Wrzucony do wody kawałek cukru znika po chwili - staje się niewidoczny. Ale co oznaczają te znajome słowa?
Słodki smak wody i zapach rozprzestrzeniający się po pokoju wyraźnie mówią, że ani cukier, ani substancje aromatyczne wody kolońskiej nie zniknęły. Co się stało z rozpuszczonym cukrem i odparowaną wodą kolońską?
Podobne pytania pojawiły się przed ludźmi, gdy tylko nauczyli się zastanawiać nad zjawiskami naturalnymi zachodzącymi wokół nich. Co stanie się z cieczą, gdy wyparuje? Dlaczego ciała stałe zamieniają się w ciecze po podgrzaniu i zestalają się ponownie po schłodzeniu? Jak wytłumaczyć, że po podgrzaniu ciała rozszerzają się, zwiększają objętość? Wszystko to wymagało odpowiedzi, zajmowało pytający umysł człowieka. I już wiele tysięcy lat temu narodził się pomysł, że wszystkie substancje składają się z najmniejszych, a zatem niewidocznych cząstek.
Rozpuszczając, substancja rozpada się na niewidoczne cząstki, które są mieszane z tymi samymi niewidocznymi cząsteczkami wody. Cząsteczki cieczy schodzą z jej powierzchni i odlatują, rozpraszając się w otaczającej przestrzeni - ciecz paruje. To samo dzieje się z każdym odparowującym płynem.
W ciałach stałych cząstki są ze sobą ściśle połączone, ale pod wpływem ciepła wiązanie między nimi słabnie, a ciało stałe zamienia się w ciecz. Ciała rozszerzają się po podgrzaniu, ponieważ zwiększa się odległość między niewidzialnymi cząsteczkami, z których są złożone.Założenie takiej „ziarnistej” struktury substancji umożliwiło wyjaśnienie bardzo wielu i bardzo różnych zjawisk.
Na początku było to tylko śmiałe przypuszczenie. W tamtych czasach nauka była jeszcze w powijakach i nie mogła ani udowodnić istnienia niewidzialnych cząstek, ani ich badać. Ale minęły wieki, a przeczucie zmieniło się w ściśle ugruntowaną teorię naukową. Teraz doktryna niewidzialnych cząstek jest podstawą wszystkich nauk o materii. Naukowcy znaleźli całkowicie niepodważalne dowody na istnienie tych cząstek i opracowali genialne, dokładne i niezawodne sposoby ich badania.
Tak więc cukier wrzucony do wody rozpada się na niewidoczne cząsteczki. Cząstki te nazywane są cząsteczkami. Cząsteczki są bardzo małe. Mierzenie ich zwykłymi miarami długości - centymetrów lub milimetrów - jest tym samym, co pomiar grubości włosów w kilometrach. W świecie niewidzialnych cząstek ich jednostki są akceptowane. Ta miara długości nazywa się Angstrom (od nazwiska naukowca, który ją zastosował) i jest oznaczona A. Jest równa stu milionowej części centymetra.
Liczba cząsteczek nawet w niewielkim kawałku materii jest ogromna. Wyobraź sobie, że wrzuciłeś jedno ziarno granulowanego cukru do jeziora Bajkał. Jeśli teraz dokładnie „wymieszacie” jezioro, aby cząsteczki cukru były równomiernie rozmieszczone w całej objętości, wówczas w każdym litrze wody Bajkału będzie ponad dwieście cząsteczek cukru. A jeśli cząsteczki tworzące ten sam malutki kryształ mogłyby być równo rozdzielone wśród wszystkich ludzi żyjących na Ziemi, wówczas każda miałaby dwa miliardy cząsteczek.
Dlaczego właściwości substancji są różne?
Znamy wiele różnych substancji: sól, kreda, cukier, woda, miedź, żelazo, alkohol, ocet i tak dalej. Wyróżniamy te substancje pod względem wyglądu, smaku, zapachu i innych charakterystycznych znaków, właściwości. Powstaje pytanie: dlaczego właściwości substancji są różne? Dlaczego na przykład alkohol jest łatwopalny, a woda niepalna? Dlaczego cukier jest zwęglony po podgrzaniu, a nie sól?
Gdybyśmy mogli rozważyć cząsteczki powiększone dziesiątki milionów razy, zobaczylibyśmy, że cząsteczki, bez względu na to, jak małe, są zbudowane z kolei z jeszcze mniejszych cząstek - atomów. Atomy tworzące cząsteczkę są ze sobą ściśle powiązane i ułożone w określonej kolejności.
Porównaj cząsteczkę wody z cząsteczką cukru
Cząsteczka wody składa się tylko z trzech atomów, aw bardzo złożonej cząsteczce cukru jest znacznie więcej, rozmiary tych cząsteczek, ich waga, wzajemne rozmieszczenie atomów w nich są różne. To jest przyczyna różnicy między substancjami; ich właściwości są różne, ponieważ każda substancja składa się z różnych cząsteczek niż wszystkie inne substancje. I tylko tak długo, jak długo cząsteczki substancji pozostają niezmienione, dopóki ich struktura się nie zmieni, substancja pozostaje sobą.
Kiedy rozpuszczamy cukier, rozkładamy go na osobne cząsteczki, ale nie niszczymy go, nie uszkadzamy samych cząsteczek, a cukier pozostaje cukrem i zachowuje swoje właściwości (na przykład słodki smak). A jeśli pójdziesz dalej i rozbijesz cząsteczki? Co stanie się z cukrem?
Cóż, można to zrobić!
Aby to zrobić, wystarczy podgrzać cukier. Stopi się, ciemnieje, z niego wydzielają się nieprzyjemnie pachnące gazy, a wkrótce z cukru pozostanie tylko trochę porowatego węgla.Pod wpływem wysokiej temperatury cząsteczki cukru rozpadają się, a cukier zamienia się w kilka innych substancji, których właściwości są całkowicie odmienne od cukru. Niektóre z nich odlatują w postaci oparów i gazów, podczas gdy inne pozostają w postaci pozostałości węglowej. Zniszczenie cząsteczek doprowadziło do zniszczenia cukru, do przekształcenia go w inne substancje.
Cząsteczki to nie tylko nieistotne ziarna lub kropelki substancji, które różnią się od dużych kawałków i kropelek tylko wielkością. Istnieje znacząca różnica między najmniejszym ziarnem substancji, składającym się tylko z kilku cząsteczek, a cząsteczką: ziarno można podzielić na części bez zniszczenia samej substancji, nie można tego zrobić z cząsteczką.