Атом и молекула – равны или нет? И если нет, то в чем отличие? Эти вопросы относятся к школьной программе физики и химии, Но не все на самом деле понимают и могут объяснить, в чем разница между атомом и молекулой. Отличия в действительности есть и очень значительные. Разберемся с самого начала, что говорят об этом теории физики и химии, чем отличаются понятия «атом» и «молекула» и зачем вообще нужно это знать.
Что такое атом?
Это то, из чего состоим мы все и окружающие нас предметы. Это элементарная частица, химические свойства которой идентичны свойствам вещества, которое состоит из них.
Основа атома – маленькое ядро, вокруг него вращаются еще более мелкие электроны. Электроны имеют свой электрический заряд, благодаря этому между атомами существует связь, в результате которой образуются молекулы разной конструкции. А ядро в свою очередь состоит из тесно связанных протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, а электроны – отрицательный. При этом численно заряд протона всегда равен заряду электрона, противоположный только знак заряда. Именно благодаря этому между ними возникает и сохраняется связь.
Сам по себе атом находится в беспрерывном колебательном движении. Атомы могут взаимодействовать друг с другом, утрачивать, приобретать электроны или же одновременно владеть одним и более электронами.
Немного истории: первым теорию о том, что все материи состоят из мельчайших частиц, выдвинул древнегреческий философ Демокрит. Эти составляющие, невидимые глазу человеку, назвали атомами – буквально переводится как «неделимый». Позднее это учение преследовалось религией. А произошло открытие примерно в 420 году до н. э.
Что такое молекула?
Это тоже то, из чего состоят все вещества. Но ее состав не такой, а свойства зависят от вида связи между атомами. В составе молекулы два или больше атома. При этом атомы могут быть разных видов и в разном количестве.
Как отличить молекулы от атомов по структуре:
- Атом имеет ядро, которое состоит из положительно заряженных протонов и нейтронов и отрицательных электронов, которые движутся по орбите вокруг него;
- Молекула состоит из атомов разных видов с разными зарядам и свойствами, вокруг которых передвигаются внешние валентные электроны.
Строение молекулы более сложное. У каждого атома есть свое строго определенное место. Атомов в составе молекулы обычно не меньше двух, связь между ними может иметь разную форму и порядок. Существуют также молекулы одноатомные – это инертные газы.
Важно! Молекула может существовать самостоятельно. Атом – никогда. Многообразие веществ в природе обусловлено разными вариантами соединения первых и вторых. Об этом в середине 18 столетия разработал труды российский ученый Ломоносов.
Отличие в химии
Различие атомов и молекул в химии принципиальное в составе и свойствах. Молекула – это элемент, из которого состоят все вещества. Состав и свойства совпадают с составом и свойствами вещества. Это химически делимая частица. А если ее разделить путем механического дробления, получатся атомы. Они в свою очередь являются химическим неделимыми частичками. Разложить их на еще меньшие элементы невозможно.
Они никогда не бывают в свободном состоянии, все их составляющие – протоны, нейтроны, электроны – связаны между собой и определяют химические свойства вещества.
Количество протонов, нейтронов и электронов в атомах разных химических веществ не одинаково. Например, водород состоит только из одного протона и одного электрона. Зато углерод имеет в составе целых шесть протонов и столько же нейтронов и электронов. В составе гелия тоже равное количество протонов, нейтронов и электронов – их по два. Но это не обязательно – например, литий включает три протона, четыре нейтрона и три электрона.
Почему важно знать, из чего состоит вещество, сколько в нем протонов, а сколько нейтронов? Чтобы лучше понимать переход вещества из одного состояния в другое, изучать его свойства и особенности. В твердых материях связь между элементарными частичками самая плотная и прочная, в жидких – она меньше, а в газообразных – самая слабая. Элементы газов легко теряют свои частички и меняют заряд.
Это важно для химических реакций, так как в результате соединения двух разных веществ образуются третьи, происходит возгорание, кипение, замерзание и т.д. Именно количество и свойства атомов в молекуле, их связь объясняют, почему одна материя горит, а другая нет, почему одно вещество вязкое и никогда не замерзает, а другое превращается в газ или лед в тех же условиях.
Отличие в физике
В чем заключается разница в терминах атом и молекула по учебнику физики – также в размерах, расположении и свойствах, но физических, а не химических. В физике применяется молекулярно-кинетическая теория, объясняющая, из чего состоят все предметы, материи и вещества и от чего зависят их свойства. Согласно этой теории, все, что нас окружает и мы сами – это микроскопические тела, состоящие из микроскопических частиц – а именно молекул и атомов. Последние делятся на еще более мелкие частички.
В сравнении с разнообразием молекул атомов намного меньше, все известные человеку виды собраны в таблице Менделеева. Если вещество состоит из множества молекул с одним атомом – это атомарное вещество. Например, гелий серебра. Если молекулы содержат много атомов – это молекулярные вещества. Молекулы намного больше и тяжелее атомов, соединяются в разном порядке и определяют вес, плотность, давление, возможность тепловых явлений и перехода агрегатных состояний вещества.
Второе положение МКТ – все частички пребывают в постоянном тепловом движении. При этом в твердых веществах они колеблются незначительно, а в газообразных перемещаются свободно. Третье положение – между частичками существует электромагнитное взаимодействие – притягивание или отталкивание в зависимости от размера частиц и расстояния между ними.
Из чего состоит вещество?
Любое вещество состоит из крошечных частиц, как дом из кирпичиков. Кирпичики – это и есть молекулы. Мельчайшие частички из которых состоит «кирпич» – это атомы. Свойства микрочастичек и вещества определяются количеством протонов, нейтронов, электронов, их расположением и связью. Жидким будет вещество, твердым или газообразным, зависит от структуры и расположения молекул.
Отличие атома и молекулы в составе вещества очевидно:
- размер – атомы более мелкие;
- масса – у атомов масса несравнимо меньше массы молекулы;
- структура – визуально молекулу можно изобразить как сложную архитектурную конструкцию, атом представляет собой ядро и несколько электронов вокруг;
- заряд – молекула является нейтрально заряженной частицей, атом может иметь как положительный, так и отрицательный заряд.
Вместо заключения: все материи и вещества состоят из молекул. Долгое время считалось, что молекулы неделимы. Но теперь известно, что каждую можно разложить на атомы. Таким образом, если снова использовать пример дома и кирпичей, то дом – это вещество, его кирпичные стены – это молекулы, а сами кирпичи – это атомы. Различие в таком случае объяснять не нужно. Также становится понятным, как разные формы, виды, строение и свойства атомов-«кирпичей» влияют на итоговый вид и свойства молекулы-«стены» и вещества-«кирпичного дома». Надеемся, теперь вы никогда не будете путаться и считать, что эти два понятия – одно и то же.
