. чтобы подсчитать, сколько весит молекула вещества, нужно взять его формулу, сложить атомные массы всех входящих в нее элементов и умножить на вес атомной единицы массы.
Одним из основополагающих понятий современной науки является понятие молекулы. Его введение европейскими учеными в 1860 г. дало толчок к развитию не только химии и физики, но и других естественных наук.
Молекулой, в наиболее общем определении, называется частица, образованная из нескольких (двух или более) атомов, объединенных между собой ковалентными связями. Она не имеет электрического заряда, все электроны в её составе имеют пару.
Молекулы, несущие заряд, называются ионами, неспаренные электроны – радикалами. Качественный и количественный состав их стабилен. Количество ядер атомов, электронов и их взаимное расположение позволяют отличать молекулы разных веществ друг от друга.
Что такое молекула в физике
В физике этим понятием оперируют при изучении свойств разных сред (газы, жидкости) и твердых тел.
Также их свойствами объясняются явления диффузии, теплопроводности и вязкость веществ.
Что такое молекула в химии
Учение о молекулах для химической науки является одним из самых главных. Именно химические исследования дали важнейшие сведения о составе и свойствах этой мельчайшей единицы вещества.
При прохождении химического превращения молекулы обмениваются атомами, распадаются. Поэтому знания о строении и состоянии этих частиц лежат в основе изучения химии веществ и их превращений.
На основании знаний о проходящей химической реакции можно предсказать строение молекул веществ, в ней участвующих. Противоположное заключение тоже будет верным: на основании сведений о строении молекулы вещества реально предсказать его поведение во время химической реакции.
Строение молекулы
Понятие о строении включает геометрическую структуру и распределение электронной плотности.
В качестве примера рассмотрим строение наименьшей частицы воды.
Существует несколько способов взаимодействия атомов. Основным способом являются химические связи, благодаря им поддерживается стабильное существование молекул. Прочие (неосновные) взаимодействия происходят между теми атомами, которые не связаны непосредственно.
Виды химической связи:
Металлическая - ядра атомов металлов, расположенные в узлах кристаллических решёток, объединены общим облаком электронов.
Водородная - основана на способности атома водорода образовывать дополнительную связь при смещении от него электронной плотности.
Ионная - имеет электрическую природу. Сильно поляризована. Возникает при притяжении ионов, несущих противоположный заряд.
Ковалентная - может быть полярной и неполярной. Образуется за счет пары электронов, совместно принадлежащей двум атомам. Отличается наибольшей устойчивостью и энергетической емкостью.
Связи характеризуются следующими показателями:
длина – степень удаления друг от друга ядер атомов, образовавших связь;
энергия – сила, прилагаемая для разрушения связи;
полярность – смещение электронного облака к одному из атомов;
порядок или кратность – количество пар электронов, образовавших связь.
Строение молекул условно отражается структурными формулами. Основные взаимодействия атомов, при составлении таких формул, отображается черточками. В таких формулах связи образуют неразрывную цепь и иллюстрируют валентности образовавших их элементов (атомов).
Структурные формулы также отражают то, как выглядит молекула (линейная, циклическая, наличие радикалов и т. д.).
Строение частицы вещества активно изучается. Для этого используют различные экспериментальные и теоретические методы. К экспериментальным относят рентгеновский структурный анализ, спектроскопия, массспектрометрия и др. К теоретическим - расчётные методы квантовой химии.
Масса (размер) молекулы
В зависимости о количества ядер атомов, входящих в их состав, можно выделить молекулы двухатомные, трехатомные и т. д.
В том случае, если количество атомов велико, молекула носит название макромолекулы.
Путем сложения масс атомов, входящих в состав частицы, можно определить молекулярную массу. В зависимости от её величины, все вещества делят на высоко- и низкомолекулярные.
Свойства молекулы
Современная наука выделяет следующие свойства молекул:
Электрические - этими свойствами определяется то, как ведет себя вещество в электрическом поле. Атомы, входящие в состав молекулы, состоят, в свою очередь, из положительно заряженного ядра и электронов, несущих отрицательный заряд. Эти заряды внутри самой молекулы располагаются неравномерно, в связи с этим возникает так называемый дипольный момент и смещение электронной плотности в сторону одного из атомов.
Оптические - дают характеристику того, как ведет себя вещество в поле световой волны. К оптическим свойствам относят способность поляризовать свет, преломлять его и рассеивать.
Магнитные - объясняются распределением электронов в атомах.
диамагнитные - парных электронов нет;
парамагнитные - имеются непарные электроны.
Знания о свойствах и строении молекул являются основополагающими для развития теоретических и прикладных наук и играют важную роль в жизни человека.
