Oamenii au ghicit de foarte mult timp că substanțele constau din particule individuale minuscule; acest lucru a fost declarat acum aproximativ 2500 de ani de omul de știință grec Democrit.

Dar dacă în antichitate oamenii de știință presupuneau doar că substanțele constau din particule individuale, atunci la începutul secolului al XX-lea existența unor astfel de particule a fost dovedită de știință. Particulele care alcătuiesc multe substanțe se numesc molecule 1.

O moleculă a unei substanțe este cea mai mică particulă a acelei substanțe. Cea mai mică particulă de apă este o moleculă de apă, cea mai mică particulă de zahăr este o moleculă de zahăr etc.

Care sunt dimensiunile moleculelor?

Se știe că o bucată de zahăr poate fi zdrobită în boabe foarte mici, iar un bob de grâu poate fi măcinat în făină. Uleiul, răspândit peste apă, formează o peliculă a cărei grosime este de 40.000 de ori mai mică decât grosimea unui păr uman. Dar atât un bob de făină, cât și grosimea unei pelicule de ulei conțin nu una, ci multe molecule. Aceasta înseamnă că dimensiunea moleculelor acestor substanțe este chiar mai mică decât dimensiunea unui bob de făină și grosimea peliculei. Se poate face următoarea comparație: o moleculă este de același număr de ori mai mică decât un măr de mărime medie cu cât mărul este mai mic decât globul.

Moleculele diferitelor substanțe diferă ca mărime, dar toate sunt foarte mici. Instrumentele moderne - microscoapele electronice - au făcut posibilă vizualizarea și fotografiarea celei mai mari molecule (vezi placa color II). Aceste fotografii sunt o confirmare suplimentară a existenței moleculelor.

Deoarece moleculele sunt foarte mici, fiecare corp conține un număr mare de ele. 1 cm 3 de aer contine un asemenea numar de molecule incat daca adunati acelasi numar de boabe de nisip, veti obtine un munte care va acoperi o fabrica mare.

În natură, toate corpurile diferă unele de altele cel puțin într-un fel. Nu există doi oameni să aibă aceleași fețe. Dintre frunzele care cresc pe același copac, nu există două care sunt exact la fel. Nici măcar într-o grămadă de nisip nu vom găsi granule identice de nisip. Milioane de bile pentru rulmenți sunt fabricate în fabrică conform unui singur eșantion, de aceeași dimensiune. Dar dacă măsurați bilele mai precis decât s-a făcut în timpul procesării, puteți fi sigur că nu există două identice printre ele.

Moleculele aceleiași substanțe diferă unele de altele?

1. Moleculă este un cuvânt latin care înseamnă „masă mică”.

Numeroase și complexe experimente au arătat că moleculele aceleiași substanțe sunt identice. Fiecare substanță pură constă din molecule identice unice pentru ea. Acesta este un fapt uimitor. Este imposibil, de exemplu, să distingem apa obținută din suc sau lapte de apa obținută prin distilarea apei de mare, deoarece moleculele de apă sunt aceleași și nicio altă substanță nu este formată din aceleași molecule.

Deși moleculele sunt particule foarte mici de materie, ele sunt și divizibile. Particulele care alcătuiesc moleculele se numesc atomi.

De exemplu, o moleculă de oxigen este formată din doi atomi identici. O moleculă de apă este formată din trei atomi - un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Figura 14 prezintă două molecule de apă. Această reprezentare schematică a moleculelor este acceptată în știință; corespunde proprietăților moleculelor studiate în experimente fizice și se numește model de molecule.

Fisiunea a două molecule de apă produce patru atomi de hidrogen și doi atomi de oxigen. Fiecare doi atomi de hidrogen se combină pentru a forma o moleculă de hidrogen și fiecare atom de oxigen într-o moleculă de oxigen, așa cum se arată schematic în Figura 15.

Atomii nu sunt, de asemenea, particule indivizibile; ei sunt formați din particule mai mici numite particule elementare.

Întrebări. 1. Cum se numesc particulele care alcătuiesc substanțele? 2. Din ce observații rezultă că dimensiunile moleculelor sunt mici? 3. Ce știi despre dimensiunile moleculelor? 4. Ce știi despre compoziția moleculei de apă? 5. Ce experimente și raționament arată că toate moleculele de apă sunt la fel?

Exercițiu. După cum știți, picăturile unui lichid uleios se răspândesc pe suprafața apei, formând o peliculă subțire. De ce uleiul încetează să se răspândească la o anumită grosime a peliculei?

Exercițiu. Faceți modele a două molecule de apă din plastilină colorată. Apoi utilizați aceste molecule pentru a realiza modele de molecule de oxigen și hidrogen.

