Молекулярное строение вещества реферат

Обновлено: 03.07.2024

Министерство образования Российской Федерации

Алтайский Государственный Университет

Химический факультет

4-го курса 692 гр.

Проверил: Шипунов Б.П.

Оценка:_______________
Барнаул 2002 г.
Содержание:

Развитие классической и квантово - механической теории строения молекул 4

1.2 Химические аспекты классической теории строения молекул 4

1.3 Физический аспект классической теории строения молекул 5

Современные представления строения веществ и молекул в классической и квантово – механической теориях 8
Конденсированные фазы 11

Введение

Главной задачей является изложение основ теории строения молекул и связи основных свойств молекул с их строением. В настоящее время для решения большого круга разнообразных вопросов, относящихся к области строения и свойств молекул, используются понятия, законы и методы рассмотрения классической теории химического строения с одной стороны; понятия, законы и методы рассмотрения классической физики с другой стороны; понятия, законы и методы рассмотрения квантовой механики с третьей стороны.

При решении многих частных вопросов строения и свойств отдельных молекул или некоторых их видов или групп часто используют на одних этапах решения некоторые понятия и методы, например, квантовой механики и классической физики, а на других этапах решения того же вопроса – понятия и методы описания классической теории химического строения. Естественно, всегда возникает вопрос, в какой мере результат решения был следствием приложения квантовой механики, в какой мере он был следствием использования классической физики и в какой мере он был обусловлен использованием классической теории химического строения.

Возможность решать такие вопросы также требует последовательного и четкого анализа и определения содержания основных понятий, постулатов, законов и закономерностей каждой из этих ветвей в современном учении о строении молекул. Поэтому, нашей целью является построение общей картины основных знаний в области строения молекул, а также рассмотрение главных эксперементально-установленных закономерностей в строении и свойствах молекул.

1. Развитие классической и квантово – механической теории строения молекул

1.1 Классическая теория

Первоначальные представления о молекуле как некоторой связанной совокупности атомов восходят еще к М.В.Ломоносову. Ломоносов, в частности, предполагал возможность существования разных молекул, одинаковых по атомному составу, но различающихся способом связи атомов. Основы классической теории строения молекул были разработаны во второй половине XIX века, в работах, как химиков, так и физиков. Эта теория имеет физический и физический аспекты.
1.2 Химический аспект классической теории строения молекул

Этот аспект связан в основном с именем А.М. Бутлерова, Франкланда, Купера, Кекуле, Вант – Гоффа и др.

Купер (1858), исходя из модели молекулы как связанной совокупности атомов, представления о химических связях и представления об определенной валентности атомов в молекуле, следовавшего из работ Франкланда (1852), попытался описать строение ряда молекул графическими формулами, передающими последовательность связи атомов. В дальнейшем эти идеи небыли развиты в последовательную общую теорию Кекуле (1859 – 1861) высказал положение о том, что молекулы органических веществ содержат цепочки атомов углерода. Опираясь на введенное ранее понятие валентности, Кекуле выдвинул положение о четырех валентности атома углерода в органических соединениях.

Разработка общей и последовательной классической теории строения молекул связана, с именем А.М. Бутлерова (ее химический аспект). В 1861г. А.М. Бутлеров выдвигает теорию, сущность которой можно сформулировать следующим образом:

а) атомы в молекуле соединяются друг с другом в определенном порядке;

б) соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью;

в) свойства вещества зависят не только от природы атомов и от их количества, но и от их расположения, т.е. от химического строения молекул.

Бутлеров рассматривал молекулу как динамическое образование. Намеченная им принципиальная программа развития теории предполагала рассмотрение внутренних движений эффективных атомов в молекуле и теории вращения как целого. Здесь представления химического аспекта теории смыкались с представлениями ее физического аспекта, в частности с взглядами Клаузиуса.

1.3 Физический аспект классической теории молекул

Клаузиус (1857) рассматривал молекулу как связанную совокупность атомов. Помимо поступательного движения и вращения молекул как целого он предполагал возможными для молекулы и последовательные движения атомов около положения равновесия.

Колебания атомов в молекулах и вращение молекул в связи с инфракрасными спектрами веществ обсуждались на основе понятий, законов и моделей классической физики в работах Релея (1892), Друде (1904).

После установления ядерно-электронного строения атомов и молекул были сделаны, многочисленные попытки описать атомы, как ядерно-электронные системы. Опирались на понятия и законы классической физики. В целом попытки привели к отрицательному результату. Это послужило стимулом для создания квантовой техники.

Однако неуспехи не был полным. Описание возможных состояний отрицательного заряда в молекуле - электронных состояний молекулы совершенно не могло быть сделано правильно на основе классической физики. В то же время движение ядер в молекуле, например, колебание ядер относительно положений равновесия, и некоторые свойства молекул могли быть качественно, а частично и количественно описаны на основе классической физики и определенной модели молекулы. Так, была развита классическая теория колебаний многоатомных молекул.

