РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ І АТОМІВ

Розділ 2. БУДОВА РЕЧОВИНИ

§8 . АТОМИ ТА МОЛЕКУЛИ

3. РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ І АТОМІВ

ПРОВЕДЕМО ДОСЛІД

Капнемо на поверхню спокійної води крапельку олії (краще взяти оливкову олію). Олія розтечеться по поверхні води дуже тонким шаром. Однак товщина олійної плівки не може бути меншою від розміру молекули олії, що й визначає максимальну площу плівки (рис. 8.7). Так, досліди свідчать, що крапелька оливкової олії об’ємом 1 мм3 розтікається плямою, площа якої не перевищує 1 м2.

 РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ І АТОМІВ

Знаючи об’єм крапельки та площу

олійної плівки, можна оцінити довжину молекули олії (ці молекули мають подовжену форму й розташовані на поверхні води перпендикулярно до поверхні). Якщо з крапельки об’ємом 1 мм3 утворюється олійна плівка площею 1 м2, то товщина плівки, яка дорівнює приблизно довжині молекули олії, складає близько 1 нанометра (нм), тобто одної мільярдної частки метра! Візьміть до уваги, що молекула олії складається з багатьох атомів!

Найменша молекула – одноатомна молекула гелію (близько 0,2 нм). Розмір молекули води, що складається з двох атомів Гідрогену й одного атома Оксигену, трохи більше: близько 0,3 нм.

Отже,

характерною довжиною у світі атомів і молекул є 0,1 нм.

Щоб ви змогли уявити розміри молекул, наведемо такі порівняння.

1. В одній чайній ложці води приблизно стільки ж молекул води, скільки чайних ложок води у Світовому океані (у всіх морях і океанах Землі разом узятих). Тобто, щоб перерахувати молекули води в чайній ложці, потрібно стільки ж часу, скільки для того, щоб вичерпати чайною ложечкою весь Світовий океан!

2. Атом Гідрогену приблизно в стільки разів менший від сливи, у скільки разів сама слива менша від земної

Кулі. Уявіть собі, що величезна Земля складається вся зі слив, – і ви уявите, як сама слива складається з атомів!

“ЖИВІ” МОЛЕКУЛИ

Усі живі істоти складаються з величезних, надзвичайно складно побудованих молекул.

Наприклад, у кожній істоті є особливі молекули, у яких послідовністю атомів “записано” всю так звану “спадкову інформацію” – подібно до того, як у книзі літерами набрано текст.

Тільки завдяки неймовірно тонкій і точній “роботі” таких молекул дитина схожа на своїх батьків: кошеня – на кішку, а слоненя – на слона.

Модель короткого фрагмента такої “спадкової” молекули показано на рис. 8.8. Ці молекули згорнуто в дуже довгі спіралі. Щоб дати вам уявлення про кількість і довжину цих молекул, скажемо тільки, що якби “спадкові” молекули, які містяться в організмі однієї людини, вишикувати в один ряд, то їхня загальна довжина була б у сто разів більшою за відстань від Землі до Сонця!

 РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ І АТОМІВ

Молекули, з яких складаються живі істоти, часто називають біологічними. Будова й взаємодія біологічних молекул нагадують будову й роботу складних механізмів. Для вивчення структури й дії біологічних молекул фізика та біологія, об’єднавшись, породили нову науку – біофізику. Ця наука вивчає будову живих організмів, використовуючи методи не тільки фізики та біології, але й інших наук, наприклад хімії та інформатики.

ЧИ ДІЙСНО АТОМ є НЕПОДІЛЬНИМ?

На початку 20-го століття вчені змогли проникнути й усередину атома.

Англійський учений Ернест Резерфорд, “обстрілюючи” атоми пучками швидких частинок, установив, що деякі з цих частинок унаслідок зіткнення з атомами “відскакують” назад! Пояснити це можна було тільки тим, що всередині атома є крихітне ядро, у якому зосереджено практично всю масу атома.

Розрахунки, зроблені Резерфордом, показали, що розміри ядра приблизно в сто тисяч разів менші від розмірів атома. Тобто, якщо атом збільшити до розмірів циркової арени, то ядро було б “маковим зернятком” посередині арени!

Отож Демокріт, який стверджував, що в природі є тільки атоми та порожнеча, недооцінив “роль” порожнечі: виявилося, що й атоми “наповнені” переважно порожнечею!

Ядро має позитивний електричний заряд, а навколо ядра рухаються дуже легкі негативно заряджені частинки – електрони. Це нагадує Сонячну систему. Подібність атома до Сонячної системи посилюється й тим, що майже вся маса Сонячної системи зосереджена в Сонці: маса всіх планет, разом узятих, складає близько однієї тисячної частки маси Сонця.

Виходячи з цього, Резерфорд запропонував “планетарну” модель атома, згідно з якою електрони в атомі рухаються навколо атомного ядра подібно до того, як планети рухаються навколо Сонця. Однак незабаром з’ясувалося, що рух електронів відбувається зовсім за іншими законами, ніж рух планет. Докладніше ви довідаєтеся про це з курсу фізики наступних класів.

Отже, виявилося, що атом є подільним: він складається з атомного ядра й електронів. Відразу ж виникло запитання: а чи є неподільним атомне ядро?

У подальших дослідах (зокрема, проведених тим самим Резерфордом) з’ясувалося, що ядро атома складається з частинок двох типів – позитивно заряджених протонів і нейтронів, які не мають електронного заряду.

Маси протона та нейтрона виявилися приблизно однаковими. Це пояснило, чому маси всіх атомів приблизно кратні масі атома Гідрогену: ядро атома Гідрогену складається з одного протона, а ядра всіх інших атомів побудовано з частинок приблизно однакової маси, як з однакових “цеглинок”.

На рис. 8.9 схематично зображено будову найпростіших атомів – атомів Гідрогену, Гелію та Літію.

 РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ І АТОМІВ

Однак на цьому подорож “усередину матерії” не зупинилася: у другій половині 20-го століття вчені відкрили, що протон і нейтрон – також складені частинки! Докладніше про це ви теж довідаєтеся з курсу фізики наступних класів.




РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ І АТОМІВ - Фізика


РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ І АТОМІВ