Astăzi vom desfășura o lecție nu numai de modelare, ci și de chimie și vom realiza modele de molecule din plastilină. Bilele de plastilină pot fi reprezentate ca atomi, iar chibriturile obișnuite sau scobitorii vor ajuta la arătarea conexiunilor structurale. Această metodă poate fi folosită de profesori atunci când explică materiale noi în chimie, de părinți când verifică și studiază temele și de copiii înșiși care sunt interesați de subiect. Probabil că nu există o modalitate mai ușoară și mai accesibilă de a crea material vizual pentru vizualizarea mentală a micro-obiectelor.

Iată ca exemple reprezentanți din lumea chimiei organice și anorganice. Prin analogie cu ele, se pot face și alte structuri, principalul lucru este să înțelegem toată această diversitate.

Materiale pentru lucru:

• plastilină din două sau mai multe culori;
• formulele structurale ale moleculelor din manual (dacă este necesar);
• chibrituri sau scobitori.

1. Pregătiți plastilină pentru modelarea atomilor sferici din care se vor forma molecule, precum și potriviri pentru a reprezenta legăturile dintre ei. Desigur, este mai bine să arătați atomi de diferite tipuri într-o culoare diferită, astfel încât să fie mai clar să vă imaginați un obiect specific al microlumii.

2. Pentru a face bile, prindeți numărul necesar de porții de plastilină, frământați în mâini și rulați în forme în palme. Pentru a sculpta molecule de hidrocarburi organice, puteți folosi bile roșii mai mari - acestea vor fi carbon și bile albastre mai mici - hidrogen.

3. Pentru a forma o moleculă de metan, introduceți patru chibrituri în bila roșie, astfel încât acestea să îndrepte spre vârfurile tetraedrului.

4. Pune bile albastre pe capetele libere ale meciurilor. Molecula de gaz natural este gata.

5. Pregătește două molecule identice pentru a-i explica copilului tău cum poate fi obținută molecula următoarei hidrocarburi, etanul.

6. Conectați cele două modele îndepărtând un chibrit și două bile albastre. Ethan este gata.

7. Apoi, continuați activitatea interesantă și explicați cum se formează o legătură multiplă. Scoateți cele două bile albastre și dublați legătura dintre carboni. În mod similar, puteți modela toate moleculele de hidrocarburi necesare lecției.

8. Aceeași metodă este potrivită pentru sculptarea moleculelor lumii anorganice. Aceleași bile de plastilină vă vor ajuta să vă realizați planurile.

9. Luați atomul de carbon central - bila roșie. Introduceți două chibrituri în el, definind forma liniară a moleculei; atașați două bile albastre, care în acest caz reprezintă atomi de oxigen, la capetele libere ale chibriturilor. Astfel, avem o moleculă de dioxid de carbon cu structură liniară.

10. Apa este un lichid polar, iar moleculele sale sunt formațiuni unghiulare. Ele constau dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Structura unghiulară este determinată de perechea singură de electroni de pe atomul central. Poate fi reprezentat și ca două puncte verzi.

Acestea sunt genul de lecții creative interesante pe care cu siguranță ar trebui să le practicați cu copiii dvs. Elevii de orice vârstă vor deveni interesați de chimie și vor înțelege mai bine subiectul dacă, pe parcursul procesului de învățare, li se oferă un ajutor vizual realizat de ei înșiși.

Pe lângă observație și experiment, modelarea joacă un rol important în înțelegerea lumii naturale și a chimiei.

Am spus deja că unul dintre scopurile principale ale observației este căutarea de modele în rezultatele experimentelor.

Cu toate acestea, unele observații sunt incomod sau imposibil de realizat direct în natură. Mediul natural este recreat în condiții de laborator cu ajutorul unor dispozitive speciale, instalații, obiecte, adică modele (din latinescul modulus - măsură, probă). Modelele copiază numai cele mai importante caracteristici și proprietăți ale unui obiect.

De exemplu, pentru a studia fenomenul natural al fulgerului, oamenii de știință nu au fost nevoiți să aștepte o furtună. Fulgerul poate fi simulat la ora de fizică și în laboratorul școlii. Două bile metalice trebuie să primească sarcini electrice opuse: pozitivă și negativă. Când bilele se apropie de o anumită distanță, o scânteie sare între ele - acesta este un fulger în miniatură. Cu cât încărcarea bilelor este mai mare, cu atât scânteia sare mai devreme la apropiere, cu atât fulgerul artificial este mai lung. Un astfel de fulger este produs folosind un dispozitiv special numit mașină electrofor (Fig. 33).

