Страница 31 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Как формировались в естествознании представления о строении вещества?

Решение

Представления о строении вещества формировались на протяжении тысячелетий, пройдя путь от философских умозрений до сложных экспериментально подтвержденных теорий. Этот процесс можно разделить на несколько ключевых этапов.

1. Античная натурфилософия (V-IV вв. до н. э.)

Первые идеи о дискретном строении материи возникли в Древней Греции. Философы Левкипп и его ученик Демокрит предположили, что все тела состоят из мельчайших, неделимых и вечно движущихся частиц — атомов (от др.-греч. ἄτομος — «неделимый»). Эта концепция была чисто умозрительной. Аристотель, напротив, отверг атомизм, уча, что материя непрерывна и состоит из четырех начал (стихий). Его взгляды господствовали в науке почти две тысячи лет.

2. Эпоха научной революции и становление химии (XVII-XIX вв.)

С развитием экспериментальных методов атомизм возродился как научная гипотеза. В начале XIX века английский учёный Джон Дальтон, обобщив законы химии, сформулировал первую научную атомную теорию. Он представил атом как мельчайшую частицу химического элемента. Работы Амедео Авогадро помогли разграничить понятия атома и молекулы. Создание Дмитрием Менделеевым в 1869 году Периодической системы химических элементов показало наличие закономерностей в свойствах элементов, что намекало на сложное внутреннее строение самих атомов.

3. Открытие субатомных частиц и первые модели атома (конец XIX - начало XX в.)

Этот период ознаменовался революционными открытиями, доказавшими, что атом делим. В 1897 году Джозеф Джон Томсон открыл электрон и предложил модель атома «пудинг с изюмом»: положительно заряженная сфера с вкраплениями электронов. В 1911 году Эрнест Резерфорд после опытов по рассеянию альфа-частиц создал планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре находится крошечное положительно заряженное ядро, а вокруг него, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются электроны.

4. Квантовая теория строения атома (XX в.)

Планетарная модель Резерфорда была неустойчивой с точки зрения классической физики. В 1913 году Нильс Бор объединил ее с квантовыми идеями, постулировав, что электроны движутся по строго определённым стационарным орбитам, не излучая при этом энергии. Дальнейшее развитие в 1920-х годах привело к созданию квантовой механики. Понятие орбиты было заменено понятием орбитали — области пространства, где наиболее вероятно нахождение электрона. Параллельно была установлена структура ядра: оно состоит из протонов (открыты Резерфордом) и нейтронов (открыты Джеймсом Чедвиком в 1932 году).

5. Современные представления

Исследования в физике высоких энергий показали, что и протоны с нейтронами не являются элементарными. Они состоят из еще более фундаментальных частиц — кварков. Современные представления о строении вещества описываются Стандартной моделью элементарных частиц, которая включает в себя кварки, лептоны (к которым относится и электрон) и частицы-переносчики взаимодействий.

Таким образом, представления о строении вещества эволюционировали от простой идеи неделимых атомов к сложной квантовой картине мира, где фундаментальными «кирпичиками» являются элементарные частицы, взаимодействие которых описывается строгими физическими законами.

Ответ:

Представления о строении вещества в естествознании формировались поэтапно: от философской концепции неделимых атомов в Древней Греции (Демокрит) к научной атомно-молекулярной теории XIX века, основанной на законах химии (Дальтон, Менделеев). В конце XIX – начале XX века были открыты субатомные частицы (электрон) и сложная структура атома, что привело к созданию моделей Томсона («пудинг с изюмом») и Резерфорда (планетарная модель). Дальнейшее развитие связано с квантовой механикой: модель Бора ввела понятие стационарных орбит, а современная квантово-механическая модель описывает электрон через вероятностную орбиталь и признает его корпускулярно-волновую природу. Было установлено, что ядро состоит из протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, состоят из кварков, что описывается современной Стандартной моделью элементарных частиц.

