§ 1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА: ОТ АТОМА К МОЛЕКУЛЕ

Кинематика и динамика помогают нам описать движение тела и определить силу, являющуюся причиной этого движения. Однако на многие вопросы механика ответ дать не может. Например, из чего состоят тела? Почему при нагревании многие вещества становятся жидкими, а потом испаряются? И, вообще, что такое температура и теплота?

На подобные вопросы пытался ответить древнегреческий философ Демокрит 25 веков тому назад. Не ставя никаких опытов, он пришёл к заключению, что тела только кажутся нам сплошными, а на самом деле они состоят из мельчайших частиц, разделённых пустотой. Считая, что раздробить эти частицы нельзя, Демокрит назвал их атомами, что в переводе с греческого означает неделимые. Он же предположил, что атомы могут быть разными и находятся в постоянном движении, но мы не видим этого, т.к. они очень малы. К сожалению, учение Демокрита было скоро забыто, а пришедшее ему на смену учение Аристотеля утверждало, что все тела можно дробить до бесконечности, а все вещества могут превращаться друг в друга.

В XVII веке учёные опять начинают отдавать предпочтение атомистической теории Демокрита. Французский философ П. Гассенди, отвергнув учение Аристотеля, отвечает на очень сложный вопрос – сколько должно быть типов атомов, чтобы из них можно было сделать, казалось бы, бесконечное многообразие веществ. Он предположил, что вещества можно делать не только из одинаковых атомов, но и из одинаковых групп атомов различных типов. Эти группы атомов Гассенди назвал молекулами, что в переводе с латинского означает уменьшительное от слова «масса». Очевидно, что, соединяя атомы нескольких десятков типов в различных комбинациях, можно сделать практически бесконечное число различных молекул. Этим и объясняется такое разнообразие окружающего нас мира.

Большой вклад в развитие молекулярно-кинетической теории сделал М.В. Ломоносов. В отличие от Гассенди, считавшего, что тепло и холод – это одни из атомов, составляющих тела, Ломоносов впервые предположил, что теплота отражает движение атомов тела. Кроме того, он ввёл понятие простых и сложных веществ, молекулы которых состоят из одинаковых и разных атомов, соответственно. Некоторое время спустя английский учёный Д. Дальтон показал, что существуют химические закономерности, которые можно объяснить, только используя представления об атомах. После этого в существовании атомов уже никто из учёных не сомневался.

Таким образом, согласно атомистической теории строения вещества, мельчайшей частицей вещества, сохраняющей все его химические свойства, является молекула. Размеры даже крупных молекул, состоящих из тысяч атомов, так малы, что их нельзя увидеть в световой микроскоп. Многочисленные опыты и теоретические расчёты показывают, что размер атомов составляет около 10^-10 м. Размер молекулы зависит от того, из скольких атомов она состоит, и как они расположены друг относительно друга. Так, размер молекулы воды равен около 3^.10^-10 м.

В каждой видимой песчинке или капельке вещества содержится огромное число молекул. Например, в дождевой капле объёмом 10^-9 м³ содержится 3,3^.10¹⁹ молекул воды, а в крошечной песчинке обычной поваренной соли объёмом 10^-12 м³ – 2,2^.10¹⁶ молекул или в четыре миллиона раз больше, чем людей на Земле.

Чтобы ещё более наглядно представить себе, как плотно упакованы молекулы, проведём такой мысленный эксперимент: выльем литр молока в океан и подождём пока время, ветры и течения размешают наше молоко по всему мировому океану. Объём воды в мировом океане составляет около 1,4^.10²¹л, а число молекул в одном литре молока - 3^.10²⁵. Поэтому, если через некоторое время из любого места в океане взять литр воды, то в нём окажется около 2^.10⁴ молекул из нашего пакета молока.

Таким образом, внутри каждой песчинки и капельки существует свой микромир взаимодействующих между собой триллионов молекул. Закономерности этого мира молекул изучает молекулярная физика.  

Вопросы для повторения:

·        Как зародилась и развивалась атомистическая теория строения вещества?

·        Что такое молекулы, и каковы их размеры?

·       
Какие явления, изображённые на рисунке, может объяснить молекулярная физика?

Рис.1. Ледоход на Неве (г. Санкт-Петербург).