Orez. 33.
Aparat de electrofor

Studierea modelului a permis oamenilor de știință să stabilească că fulgerul natural este o descărcare electrică gigantică între doi nori de tunete sau între nori și sol. Cu toate acestea, un adevărat om de știință se străduiește să găsească aplicație practică pentru fiecare fenomen studiat. Cu cât fulgerul electric este mai puternic, cu atât temperatura acestuia este mai mare. Dar conversia energiei electrice în căldură poate fi folosită, de exemplu, pentru sudarea și tăierea metalelor. Așa a apărut procesul de sudare electrică, familiar oricărui student de astăzi (Fig. 34).

Orez. 34.
Fenomenul natural al fulgerului poate fi simulat în laborator

Modelarea în fizică este utilizată în special pe scară largă. În lecțiile pe acest subiect, vă veți familiariza cu o varietate de modele care vă vor ajuta să studiați fenomenele electrice și magnetice, modelele de mișcare a corpurilor și fenomenele optice.

Fiecare știință naturală folosește propriile modele care ajută la imaginarea vizuală a unui fenomen sau obiect natural real.

Cel mai faimos model geografic este globul (Fig. 35, a) - o imagine tridimensională în miniatură a planetei noastre, cu care puteți studia locația continentelor și oceanelor, țărilor și continentelor, munților și mărilor. Dacă o imagine a suprafeței pământului este aplicată pe o foaie plată de hârtie, atunci un astfel de model se numește hartă geografică (Fig. 35, b).

Orez. 35.
Cele mai cunoscute modele geografice: a - glob; b - harta

Modelele sunt utilizate pe scară largă în studiul biologiei. Este suficient să menționăm, de exemplu, modele - manechine de organe umane etc. (Fig. 36).

Orez. 36.
Modele biologice: a - ochi; b - creierul

Modelarea nu este mai puțin importantă în chimie. În mod convențional, modelele chimice pot fi împărțite în două grupe: obiective și simbolice, sau simbolice (Schema 1).

Pentru o mai mare claritate sunt folosite modele subiect de atomi, molecule, cristale, instalații industriale chimice.

Probabil ați văzut o imagine a unui model de atom care seamănă cu structura sistemului solar (Fig. 37).

Orez. 37.
Modelul structurii atomice

Pentru modelarea moleculelor chimice se folosesc modele cu bile și baston sau tridimensionale. Ele sunt asamblate din bile care simbolizează atomi individuali. Diferența constă în faptul că, în modelele cu bile și baston, atomii de bile sunt situați la o anumită distanță unul de celălalt și sunt fixați unul de celălalt prin tije. De exemplu, modelele tridimensionale ale moleculelor de apă sunt prezentate în Figura 38.

Orez. 38.
Modele ale unei molecule de apă: a - bile-și-tijă; b - volumetric

Modelele de cristale seamănă cu modelele de molecule cu bile și baston, cu toate acestea, ele nu descriu molecule individuale ale unei substanțe, ci arată aranjarea relativă a particulelor unei substanțe în stare cristalină (Fig. 39).

Orez. 39.
Model din cristal de cupru

Cu toate acestea, cel mai adesea chimiștii folosesc modele iconice, sau simbolice, mai degrabă decât modele subiective. Acestea sunt simboluri chimice, formule chimice, ecuații ale reacțiilor chimice.

Veți începe să învățați limbajul chimic al semnelor și formulelor în următoarea lecție.

Întrebări și sarcini

1. Ce este un model? modelare?
2. Dați exemple de: a) modele geografice; b) modele fizice; c) modele biologice.
3. Ce modele sunt folosite în chimie?
4. Faceți modele tridimensionale de molecule de apă din plastilină. Ce formă au aceste molecule?
5. Scrieți formula pentru floarea cruciferă dacă ați studiat această familie de plante la ora de biologie. Această formulă poate fi numită model?
6. Scrieți o ecuație pentru a calcula viteza unui corp dacă sunt cunoscute calea și timpul necesar corpului pentru a parcurge. Această ecuație poate fi numită model?

Mulți școlari nu le place chimia și o consideră o materie plictisitoare. Mulți oameni consideră acest subiect dificil. Dar studiul poate fi interesant și educativ dacă abordezi procesul în mod creativ și arăți totul clar.

Vă oferim un ghid detaliat pentru sculptarea moleculelor din plastilină.

Înainte de a face molecule, trebuie să decidem în avans ce formule chimice vom folosi. În cazul nostru, acestea sunt etan, etilenă, metilen. Vom avea nevoie de: plastilina in culori contrastante (in cazul nostru, rosu si albastru) si ceva plastilina verde, chibrituri (scobitori).

1. Rulați 4 bile cu un diametru de aproximativ 2 cm (atomi de carbon) din plastilină roșie. Apoi rulați 8 bile mai mici din plastilină albastră, de aproximativ un centimetru în diametru (atomi de hidrogen).