Таким образом, возник физический аспект классической теории строения молекул, основанный на определенной модели молекулы. В этой модели молекула рассматривается как связанная совокупность эффективных атомов, отличных от свободных атомов за счет их взаимодействия. Эффективный атом представляется как образование из ядра и отрицательного электрического заряда, расположенного вокруг ядра. Он может обладать положительным или отрицательным зарядом и электрическим моментом. Более детально ядерно-электронная структура молекул не рассматривается.

Классическая теория позволяет качественно, правильно решать некоторые вопросы строения молекул.
1.4 Квантово - механическая теория

Фундаментальное знание для развития теоретической физики, а в том числе теории строения молекул имела идея Бланка о квантовании излучения. Эта идея лежала в основе промежуточного этапа в развитии теории строения, связанного с именами Бора и Зоммерфельда. Теория Бора – Зоммерфельда оказалась не применимой к многоэлектронным атомам и молекулам. Проблема строения атомов и молекул была принципиально решена с созданием квантовой механики работами Де-Бройля, Шредингера, Дирана и др. Квантовая механика позволила описать строение ядерно-электронных систем и принципиально дала методы расчета их свойств.

Большое значение имела разработка приближенных квантово - механических методов решения соответствующих задач. Приближенное разделение электронного и ядерного движения в молекулах было обосновано в работах Борна и Оппенгеймера(1927) и др.

Систематика электронных состояний двухатомных молекул и принципиальные основы метода молекулярных орбиталей были первоначально разработаны Гуидом, Герцбергом, Леонардо – Джонсом (1927), Вингером и Витмаром (1928), были установлены соответствия состояния двухатомной молекулы и атомов, на которые она может диссоциировать.

Приближенные методы расчета волновых функций, энергий электронных состояний были развиты Гайтмером и Лондоном (1927), Слейтером(1931), Фоком(1930) и др. учеными.

Квантово - механическая теория колебательных и вращательных состояний многоатомных молекул была развита в работах Виттмера(1927), Ванга(1929) и других авторов.

Таким образом, были созданы основы квантово – механической теории строения молекул, позволяющей в принципе, а в ряде задач и путем непосредственных вычислений, объяснить и предсказать не только основные, но и очень тонкие особенности строения и свойств атомов и молекул.

2. Современные представления строения вещества и молекул в классической и квантово – механической теориях
Современные представления о строении атомов и молекул, понятия и постулаты, используемые при описании строения и свойств, имеют свое начало, во-первых, в классической физике, во – вторых, в классической теории химического строения и в особенности в квантовой механике.

Квантовая химия, область теоретической химии в которой идеи и методов квантовой механики применяют к исследованию атомов молекул к другим химическим объектам. Квантово – механический подход чаще всего основывается на решении уравнения Шредингера для атома, молекулы или совокупности атомов и молекул:

Все эти три ветви учения о строении молекул необходимы для описания строения и свойств множества молекул, находящихся в поле зрения современной химии и техники.

Первой нашей задачей является задача сформировать четко основные модели, понятия и постулаты из этих трех ветвей учения строений молекул и установить связи между описанием молекул даваемыми, с одной стороны классической теорией (в ее физических и химических аспектах), а с другой – квантовой механикой.

До установления ядерно-электронного строения атомов в классических физической и химической теории, молекула рассматривалась как совокупность атомов, устойчиво существующая как единое целое, однако внутренним строением, как свободных атомов, так и связанных в молекулу не делалось ни каких предположений. После установления ядерно-электронного строения атомов, как свободный, так и входящий в молекулу атом в рамках классической (физической и химической) теории мог быть как состоящий из ядра и отрицательного электрического заряда, распределенного вокруг ядра с некоторой плотностью e(x,y,z).

Таким образом, в классической (физической и химической) теории современная модель молекулы такова: молекула устойчиво существует как единое целое, совокупность атомов, каждый из которых содержит положительно заряженное ядро, в котором сосредоточено практически вся масса атома, и отрицательный электрический заряд, распределенный вокруг ядра с некоторой плотностью e(x,y,z) в объеме, приписываемом атому в молекуле.

В классической теории не делается специальных предложений о природе взаимодействий, удерживающих атомы в молекуле. Предполагается только, что такие взаимодействия существуют, и что каждая молекула имеет равновесную геометрическую конфигурацию, соответствующую минимуму ее внутренней энергии, и что при деформации молекулы – эта энергия возрастает и, следовательно, появляются силы, стремящиеся вернуть атомы (ядра) в положения равновесия. Таким образом, молекула в классической теории рассматривается как связанная система из атомов, представляющая собой малое, деформируемое тело.