Идея о том, что всё вещество состоит из мельчайших частиц и не делится бесконечно, высказывалась ещё в античности. Однако строгое доказательство существования мельчайших частиц вещества — молекул — было получено лишь в середине XIX в. Тогда же было установлено и сложное строение молекулы. Рассмотрим эту тему более подробно, дадим определение молекулы и атома.
Атомы и молекулы
Из курса физики 7 класса известно, что все тела состоят из молекул. Молекула является наименьшей частью вещества, определяющей его физические и химические свойства. Все огромное разнообразие веществ в природе — это следствие огромного числа различных видов молекул.
Но молекула не является наименьшей частью вещества. Химические превращения веществ (а значит, и молекул) доказывают, что молекулы имеют сложное строение. Большинство молекул могут быть разложены или синтезированы с помощью химических воздействий.
Мельчайшая частица вещества, которая не может быть разложена с помощью любых химических воздействий, называется атомом. Каждая молекула состоит из одного и более атомов. Все молекулы одного вещества имеют одинаковый состав и строение.
В отличие от многих миллионов видов молекул, число видов атомов в природе невелико. К середине XIX в. их было известно менее сотни. К настоящему времени в природе было найдено 94 элемента, и ещё 24 синтезированы искусственно.
Рис. 1. Атомы и молекулы.
Строение молекулы
В мире существует огромное множество различных молекул с самыми разными свойствами. Самые простые молекулы состоят из одного атома. Пример такой одноатомной молекулы — благородные газы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. Большая часть молекул состоит из нескольких атомов, при этом атомы могут быть одинаковы, такими, к примеру, являются двухатомные молекулы кислорода, азота, многих других газов. Но чаще каждая молекула состоит из атомов различных видов (элементов).
Атомы внутри молекулы удерживаются электростатическими силами на определённых расстояниях, в зависимости от видов этих атомов. Более того, каждая молекула имеет свою пространственную структуру. Например, молекула углекислого газа состоит из трёх атомов, лежащих на одной прямой. А молекула воды — из трёх атомов, лежащих в вершинах равнобедренного треугольника, причём угол при вершине (атоме кислорода) составляет около 105 градусов.
Рис. 2. Структура молекулы воды
При сжатии молекулы возрастают силы отталкивания между атомами, при растяжении молекулы возрастают силы притяжения. Это обеспечивает стабильность молекул. Чтобы её разрушить, необходимо приложить энергию — химическую, термическую или электрическую.
Наиболее сложно устроены молекулы органических веществ. Эта сложность обуславливается тем, что атомы углерода могут соединяться друг с другом в длинные цепочки, одновременно присоединяя атомы других элементов. Самые большие молекулы — молекулы белков и основа генетики — молекула ДНК. В каждую такую молекулу могут входить сотни тысяч атомов. Один моль воды (моль содержит $6.022 \times 10^$ молекул) весит 18 грамм. А 1 моль ДНК может весить свыше миллиона тонн.
Рис. 3. Структура молекулы ДНК.
Что мы узнали?
Молекула — это мельчайшая частица вещества, сохраняющая физические и химические свойства. Она состоит из одного и более атомов. Атомы образуют определённую пространственную структуру молекулы и удерживаются в таком виде электростатическими силами.
Каждый раз, когда два атома соединяются вместе, они образуют молекулу. На самом деле все, что нас окружает – да и мы сами – состоит из триллионов различных типов молекул. Понятие молекулы было принято в 1860 году на международном съезде химиков в Карлсруэ. Согласно принятому определению молекула – это наименьшая частица химического вещества, которая обладает всеми его химическими свойствами (растворимость, вкус, способность вступать в соединения и пр). Введение понятия молекулы подтолкнуло развитие физики, химии и других естественных наук. В более общем понимании молекулой называют частицу, образованную из двух или более атомов, соединенных между собой ковалентными связями.
Молекула воды содержит 1 атом кислорода и 2 атома водорода
Атом – мельчайшая частица вещества, которая обладает всеми его физическими свойствами (цвет, твердость, плотность и пр.)
Когда атомы различных типов элементов соединяются вместе, они образуют молекулы, называемые соединениями. Так, вода состоит из сложных молекул, состоящих из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода. Вот почему она называется H2O: у молекулы воды всегда будет в 2 раза больше атомов водорода, чем атомов кислорода. Существует чуть более 100 типов атомов, но типов различных веществ миллионы. Причина такого неравенства кроется в том, что они состоят из различных типов молекул.
Важно понимать, что молекулы состоят не только из различных типов атомов, но и из различных соотношений. Как и в приведенном выше примере с водой, молекула воды состоит из двух атома водорода и одного атома кислорода, что записывается как H2O. Другими примерами являются углекислый газ (C02), аммиак (NH3) и сахар или глюкоза (C6H12O6). Некоторые молекулярные формулы могут получиться довольно длинными и сложными. Давайте посмотрим на молекулу сахара:
- С6 — 6 атомов углерода
- H12 — 12 атомов водорода
- Атом кислорода O6 — 6
Чтобы она получилась, нужны определенные атомы в определенном количестве. Но молекулы могут быть гораздо больше. Одна молекула витамина С состоит из 20 атомов (6 атомов углерода, 8 атомов водорода и 6 атомов кислорода – C6H8O6). Если взять эти 20 атомов витамина С и смешать, соединяя их вместе в другом порядке, то получится совершенно другая молекула, которая не только выглядит по-другому, но и действует иначе.