2. Luați 1 minge roșie și introduceți 4 chibrituri (sau scobitori) în ea așa cum se arată în imagine.

3. Luați 4 bile albastre și puneți-le pe capetele libere ale chibriturilor introduse în mingea roșie. Rezultatul este o moleculă de gaz natural.

4. Repetați pasul nr. 3 și obțineți două molecule pentru următoarea substanță chimică.

5. Moleculele realizate trebuie legate între ele printr-un chibrit pentru a forma o moleculă de etan.

6. De asemenea, puteți crea o moleculă cu o legătură dublă - etilenă. Pentru a face acest lucru, din fiecare moleculă obținută la pasul nr. 3, scoateți 1 chibrit cu o minge albastră pe el și legați piesele împreună cu două chibrituri.

7. Luați o minge roșie și 2 albastre și legați-le împreună cu două chibrituri astfel încât să obțineți un lanț: albastru – 2 chibrituri – roșu – 2 chibrituri – albastru. Avem o altă moleculă cu dublă legătură - metilen.

8. Luați bilele rămase: roșii și 2 albastre și conectați-le cu chibrituri așa cum se arată în figură. Apoi rulăm 2 bile mici din plastilină verde și le atașăm la molecula noastră. Avem o moleculă cu doi electroni încărcați negativ.

Studiul chimiei va deveni mai interesant, iar copilul dumneavoastră va dezvolta un interes pentru subiect.

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.

Alegeți un tip de bomboane. Pentru a face fire laterale de zahăr și grupuri de fosfat, utilizați benzi goale de lemn dulce negru și roșu. Pentru bazele azotate, utilizați urși gumași în patru culori diferite.

• Orice bomboană ai folosi, ar trebui să fie suficient de moale pentru a fi străpunsă cu o scobitoare.
• Dacă aveți la îndemână bezele colorate, acestea sunt o alternativă excelentă la urșișoarele de gumă.

Pregătiți restul de materiale. Luați sfoara și scobitorii pe care le folosiți pentru a crea modelul. Coarda va trebui tăiată în bucăți de aproximativ 30 de centimetri lungime, dar le puteți face mai lungi sau mai scurte - în funcție de lungimea modelului ADN pe care îl alegeți.

• Pentru a crea o spirală dublă, utilizați două bucăți de sfoară care au aceeași lungime.
• Asigurați-vă că aveți cel puțin 10-12 scobitori, deși este posibil să aveți nevoie de puțin mai mult sau mai puțin - din nou în funcție de mărimea modelului dvs.

Tăiați lemnul dulce. Veți agăța lemnul dulce, alternându-i culoarea, lungimea bucăților trebuie să fie de 2,5 centimetri.

Sortați urșii de gumă în perechi.În catena de ADN, citozina și guanina (C și G), precum și timina și adenina (T și A), sunt situate în perechi. Alegeți patru ursuleți de gumă colorate diferite pentru a reprezenta diferite baze azotate.

• Nu contează în ce secvență se află perechea C-G sau G-C, principalul lucru este că perechea conține exact aceste baze.
• Nu combinați cu culori nepotrivite. De exemplu, nu puteți combina T-G sau A-C.
• Alegerea culorilor poate fi complet arbitrară, depinde complet de preferințele personale.

Atârnă lemnul dulce. Luați două bucăți de sfoară și legați fiecare în partea de jos pentru a preveni alunecarea lemnului dulce. Apoi, înșiră bucăți de lemn dulce de culori alternative pe sfoară prin golurile centrale.

• Cele două culori de lemn dulce simbolizează zahărul și fosfatul, care formează firele dublei helix.
• Alegeți o culoare pentru a fi zahăr, ursuleții voștri se vor atașa de acea culoare de lemn dulce.
• Asigurați-vă că bucățile de lemn dulce sunt în aceeași ordine pe ambele fire. Dacă le puneți una lângă alta, culorile de pe ambele fire ar trebui să se potrivească.
• Faceți un alt nod la ambele capete ale frânghiei imediat după ce ați terminat de înșirat lemnul dulce.

Atașați ursuleții de gumă folosind scobitori. După ce ați împerecheat toți urșii, creând grupurile C-G și T-A, folosiți o scobitoare și atașați câte un urs din fiecare grup la ambele capete ale scobitorilor.

• Împingeți ursuleții de gumă pe scobitoare, astfel încât cel puțin jumătate de inch din partea ascuțită a scobitorii să iasă în afară.
• S-ar putea să ajungi cu mai multe perechi decât altele. Numărul de perechi din ADN-ul real determină diferențele și modificările genelor pe care le formează.