В отличие от этого в квантовой механике непосредственно молекула описывается как система, состоящая из атомов, а как система, состоящая из ядра и электродов, устойчиво существующая как единое целое. В уравнениях квантовой механики, описывающих молекулу и ее свойства, фигурируют только характеристики ядер и электронов, входящих в состав молекулы.

Молекула – физически устойчивая система из двух (или более) ядер и определенного числа электронов, состояния которой описывается потенциальной поверхностью с min.

Электронное строение молекул – это главный предмет квантовой химии. Согласно адиабатическому приближению, движение электронов в атомных системах рассматривается при фиксированном положении ядер и описывается электронной волновой функцией, зависящей от координат электронов и ядер. Из неполных сведений о виде этой функции, можно вывести качественную интерпретацию физических свойств молекул и их спектров, а более точные вычисления позволяют получить количественные результаты.

Говоря о веществе, подразумевают вид материи обладающей массой покоя. В классической физике вещество и физическое поле противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго непрерывна.

Структура вещества – включает установление размеров и форм его элементарной ячейки; определение принадлежности структуры к одной из 230 Федоровских групп симметрии; получение координат базисных атомов структуры.

3. Конденсированные фазы

В термодинамике фаза – это термодинамическое равновесное состояние вещества, отличающиеся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества.

Метастабильная фаза – это неравновесное метастабильное состояние вещества. Переход вещества из одной фазы в другую – фазовый переход – связан с качественным изменением свойств вещества. Различные кристаллические фазы могут отличаться друг от друга типом кристаллической структуры электропроводностью, электрическими и магнитными свойствами. Жидкие фазы отличаются друг от друга концентрацией компонентов наличием или отсутствием сверхтекучести, анизотропией упругих и электрических свойств. В твердых фазах кристаллические структуры могут отличаться платностью, модулями упругости, температурой плавления.

Конденсированное состояние вещества - твердое и жидкое состояние вещества. В отличие от газообразного состояния вещества в конденсированном состоянии, существует упорядоченность в расположении частиц (полов, атомов, молекул).

Кристаллические твердые тела обладают высокой степенью упорядоченности – дальним порядком в расположении частиц.

Частицы жидкости и аморфных твердых тел располагаются более хаотично, для них характерен ближний порядок. Свойства вещества в конденсированном состоянии определяются его структурой и взаимодействием частиц.

Химическая атомистика Дальтона. Учение о строении вещества, история его становления и развития. Основные положения теории Бутлерова и ее значение. Химические системы и их особенности. Основные сведения о строении вещества от древности до современности.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	26.12.2008
Размер файла	23,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Содержание

Введение 3
1. Развитие учения о строении вещества 5
2. Основные сведения о строении вещества 14
Заключение 16
Список литературы 18

Введение

Атомно-молекулярные представления о строении вещества развивал М.В. Ломоносов. Он объяснял свойства тел конфигурацией молекул, образующих эти тела, а изменение свойств тел в химических реакциях - изменением конфигураций молекул. Конечно, это еще не была современная теория строения вещества. Как и другие ученые, сторонники механистического мировоззрения, Ломоносов основными характеристиками атомов и молекул считал их массу, скорость, координаты.

Химики получили веское доказательство существования атомов и молекул после того, как Джоном Дальтоном в 1807 г. был открыт закон кратных весовых отношений. Но природа химической связи осталась необъяснимой. Вы знаете, что это удалось сделать только на основе квантовых представлений.

Дальнейшее развитие химии связано с работами Лавуазье. С ними вошел в науку закон сохранения массы вещества, в химии стали систематически применяться количественные методы, была выяснена роль кислорода в процессах горения и дыхания, что способствовало опровержению теории флогистона, утверждению атомистических представлений, зарождению органической химии.

Накопление экспериментальных данных о химических и физических свойствах химических элементов позволило Д.И. Менделееву открыть периодический закон (1869 г.). В основу классификации элементов Д.И. Менделеев положил массу их атомов: как и другие сторонники механистического мировоззрения, основным свойством атомов он считал массу. Но картина изменения свойств веществ, созданная Менделеевым, не вписывалась в механическую картину мира.

1. Развитие учения о строении вещества

В основе структурной химии лежит химическая атомистика Дж. Дальтона, согласно которой любой химический индивид стоит из совокупности молекул, обладающих строго определенным качественным и количественным составом. Более конкретные представления о структуре молекул содержатся в теории Берцелиуса, который пытался ответить на вопрос: существует ли какая-либо упорядоченность в объединении атомов в молекуле или они объединяются произвольно. И. Берцелиус выдвинул гипотезу, согласно которой все атомы химических элементов обладают различной электроотрицательностью в зависимости места, которое они занимают в ряду элементов с убывающей электроотрицательностью. Атом каждого элемента несет два заряда: положительный и отрицательный, но в зависимости от места в ряду один из зарядов больше. Объединение атомов в молекулу приводит к частичной нейтрализации зарядов.

