Stebėjimais, dalelėmis ir simboliais grindžiami aprašymai

Vienas mėginys, trys aprašymo būdai

Ledo kubelis tirpsta ir virsta skystu vandeniu. Galite aprašyti, kaip keičiasi jo forma, ir išmatuoti jo temperatūrą ar masę. Tai stebimasis, arba makroskopinis, aprašymas. Jis apibūdina mėginį kaip visumą ir grindžiamas stebėjimu arba matavimu.

Aprašant dalelių lygmeniu, pokytis aiškinamas vandens molekulėmis ir jų sąveika. Simboliniame aprašyme medžiaga žymima H₂O, o jos fazė – (s), jei ji kietoji, (l), jei skystoji, arba (g), jei dujinė. Kiekvienas aprašymo būdas turi skirtingą paskirtį. Vien formulė nepasako, kaip mėginys atrodo ar kokioje temperatūroje jis stebimas.

Prieš naudodami formulę, ją perskaitykite

H yra vandenilio, o O – deguonies simbolis. Formulėje H₂O mažasis 2 rodo, kad vandens molekulėje yra du vandenilio atomai. Jei po O nėra mažojo skaičiaus, tai reiškia vieną deguonies atomą. Formulė nurodo šį atomų skaičiaus santykį. Ji nereiškia, kad puodelyje yra tik trys atomai.

Skaičius prieš formulę atlieka kitą vaidmenį. Dalelių skaičiavimo pavyzdyje 2 H₂O žymi dvi vandens molekules, kuriose iš viso yra keturi vandenilio atomai ir du deguonies atomai. Pakeitus skaičių prieš formulę, pasikeičia skaičiuojamų molekulių skaičius. Pakeitus apatinį indeksą, pasikeičia formulė. H₂O₂ žymi vandenilio peroksidą – kitą medžiagą; tai nėra kitas būdas užrašyti dvi vandens molekules.

Keičiantis fazei, molekulės išlieka tos pačios

Įvadiniame ledo, skysto vandens ir vandens garų modelyje kiekviena vandens molekulė išlieka H₂O. Lede molekulės sudaro tvarkingą struktūrą ir virpa apie savo padėtis. Skystame vandenyje molekulės lieka arti viena kitos, sąveikauja ir keičia kaimynes. Dujose, esant įprastam mažam slėgiui, vidutiniai atstumai tarp molekulių yra daug didesni, o tarp susidūrimų jos juda.

Tirpstant ir garuojant keičiasi molekulių išsidėstymas ir judėjimas. Dėl šių procesų vandens molekulės nepadidėja ir nesuskyla į vandenilį ir deguonį. Vanduo padeda prisiminti, kad teiginys „kietoji medžiaga yra tankesnė“ nėra universali taisyklė: įprastas ledas yra mažesnio tankio nei skystas vanduo, kai temperatūra artima jo lydymosi temperatūrai. Tai viena iš priežasčių, kodėl schemoje būtina nurodyti vaizduojamą medžiagą ir daromas prielaidas.

Naudokitės paveikslu ir įvertinkite jo ribotumą

Kiekvienoje paveikslo dalyje naudojami šeši vienodi vandens molekulių simboliai, kad galėtumėte palyginti molekulių tapatumą ir išsidėstymą. Tikrame mėginyje molekulių yra nepalyginamai daugiau. Spalvos žymi piešinio dalis; dydžiai, atstumai ir molekulių išsidėstymas lede pavaizduoti schemiškai. Paveikslas nėra nei tikslus kristalinės struktūros atvaizdas, nei tankio matavimo rezultatas, pateiktas laikantis mastelio.

Prieš atverdami antrąją paveikslo dalį, numatykite: jei ledas ištirps, ar jo vandens molekulių simboliai turėtų pasikeisti į kitokius simbolius? Neturėtų. Tada palyginkite skystį ir dujas. Labiausiai skiriasi vidutinis atstumas tarp molekulių, taip pat jų judėjimas ir sąveikos. Trauka skystame vandenyje neišnyksta vien todėl, kad jo molekulės gali judėti viena pro kitą.

Nuo simbolių grįžkite prie mėginio

H₂O(l) nurodo, kad vanduo yra skystosios fazės. Šis užrašas nenurodo mėginio masės, temperatūros, slėgio ar to, ar jame yra kitų medžiagų. Aprašant tikrą mėginį, šie duomenys reikalingi, kai jie turi įtakos nagrinėjamam klausimui.

Baltas debesėlis virš karšto gėrimo padeda atskirti dar vieną svarbų dalyką. Patys vandens garai įprastomis stebėjimo sąlygomis yra nematomi. Matomą debesėlį daugiausia sudaro smulkūs skysčio lašeliai, susidarę kondensuojantis vandeniui. Lašeliuose yra daug H₂O molekulių. Balto debesėlio matymas yra stebėjimas; kondensacijos aiškinimas kaip molekulių telkimosi į skysčio lašelius yra aiškinimas dalelių lygmeniu; užrašas H₂O(l) pateikia dalį simbolinio aprašymo. Šie aprašymai turėtų derėti tarpusavyje.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Priskirkite teiginius „ledo kubelis virto skysčiu“ ir „pasikeitė vandens molekulių kaimynės“: tai stebėjimas ar dalelių lygmens aprašymas?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Pirmasis yra stebimo reiškinio aprašymas, o antrasis – dalelių lygmens aprašymas.

   Stebite makroskopinį pokytį. Dalelių lygmens aprašymas jį paaiškina pagal įrodymais pagrįstą modelį.

2. Ar vandens molekulės turi padidėti, kai skystas vanduo virsta vandens garais?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Pagrindinis pokytis šiame modelyje susijęs su atstumais tarp molekulių ir jų judėjimu, o kiekviena molekulė išlieka ta pati. Padidinus molekulių simbolius, būtų mokoma klaidingo ryšio.

3. Ar 2 H₂O ir H₂O₂ galima vartoti pakaitomis?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Pirmasis užrašas šiame pavyzdyje nurodo dvi vandens molekules. Antrasis nurodo kitokią molekulinę formulę: kiekvienoje molekulėje yra du deguonies atomai.

4. Piešinyje yra šeši vandens simboliai. Ar iš jo galima nustatyti, kiek molekulių yra tikrame puodelyje arba koks yra tikslus ledo tankis?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne. Tai scheminis palyginimas.

   Kiekybiniam teiginiui reikia dydžių, vienetų ir modelio arba matavimo, iš kurio šie dydžiai iš tikrųjų gaunami. Šiame paveiksle lyginama tik tapatybė ir išsidėstymas.

Ką verta įsidėmėti

• Stebėkite mėginį, aiškinkite remdamiesi dalelių modeliu ir perteikite informaciją apibrėžtais simboliais.
• Apatiniai indeksai apibūdina formulę; prieš formulę esantis skaičius, priklausomai nuo konteksto, gali nurodyti formulinių vienetų arba molekulių skaičių.
• Fazės pokytis savaime nekeičia vandens molekulių tapatybės.
• Prieš pateikdami skaitinį teiginį, išsiaiškinkite schemos žymėjimo taisykles ir ribotumus.