В чём заключаются основные положения атомно-молекулярного учения?

Атомно-молекулярное учение является фундаментальной концепцией в химии и физике, описывающей строение и свойства вещества. Его основные положения, сформулированные и развитые на протяжении XVIII-XIX веков, можно свести к следующим ключевым тезисам:

1. Все вещества состоят из частиц

Любое вещество, будь то твёрдое тело, жидкость или газ, имеет дискретное (прерывистое) строение. Оно состоит из мельчайших частиц — молекул. Молекулы, в свою очередь, состоят из ещё более мелких частиц — атомов. Существуют также вещества немолекулярного строения, которые состоят непосредственно из атомов (например, алмаз, инертные газы) или ионов (например, поваренная соль $NaCl$). Между частицами существуют промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества.

Ответ: Все вещества состоят из мельчайших частиц (атомов, молекул, ионов), между которыми есть свободное пространство.

2. Частицы находятся в непрерывном движении

Атомы и молекулы никогда не находятся в состоянии покоя, они постоянно и хаотически (беспорядочно) движутся. Это движение называется тепловым. Скорость движения частиц напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем больше скорость их движения. Яркими экспериментальными подтверждениями этого положения являются диффузия (самопроизвольное смешивание веществ) и броуновское движение (беспорядочное движение микроскопических частиц в жидкости или газе).

Ответ: Частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении, интенсивность которого определяется температурой.

3. Частицы взаимодействуют друг с другом

Между частицами вещества одновременно действуют силы притяжения и отталкивания. На расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц, эти силы уравновешивают друг друга. При уменьшении расстояния начинают преобладать силы отталкивания, а при увеличении — силы притяжения. Соотношение между силами взаимодействия и кинетической энергией теплового движения частиц определяет агрегатное состояние вещества.

Ответ: Между частицами вещества существуют силы взаимного притяжения и отталкивания, которые определяют его агрегатное состояние.

4. Атомы и молекулы имеют определённые характеристики

Атомы являются мельчайшими частицами химического элемента, которые сохраняют его химические свойства. Атомы одного элемента обладают одинаковыми свойствами (в первую очередь, массой), но отличаются от атомов других элементов. Молекулы — это наименьшие частицы данного вещества, обладающие его химическими свойствами. Молекулы состоят из определенного числа атомов, соединенных химическими связями в строго определенной последовательности. Свойства вещества определяются составом и строением его молекул.

Ответ: Атомы — химически неделимые частицы элемента, а молекулы — наименьшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства и имеющие определённый состав и строение.

5. Атомы сохраняются при химических реакциях

Во время химических реакций молекулы одних веществ разрушаются, но атомы, из которых они состояли, сохраняются. Эти атомы перегруппировываются, образуя молекулы новых веществ. Таким образом, атомы не создаются и не исчезают в ходе химических превращений. Это положение лежит в основе закона сохранения массы веществ.

Ответ: В химических реакциях атомы не разрушаются и не создаются, а лишь перегруппировываются, образуя новые молекулы.

Какие учёные внесли значительный вклад в развитие атомно-молекулярного учения? Составьте презентацию об одном из учёных (на ваш выбор).

Какие учёные внесли значительный вклад в развитие атомно-молекулярного учения?

Развитие атомно-молекулярного учения — это долгий процесс, в который внесли вклад многие мыслители и учёные на протяжении веков. Вот некоторые из ключевых фигур:

• Левкипп и Демокрит (V в. до н.э.) — древнегреческие философы, которые первыми выдвинули гипотезу об атомистическом строении материи. Они предположили, что все тела состоят из мельчайших, неделимых и вечно движущихся частиц — атомов.
• Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) — русский учёный-энциклопедист. Он разработал корпускулярно-кинетическую теорию, согласно которой теплота есть результат движения частиц вещества (корпускул). Ломоносов чётко разграничил понятия «элемент» (атом) и «корпускула» (молекула), а также сформулировал закон сохранения массы веществ в химических реакциях.
• Антуан Лавуазье (1743–1794) — французский химик, который своими точными экспериментами по взвешиванию реагентов и продуктов реакции независимо подтвердил закон сохранения массы, заложив основы количественного химического анализа.
• Джон Дальтон (1766–1844) — английский естествоиспытатель, создатель первой научной атомной теории. Он предположил, что все атомы одного элемента идентичны по массе и свойствам, а атомы разных элементов различаются. Его теория позволила объяснить законы стехиометрии.
• Амедео Авогадро (1776–1856) — итальянский учёный. Он ввёл фундаментальное различие между атомами и молекулами и выдвинул гипотезу (ныне закон Авогадро) о том, что в равных объёмах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.
• Станислао Канниццаро (1826–1910) — итальянский химик. На Международном конгрессе химиков в Карлсруэ в 1860 году он представил убедительные доводы в пользу теории Авогадро, предложив стройную систему определения атомных и молекулярных масс, что привело к всеобщему признанию атомно-молекулярной теории.
• Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) — русский химик, открытие которым Периодического закона и создание Периодической системы химических элементов стало мощнейшим подтверждением и обобщением атомно-молекулярного учения, установив связь между атомной массой элемента и его свойствами.

Ответ: Значительный вклад в развитие атомно-молекулярного учения внесли такие учёные, как Демокрит, М.В. Ломоносов, Дж. Дальтон, А. Авогадро, С. Канниццаро, Д.И. Менделеев и другие, которые своими теоретическими и экспериментальными работами заложили основы современных представлений о дискретном (прерывистом) строении вещества.

Составьте презентацию об одном из учёных (на ваш выбор).

Презентация: Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) и его вклад в атомно-молекулярное учение

Биография

Михаил Васильевич Ломоносов — выдающийся русский учёный-энциклопедист, поэт и реформатор. Родился в Архангельской губернии в семье помора. Проявив невероятную тягу к знаниям, в 19 лет отправился пешком в Москву, чтобы получить образование. Обучался в Славяно-греко-латинской академии, затем в Санкт-Петербурге и в Германии. Его научные интересы были чрезвычайно широки и охватывали химию, физику, астрономию, геологию, историю и филологию.

Основы атомно-молекулярного учения Ломоносова

Задолго до Дальтона и других учёных XIX века Ломоносов разработал стройную теорию строения вещества, которую он называл «корпускулярной философией». Ключевые положения его учения:

• Все вещества состоят из «корпускул» (молекул), которые являются скоплениями «элементов» (атомов).
• Частицы (атомы и корпускулы) находятся в непрерывном движении. Теплота тела является результатом этого движения.
• Атомы качественно различны, молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, а молекулы сложных веществ — из разных.
• Свойства вещества определяются тем, из каких атомов состоят его молекулы, и тем, как эти атомы соединены между собой.

Закон сохранения массы и закон сохранения энергии

В 1748 году в письме к Леонарду Эйлеру Ломоносов сформулировал «всеобщий естественный закон», объединяющий в себе закон сохранения массы и энергии: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому... Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает». Позже, в 1756 году, он экспериментально подтвердил закон сохранения массы, прокаливая металлы в запаянных ретортах и взвешивая их до и после реакции.

Значение трудов

Идеи Ломоносова значительно опередили науку своего времени. Его корпускулярно-кинетическая теория легла в основу современной молекулярной физики и физической химии. Он внёс фундаментальный вклад в становление химии как точной науки и по праву считается одним из основоположников атомно-молекулярного учения.

Ответ: Представлена краткая презентация о Михаиле Васильевиче Ломоносове, одном из основоположников атомно-молекулярного учения. Его ключевые заслуги включают разработку корпускулярно-кинетической теории, введение различия между атомами («элементами») и молекулами («корпускулами»), а также формулировку и экспериментальное подтверждение закона сохранения массы в химических реакциях.