Полная нейтрализация невозможна из-за неравенства зарядов. Поэтому молекулы каждого соединения обладают также избыточным зарядом и склонны к образованию более сложных молекул в виде комплексов.

Таким образом, по Берцелиусу, молекула представляет собой объединение двух разноименно заряженных атомов или атомных групп-радикалов. В этом заключается содержание понятия ”структура" по Берцелиусу.

Французский химик Ш. Жерар (1816-1856) показал, что структурные представления Берцелиуса соответствуют действительности только в ряде случаев. Молекула является единой неделимой и унитарной системой, в которой все атомы всех элементов взаимодействуют -- взаимно преобразуются, в этом сущность "структуры" по Жерару.

Комбинируя атомы разных химических элементов, можно создать структурные формулы любого химического соединения.

Таким образом можно создавать схему синтеза любого химического соединения, в том числе и неизвестного. Однако в некоторых случаях, хотя формульная схема составлена правильно, химическая реакция может не осуществиться. Поэтому нужно учитывать не только методику составления формул, но и химическую активность реагентов, которая лежит в основе теории химического строения Бутлерова.

Крупным шагом в развитии представлений о строении молекул явилась теория химического строения, выдвинутая в 1861 г. выдающимся русским химиком А.М. Бутлеровым.

Основу теории, разработанной А.М. Бутлеровым, составляют следующие положения:

1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.

2. Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.

В 30-е годы нашего века теория Бутлерова нашла физическое квантово-механическое обоснование. Согласно современным представлениям структура молекул -- это пространственная и энергетическая упорядоченность квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов.

Структурная химия охватывает и неорганические материалы. В структурной неорганической химии можно выделить два перспективных направления:

* синтез кристаллов с максимальным приближением к идеальной решетке для получения материалов с высокими техническими показателями: максимальной прочностью, термической стойкостью, долговечностью в эксплуатации и др.;

* создание кристаллов с заранее запрограммированными дефектами для производства материалов с заданными электрическими, магнитными, оптическими и другими свойствами.

Исследования последнего времени направлены на разработку эффективных технологий синтеза не только органических, но и неорганических материалов.

Многообразие химических систем

Системой в химии принято называть рассматриваемое вещество или совокупность веществ. При этом системе противопоставляется внешняя среда -- вещества, окружающие систему. Обычно система физически отграничена от среды.

Различают гомогенные и гетерогенные системы. Гомогенной называется система, состоящая из одной фазы, гетерогенной--система, состоящая из нескольких фаз. Фазой называется часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.

Примером гомогенной системы может служить любая газовая смесь (все газы при не очень высоких давлениях неограниченно растворяются друг в друге), хотя бы смесь азота с кислородом. Другим примером гомогенной системы может служить раствор нескольких веществ в одном растворителе, например раствор хлорида натрия, сульфата магния, азота и кислорода в воде. В каждом из этих двух случаев система состоит только из одной фазы, из газовой фазы в первом примере и из водного раствора во втором. В качестве примеров гетерогенных систем можно привести следующие системы: вода со льдом, насыщенный раствор с осадком, уголь и сера в атмосфере воздуха. В последнем случае система состоит из трех фаз: двух твердых и одной газовой.

Если реакция протекает в гомогенной системе, то она идет во всем объеме этой системы.

Если реакция протекает между веществами, образующими гетерогенную систему, то она может идти только на поверхности раздела фаз, образующих систему. Скорость гомогенной реакции и скорость гетерогенной реакции определяются различно.

Скоростью гомогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объема системы.

Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на единице площади поверхности фазы .

Неорганические и органические соединения.

Соединения углерода (за исключением некоторых наиболее простых) издавна получили название органических соединении, так как в природе они встречаются почти исключительно в организмах хвойных и растений, принимают участие в жизненных процессах или же являются продуктами жизнедеятельности или распада организмов. В отличие от органических соединений, такие вещества, как песок, глина, различные минералы, вода, оксиды углерода: угольная кислота, ее соли и другие, встречающиеся в неживой природе, получили название неорганических или минеральных веществ.

Деление веществ на органические и неорганические возникло вследствие своеобразия органических соединений, обладающих специфическими свойствами. Долгое время считалось, что углеродосодержащие вещества, образующиеся в организмах, в принципе невозможно получать путем синтеза из неорганических соединений.

Органическая химия -- химия углеводородов и их производных. Особенность органической химии связана с исключительными свойствами атома углерода и его способностью образовывать химические связи и геометрические структуры, обладающие гораздо большим разнообразием, чем структуры и связи других элементов.

Связь между атомами в молекулах органических веществ -- ковалентная. Этим объясняется отсутствие электролитических свойств многих органических веществ.

Органические соединения содержат простые (одинарные) связи между атомами углерода С--С и атомами углерода и водорода С--Н, которые близки друг другу прочности. Поэтому органические вещества взаимодействуют друг с другом с большим трудом или вообще взаимодействуют.

Органические вещества, как правило, молекулярного строения, поэтому они имеют низкие температуры плавления. Все органические вещества горючи и легко разлагаются при нагревании.Важной особенностью органических соединений является изомерия. Этим объясняется различие свойств веществ, имеющих одинаковый состав и молекулярную массу.

В 1647 г. выходит книга французского философа П. Гассенди, в которой он пишет о том, что все тела состоят из атомов, аналогично тому как из строительных материалов построены дома. В телах атомы объединяются в группы, которые Гассенди назвал молекулами. Он считал, что если атомы соединяются друг с другом в нескольких точках, то образуется жидкое тело, если же точек соединения много, то образуется твердое тело. Конечно, взгляды Гассенди были наивными, но, тем не менее, они способствовали развитию атомистических представлений о строении вещества.

Роберт Бойль, английский химик и физик, который положил начало становлению химии как самостоятельной науки и дал первое научное определение химического элемента, также придерживался атомистических взглядов.

Атомно-молекулярные представления о строении вещества развивал М. В. Ломоносов. Он объяснял свойства тел конфигурацией молекул, образующих эти тела, а изменение свойств тел в химических реакциях - изменением конфигураций молекул. Конечно, это еще не была современная теория строения вещества. Как и другие ученые, сторонники механистического мировоззрения, Ломоносов основными характеристиками атомов и молекул считал их массу, скорость, координаты.

Химики получили веское доказательство существования атомов и молекул после того, как Джоном Дальтоном в 1807 г. был открыт закон кратных весовых отношений. Но природа химической связи осталась необъяснимой. Вы знаете, что это удалось сделать только на основе квантовых представлений.

Дальнейшее развитие химии связано с работами Лавуазье. С ними вошел в науку закон сохранения массы вещества, в химии стали систематически применяться количественные методы, была выяснена роль кислорода в процессах горения и дыхания, что способствовало опровержению теории флогистона, утверждению атомистических представлений, зарождению органической химии.

Накопление экспериментальных данных о химических и физических свойствах химических элементов позволило Д. И. Менделееву открыть периодический закон (1869 г.). В основу классификации элементов Д. И. Менделеев положил массу их атомов: как и другие сторонники механистического мировоззрения, основным свойством атомов он считал массу. Но картина изменения свойств веществ, созданная Менделеевым, не вписывалась в механическую картину мира.

Как видим, развитие биологии, химии, физики привело к тому, что начался распад механической картины мира.

Утвердить в науке теорию вероятности помогли работы Л. Больцмана, связанные со статистическим обоснованием второго начала термодинамики, установлением связи между энтропией и вероятностью. Все это привело к тому, что механическое движение уже перестало быть господствующим видом движения материи, хотя еще продолжало существовать представление о едином виде материи - веществе.

Этому способствовало также открытие Р. Майером закона сохранения энергии, величайшего закона природы, который стал основой для объяснения явлений природы во всем естествознании, мощным орудием материалистического объяснения мира.

2. Основные сведения о строении вещества

Логика рассуждений Демокрита, если перевести ее на современный язык, была крайне проста. Представим, говорил он, что у нас есть самый острый в мире нож. Берем первый попавшийся под руку материальный объект и разрезаем его пополам, затем одну из получившихся половинок также разрезаем пополам, затем разрезаем пополам одну из получившихся четвертинок и так далее. Рано или поздно, утверждал он (основываясь, как и все древнегреческие мыслители, прежде всего на философских соображениях), мы получим частицу столь мелкую, что дальнейшему делению на две она не поддается. Это и будет неделимый атом материи.

По представлениям Демокрита атомы были вечными, неизменными и неделимыми. Изменения во Вселенной происходили исключительно из-за изменений в связях между атомами, но не в них самих. Тем самым он тонко обошел давнишний спор древнегреческих философов о том, подвержена ли переменам сама суть видимого мира или все перемены в нем носят чисто внешний характер.

Заключение

Идея об атомном строении материи так и оставалась чисто философским умопостроением вплоть до начала XIX века, когда сформировались основы химии как науки. Химики первыми и обнаружили, что многие вещества в процессе реакций распадаются на более простые компоненты. Например, вода распадается на водород и кислород. Однако некоторые вещества -- те же водород и кислород -- разложению на составляющие при помощи химических реакций не поддаются. Такие вещества назвали химическими элементами. К началу XIX века было известно около 30 химических элементов (на момент написания этой статьи их открыто более 110, включая искусственно полученные в лабораторных условиях). Кроме того, было установлено, что в процессе химических реакций количественное соотношение веществ, участвующих в данной реакции, не изменяется. Так, для получения воды неизменно берутся восемь массовых долей кислорода и одна доля водорода.