Молекула витамина С выглядит так
Некоторые молекулы, особенно некоторые белки, содержат сотни или даже тысячи атомов, которые соединяются вместе в цепи, которые могут достигать значительной длины. Жидкости, содержащие такие молекулы, иногда ведут себя странно. Например, жидкость может продолжать вытекать из колбы, из которой была вылита некоторая ее часть, даже после того, как колба будет возвращена в вертикальное положение.
Факты о молекулах
- Газообразный кислород обычно представляет собой молекулу O2, но это может быть и O3, который мы называем озоном.
- Молекулы могут иметь различную форму. Некоторые из них представляют собой длинные спирали, а другие могут иметь форму пирамиды.
- Идеальный алмаз — это единственная молекула, состоящая из атомов углерода.
- ДНК – это сверхдлинная молекула, которая обладает информацией, описывающей каждого человека.
- 66% массы человеческого тела состоит из атомов кислорода
Чтобы всегда быть в курсе последних научных открытий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram
Химические связи
Ковалентные связи делят электроны между атомами. Это происходит, когда получается, что атомы делятся своими электронами, чтобы заполнить свои внешние оболочки. В свою очередь ионные связи образуются, когда один электрон передается другому. Это происходит, когда один атом отдает электрон другому, чтобы сформировать баланс и, следовательно, молекулу или соединение.
Еще больше увлекательных статей о том, как ученые дробят реальность на атомы, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там выходят статьи, которых нет на сайте!
Знания о свойствах и строении молекул легли в основу современной науки и нашего понимания Вселенной
Немаловажным также является тот факт, что молекулы всегда находятся в движении. В твердых телах и жидкостях они находятся очень близко друг к другу, а их движение можно сравнить с быстрой вибрацией. В жидкостях молекулы могут свободно перемещаться между собой, как бы скользя. В газе плотность молекул обычно меньше, чем в жидкости или твердом теле того же химического соединения, а потому молекулы движутся даже более свободно, чем в жидкости. Для конкретного соединения в данном состоянии (твердом, жидком или газообразном) скорость молекулярного движения возрастает с увеличением абсолютной температуры.
Молекула (новолат. molecula, уменьшит. от лат. moles-масса) , микрочастица, образованная из двух или большего числа атомов и способная к самостоятельному существованию. Имеет постоянный состав (качественный и количественный) входящих в нее атомных ядер и фиксированное число электронов и обладает совокупностью свойств, позволяющих отличать одну молекулу от других, в том числе от молекул того же состава. Молекула, как система, состоящая из взаимодействующих электронов и ядер, может находиться в различных состояниях и переходить из одного состояния в другое вынужденно (под влиянием внешних воздействий) или самопроизвольно. Для всех молекул данного вида характерна некоторая совокупность состояний, которая может служить для идентификации молекул. Как самостоятельное образование молекула обладает в каждом состоянии определенным набором физических свойств, эти свойства в той или иной степени сохраняются при переходе от молекул к состоящему из них веществу и определяют свойства этого вещества. При химических превращениях молекула одного вещества обмениваются атомами с молекулами другого вещества, распадаются на молекулы с меньшим числом атомов, а также вступают в химические реакции других типов. Поэтому химия изучает вещества и их превращения в неразрывной связи со строением и состоянием молекул
Обычно молекулой называют электрически нейтральную частицу; если молекула несет электрический заряд (положительный или отрицательный) , то говорят о молекулярных ионах (катионах или анионах соответственно) . В веществе положительные ионы всегда сосуществуют вместе с отрицательными. Молекулы, находящиеся в состояниях с мультиплетностью, отличной от единицы (как правило, в дублетных состояниях) , называют радикалами. Свободные радикалы в обычных условиях, как правило, не могут существовать длительное время. Известны, однако, свободные радикалы сравнительно сложного строения, которые являются достаточно стабильными и могут существовать при обычных условиях.
По числу входящих в молекулу атомных ядер различают молекулы двухатомные, трехатомные и т. д. Если число атомов в молекуле превосходит сотни и тысячи, молекула называется макромолекулой. Сумма масс всех атомов, входящих в состав молекулы, рассматривается как молекулярная масса (смотри также Молекулярная масса полимера. Молекулярно-массовое распределение) . По величине молекулярной массы все вещества условно делят на низко- и высокомолекулярные.
Читайте также: