Страница 27 — Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества…

Главное доказательство даёт опыт с растворением и разбавлением. Если растворить в стакане воды крупинку красящего вещества (например, марганцовки), вода окрасится. Часть окрашенной воды отольём в другой стакан и разбавим чистой водой, потом то же сделаем в третьем стакане, и вода всё равно останется окрашенной. Значит, крупинка состояла из огромного числа очень маленьких частиц, и они попали в каждый стакан. Вторым доказательством служит сжимаемость и расширение тел: газ можно сжать в баллоне, а металлический шар при нагревании перестаёт проходить через кольцо. Это возможно лишь потому, что между частицами вещества есть промежутки, которые уменьшаются или увеличиваются. Наконец, существование частиц подтверждено электронными и туннельными микроскопами: на их снимках видны отдельные молекулы и атомы.

1) Растворение краски. Одна крупинка краски или одна капля чернил окрашивает целый стакан воды, а затем и несколько стаканов при разбавлении. Раз окрашена вся вода, частицы краски должны быть невообразимо малы и многочисленны. 2. Запах. Капля духов или несколько молекул пахучего вещества, испарившихся в комнате, ощущаются во всём помещении: частиц много, и каждая из них очень мала. 3. Масляная плёнка. Капля масла объёмом около 1 мм³ растекается по воде в тонкое пятно площадью в сотни квадратных сантиметров. Толщина такой плёнки порядка 10⁻⁹–10⁻¹⁰ м, и она не может быть меньше размера одной молекулы масла, значит, молекулы по размеру не больше этой величины. 4. Снимки с электронного микроскопа: размеры атомов и молекул составляют десятые доли нанометра.

Все тела состоят из частиц (атомов и молекул), между которыми есть промежутки. При нагревании частицы движутся быстрее, и промежутки между ними увеличиваются. Сами частицы при этом не растут, а удаляются друг от друга, поэтому общий объём тела возрастает. При охлаждении движение частиц замедляется, промежутки между ними уменьшаются и объём тела уменьшается. Например, металлический шар после нагревания застревает в кольце, через которое он свободно проходил, а когда остывает, снова проходит.

Описание опыта. Колбу с узкой трубкой в пробке заполняют окрашенной жидкостью так, чтобы жидкость заходила в трубку, и отмечают её исходный уровень. Затем колбу закрепляют в лапке штатива и нагревают пламенем спиртовки. По мере нагревания уровень жидкости в трубке поднимается. Вывод: при нагревании жидкость увеличивает свой объём (расширяется); при охлаждении объём вернулся бы к прежнему значению. Объяснение: жидкость состоит из молекул, между которыми есть промежутки. При нагревании молекулы начинают двигаться быстрее, расстояния между ними растут, поэтому вся жидкость занимает больший объём и поднимается по узкой трубке. Трубку делают узкой, чтобы даже небольшое изменение объёма было хорошо заметно по смещению уровня. Колба при нагревании тоже немного расширяется, но жидкости расширяются сильнее, поэтому уровень растёт.

Нет, нельзя. Вода состоит из молекул, между которыми есть промежутки, поэтому объём воды больше суммы объёмов самих молекул. Подтверждением служит нагревание: молекулы не изменяются, а объём воды возрастает именно за счёт увеличения промежутков. Такой же вывод следует из опыта со смешиванием: при смешивании некоторых жидкостей общий объём получается меньше суммы объёмов, так как молекулы одного вещества попадают в промежутки между молекулами другого.

Термометр устроен так, что ртуть находится в небольшом резервуаре и в узком капилляре. Когда термометр нагревается теплом тела, атомы ртути начинают двигаться быстрее, а промежутки между ними увеличиваются. Объём ртути растёт, и она не помещается в резервуаре, поэтому поднимается по тонкому капилляру. Сами атомы ртути при этом не увеличиваются в размерах. Так как капилляр очень узкий, небольшое изменение объёма даёт заметное удлинение столбика, и по его длине определяют температуру.

Идея об атомах появилась у древнегреческого философа Демокрита примерно в V в. до н. э., а молекулярная теория была признана научным сообществом лишь на рубеже XIX и XX веков (после работ Эйнштейна и Перрена по броуновскому движению, 1900-е годы). Получается около двух с половиной тысяч лет. Причин несколько. Во-первых, частицы настолько малы, что их нельзя увидеть глазами и даже в оптический микроскоп, поэтому долго не было прямых доказательств. Во-вторых, не существовало точных приборов и методов измерения, а наука о природе опиралась на рассуждения, а не на эксперимент. В-третьих, в разные эпохи господствовали другие взгляды (например, учение Аристотеля о непрерывности вещества). Только развитие химии, физики и техники эксперимента позволило получить доказательства и даже сфотографировать атомы.