Для Дальтона, как и для Демокрита, атомы оставались неделимыми. В черновиках и книгах Дальтона мы находим рисунки, где атомы представлены в виде шариков. Однако основное положение его работы -- что каждому химическому элементу соответствует особый тип атома -- легло в основу всей современной химии. Этот факт остается непреложным и теперь, когда мы знаем, что каждый атом сам по себе является сложной структурой и состоит из тяжелого, положительно заряженного ядра и легких, отрицательно заряженных электронов, вращающихся по орбитам вокруг ядра. Достаточно обратиться к сложностям квантовой механики, чтобы понять, что концепция атома не исчерпала себя и в XXI веке.

Список литературы

1. Агапов Б.Т., Максютин Г.В., Островерхов П.И. Лабораторный практикум по физике. - М.: Высшая школа, 2004.

2. Ахматов А.С. Молекулярная физика. - М., Знание, 2001.

3. Бакушинский В.Н. Организация лабораторных работ по физике в средней школе. - М., 2003.

4. Беклемишев А.В. Методика и организация лабораторных занятий по физике в высшей школе. - М.: Советская наука, 2006.

5. Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента. - М., 2001.

6. Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Руководство к лабораторным работам по физике. - М.: Высшая школа, 2004.

7. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. - Л.: Наука, 2004.

9. Ковалёв П.Г. Молекулярная физика, электродинамика. - Ростов: Университетское, 2003.

10. Лабораторные занятия по физике / Под ред. Гольдина Л.Л. - М.: Наука, 2005.

11. Лабораторный практикум по физике / Под ред. Ахматова А.С. - М.: Высшая школа, 2002.

13. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л., 2003.

14. Павленко Ю.Г. Молекулярная физика. - М., 2002.

15. Павлов В.И. Механика, молекулярная физика. М., 2002.

17. Яковлев В.Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика. - М.: Просвещение, 2004.

Подобные документы

Атомно-молекулярное учение Ломоносова о строении вещества. Молекула как наименьшая частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства. Современное изложение основных положений атомно-молекулярного учения. Открытие катодных лучей Круксом.

презентация [658,4 K], добавлен 14.04.2012

Химический элемент - совокупность атомов одного вида. Открытие химических элементов. Размеры атомов и молекул. Формы существования химических элементов. Некоторые сведения о молекулярном и немолекулярном строении веществ. Атомно-молекулярное учение.

презентация [33,3 K], добавлен 15.04.2012

Грань между органическими и неорганическими веществами. Синтезы веществ, ранее вырабатывавшихся только живыми организмами. Изучение химии органических веществ. Идеи атомистики. Сущность теории химического строения. Учение об электронном строении атомов.

реферат [836,2 K], добавлен 27.09.2008

Химическая связь в молекулах. Теории химического строения (структурная, электронная). Квантово-механические химические связи. Комплексы переходных и непереходных элементов. Строение конденсированных фаз (жидкостей, растворов, мезофаз, кристаллов).

презентация [97,1 K], добавлен 22.10.2013

Основные химические вещества: белки, липиды, углеводы, витамины, минеральные вещества и пищевые добавки. Основные химические процессы, происходящие при тепловой кулинарной обработке. Потери при тушении, запекании, припускании и пассеровании продуктов.

курсовая работа [119,9 K], добавлен 07.12.2010

От алхимии - к научной химии: путь действительной науки о превращениях вещества. Революция в химии и атомно-молекулярное учение как концептуальное основание современной химии.Экологические проблемы химической компоненты современной цивилизации.

реферат [56,6 K], добавлен 05.06.2008

Полимеры как органические и неорганические, аморфные и кристаллические вещества. Особенности структуры их молекулы. История термина "полимерия" и его значения. Классификация полимерных соединений, примеры их видов. Применение в быту и промышленности.

Все вещества состоят из атомов, которые объединяются в определенные структуры с помощью различных устойчивых связей. При этом структурная решетка физического тела может состоять, либо из отдельных однотипных групп атомов — молекул, либо из отдельных атомов. По типу связей различают вещества молекулярного и немолекулярного строения. Рассмотрим примеры веществ с молекулярным типом строения.

Строение вещества

Агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое или газообразное) и особенности его строения определяются взаимодействием атомов и молекул, из которых состоят все вещества. Теория о молекулярном устройстве всех физических объектов подтвердилась многочисленными экспериментами. Современные приборы (электронные микроскопы) позволяют даже увидеть и сфотографировать отдельные молекулы и их расположение (структуру).

Все физические тела состоят из молекул — мелких частиц, каждая из которых имеет все основные химические и физические свойства, присущие всему веществу;
Молекулы состоят из атомов;
Атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и ядра, включающего в себя положительно заряженные протоны и нейтроны, не имеющие зарядов;
Молекулы вещества находятся в непрерывном, хаотическом движении;
Взаимодействие частиц имеет электромагнитную природу: при сближении происходит отталкивание, а при удалении друг от друга возобновляется притяжение. В равновесном состоянии силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг другу.

Древнегреческий философ Демокрит, живший более 2000 лет назад считается первым мыслителем, создавшим учение (теорию) о том, что весь наш мир построен из мельчайших. невидимых частичек — атомов. Слово атом имеет греческое происхождение (“атомос” — неделимый, неразрезаемый). Эта замечательная идея позднее была надолго забыта. Более тысячи лет безраздельно господствовало учение другого философа — Аристотеля, который отрицал существование атомов. Аристотель утверждал, что все вещества могут взаимно превращаться друг в друга, и любое тело можно делить до бесконечности. И Демокрит, и Аристотель строили свои предположения на основе общих, теоретических рассуждений. Только в начале ХIХ века на основе многочисленных опытов и экспериментов ученые (Гассенди, Ломоносов, Бойль, Мариотт, Дальтон и др.) окончательно пришли к общему мнению о реальности существования атомов и молекул.

Рис. 2. Портрет М. В. Ломоносова:.

Свойства веществ молекулярного строения

Для описания веществ со схожими свойствами выделяют два основных вида: вещества немолекулярного строения и вещества молекулярного строения. Вещества, состоящие из однотипных молекул, имеющих в своем составе один и тот же набор атомов, называются веществами молекулярного строения. Общими для этих веществ являются следующие свойства:

Слабые связи между молекулами, которые при небольшом повышении температуры начинают разрываться — сначала происходит переход в жидкое состояние, а затем в газовую фазу;
Низкие температуры плавления и кипения.

Примеры веществ молекулярного строения

К молекулярным веществам относятся:

Большинство простых веществ-неметаллов: кислород (O₂), сера (S₂), фосфор (P₄), водород (H₂), азот (N₂), хлор (Cl₂), фтор (F₂), бром (Br₂), йод (I₂);
Соединения веществ-неметаллов друг с другом: аммиак (NH₃), углекислый газ (CO₂), серная кислота (HSO₄), оксид азота (N₂O₅);
Сахар;
Нафталин.

Молекулярная кристаллическая решетка образована молекулами, которые соединены между собой слабыми силами межмолекулярного притяжения. Поэтому эти вещества летучи (их можно обнаружить по запаху), имеют низкие температуры плавления, малую твердость (хрупкие) и являются диэлектриками (практически не проводят электрический ток).

Чаще всего молекулярные вещества при нормальных условиях находятся в жидком или газообразном агрегатном состоянии. Некоторые молекулярные вещества могут быть в твердом виде, но их отличительными свойствами являются: легкоплавкость и растворимость в воде (если в узлах полярные молекулы). Примерами таких веществ могут служить: сахар, глюкоза, нафталин, CO₂ (“сухой лед”).

Рис. 3. Молекулярные кристаллические решетки, например: кислород, сера йод, вода:.

Атомов в составе молекулы может быть от 2 штук до бесконечности. Одно из первых мест по количеству атомов занимает молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая — кислота). В одной молекуле ДНК содержится атомов:

углерода — 5750;
водорода — 7227;
кислорода — 4131;
азота — 2215;
фосфора — 590.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что к веществам с молекулярным строением относятся газообразные, жидкие и твердые вещества, молекулярная кристаллическая решетка которых образована молекулами, соединенными между собой слабыми силами межмолекулярного притяжения. Такие вещества летучи (обнаруживаются по запаху), имеют низкие температуры плавления, малую твердость (хрупкие) и являются диэлектриками (практически не проводят электрический ток).

Физика

Кратко первоначальные сведения о строении вещества получают на уроках физики в 7 классе при изучении мельчайших частиц, составляющих основные строительные единицы любого тела. Введение в теорию микроструктур, заложенную еще Ломоносовым, дает представление об атомах и молекулах, которые невозможно увидеть невооруженным глазом из-за их размеров.

Исторические сведения

О том, что любое тело состоит из мельчайших частиц, предполагал еще ученый Демокрит, живший в 460−370 годах до н. э., но его предположение на тот момент больше напоминало сказку. Научную базу этой теории подвел только Ломоносов в XVIII веке, который дал в своих конспектах следующее определение мельчайшим частицам:

Тема о строении вещества в физике получила развитие в работах английского ученого Дальтона. В своих исследованиях он попытался определить величину веса атомов.

При этом Дальтон высказывал собственный взгляд на элементарные частицы, считая, что все тела состоят из одних атомов, которые объединяются между собой в сложные структуры.

Только в XIX теория атомно-молекулярное строение вещества приняла официальный характер и начала новую главу в физике.

Атомно-молекулярное строение

Молекула представляет собой мельчайшую частицу, обладающую всеми химическими свойствами этого элемента. Строение вещества определяется расположением элементарных частиц. Каждая молекула состоит из атомов. Их состав и определяет характеристику вещества.

Каждый атом включает в себя положительно заряженное ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные электроны.

Научные опыты показывают, что масса молекул колеблется в пределах 10 -23 —10- 26 кг. Это настолько малая величина, что увидеть частицу можно только под электронным микроскопом. При этом молекулы обладают уникальным свойством: они абсолютно одинаковые, если принадлежат одному веществу.

Агрегатные состояния вещества

При изучении основных положений о строении вещества в 7 классе на уроках физики им даются четкие определения, которые затем можно использовать в рефератах на эту тему. Основной принцип: любое из них состоит из элементарных частиц, расположенных на разных расстояниях. Это означает, что между молекулами существуют промежутки. Их величина зависит от агрегатного состояния вещества.

Проще всего понять строение вещества на физике в 7 классе по таблице:

Агрегатное состояние	Расположение в пространстве молекул	Особенности движения	Расстояние между соседними молекулами
Твердое	Существует определенный порядок	Идет колебание без перемещения	Малое расстояние, меньше диаметра молекулы
Жидкое	Хаотичное	Идут колебания с перемещением	Расстояние меньше, чем размер молекулы
Газообразное	Хаотичное	Постоянно происходят удары и перемещения	Большое расстояние, на этом отрезке может расположиться множество молекул

В природе вещества встречаются во всех трех агрегатных состояниях. Каждые их них имеют свои характеристики.

Твердые тела

Следует знать, что в твердых телах молекулы расположены близко друг к другу. При этом они лишены возможности перемещения. Твердые вещества разделяются на 2 группы:

Аморфные. Расположение мельчайших частиц ведется в хаотичном порядке. Здесь не прослеживается четкой структуры.
Кристаллические. В таких телах расположение молекул идет по определенной схеме.

В зависимости от структуры решетки кристаллические твердые тела разделяются на 4 типа. Их описание носит следующий характер:

Атомные. Мельчайшие частицы в таких веществах прочно связаны между собой. В итоге тела отличаются повышенной прочностью. Примером может служить алмаз.
Молекулярные. Здесь связи между частицами ослаблены. В результате тела легко подвергаются плавлению. В качестве примера можно привести сахар.
Ионные. В узлах кристаллической решетки таких тел находятся положительно и отрицательно заряженные частицы. Связываются они между собой при помощи электростатического притяжения. К таким веществам относятся хорошо растворимые в воде кислоты и щелочи.
Металлические. Здесь в узлах кристаллической решетки располагаются положительные ионы. Между ними свободно перемещаются отрицательные электроны. Поэтому такие тела хорошо проводят электрический ток и тепловую энергию.

Кристаллическое строение вещества относится к устойчивой структуре. Причина состоит в том, что в ней присутствует небольшое количество потенциальной энергии.

Особенности жидкости

Молекулы жидкости не составляются такую же четкую структуру, какая существует в твердых телах. При этом они располагаются достаточно близко друг к другу. Расстояние между частицами является величиной постоянной. Это обеспечивается достаточно высокой молекулярной связью. Однако ее силы недостаточно, чтобы молекулы находились в статическом положении на протяжении длительного времени. В результате происходит их перескакивание в другие места. Как результат, жидкость обладает свойством текучести.

Самая распространенная в природе жидкость — это вода. Однако в зависимости от типа мельчайших частиц существуют другие разновидности жидких веществ:

Атомарные. В их состав входят атомы и сферические молекулы. Примером служит метан.
Двухатомные. Их состав состоит из двух одинаковых атомов. Сюда относится ртуть, жидкий водород.
Полярные. Состоят из полярных молекул. Пример — жидкий бромводород.
Ассоциированные. Между частицами присутствуют водородные связи. Это обычная вода.

Благодаря особенностям внутренней структуры жидкости способны растворять в себе некоторые вещества.

Газообразная структура

В газообразных телах молекулы располагаются на больших расстояниях друг от друга. В результате между ними не наблюдается взаимодействия. Если газ поместить в закрытый сосуд, то он быстро распространится по всему объему. Из-за большого расстояния между мельчайшими частицами газообразные тела легко сжимаются.

Некоторые тела обладают возможностью переходить из одного агрегатного состояния в другое. Примером может служить вода, которая при испарении превращается в газ. Особенно быстро этот процесс происходит при ее кипении. В этот период от нее отрываются молекулы, большое количество которых формирует пар.

Существуют твердые тела, растворяющиеся в жидкости. К ним относятся сахар и соль. Все эти процессы происходят благодаря молекулам, которые переходят в другое состояние.

Рассматривая любое тело, находящееся в каком-либо агрегатном состоянии, следует понимать, что основой его являются микроскопические частицы — молекулы и атомы. Только в зависимости от расположения их в пространстве каждое вещество приобретает индивидуальные ему свойства.

Читайте также: