水に投入された砂糖はしばらくすると消えます-見えなくなります。しかし、これらの馴染みのある言葉はどういう意味ですか?
水の甘い味わいと部屋全体に広がる香りは、砂糖やケルンの芳香物質のいずれも消えなかったことをはっきりと伝えています。溶けた砂糖と蒸発したコロンはどうなったのですか?
周囲で発生している自然現象について考察することを学んだ直後に、同様の質問が人々の前に生じました。液体が蒸発するとどうなりますか?加熱すると固体が液体になり、冷却すると再び固体になるのはなぜですか?加熱すると体が膨張し、体積が増加することをどのように説明しますか?これはすべて答えを必要とし、人の探究心を占めていました。そして、すでに何千年も前に、すべての物質が最小の、したがって目に見えない粒子で構成されるという考えが生まれました。
溶解すると、物質は目に見えない粒子に分解され、同じ目に見えない水の粒子と混合されます。液体の粒子がその表面から落ちて飛び去り、周囲の空間に散乱します-液体は蒸発します。気化する液体でも同じことが起こります。
固体では、粒子はしっかりと相互接続されていますが、熱の影響下で、粒子間の結合が弱まり、固体が液体に変わります。体は、加熱すると膨張します。これは、体を構成する不可視の粒子間の距離が増えるためです。物質のそのような「粒状」構造の仮定により、非常に多くの非常に異なる現象を説明することが可能になりました。
最初は大胆な推測でした。当時、科学はまだ始まったばかりであり、目に見えない粒子の存在を証明することも、調査することもできませんでした。しかし、何世紀も経ち、その直感は厳密に根拠のある科学理論に変わりました。今、目に見えない粒子の教義は、すべての物質科学の基礎です。科学者たちはこれらの粒子の存在について完全に明白な証拠を発見し、それらを研究するための独創的で正確かつ信頼できる方法を開発しました。
つまり、水に投入された砂糖は、目に見えない粒子に分解されます。これらの粒子は分子と呼ばれます。分子は非常に小さいです。センチメートルまたはミリメートルの長さの通常の尺度でそれらを測定することは、髪の太さをキロメートルで測定することと同じです。目に見えない粒子の世界では、その単位は受け入れられます。この長さの尺度は、(適用した科学者の名前で)オングストロームと呼ばれ、Aと指定されます。これは、1億分の1センチメートルに相当します。
小さな点状の物質であっても分子の数は膨大です。あなたが1粒のグラニュー糖をバイカル湖に投げ込んだと想像してください。湖の分子を全体に均等に分散させるように湖を完全に「攪拌」すると、バイカル水1リットルあたり200を超える糖分子が存在します。そして、同じ小さな結晶を構成する分子が地球上に住んでいるすべての人々に均等に分配できれば、それぞれが20億個の分子を持つことになります。
なぜ物質の特性が異なるのですか?
私たちは塩、チョーク、砂糖、水、銅、鉄、アルコール、酢など、さまざまな物質を知っています。私たちはこれらの物質を外観、味、においおよびその他の特徴的な兆候、特性で区別します。問題が発生します:なぜ物質の特性が異なるのですか?たとえば、なぜアルコールは引火性で水は不燃性なのですか?加熱すると砂糖が焦げますが、塩は焦げないのはなぜですか?
数千万倍に拡大した分子を考えると、分子は、たとえどれほど小さくても、さらに小さな粒子である原子から構築されていることがわかります。分子を構成する原子は密接に相互接続され、特定の順序で配置されます。
水分子と糖分子を比較する
水分子は3つの原子のみで構成されており、非常に複雑な糖分子にはさらに多くの分子があり、これらの分子のサイズ、重量、原子内の原子の相互配置は異なります。これが物質間の違いの理由です。各物質は他のすべての物質とは異なる分子で構成されているため、それらの特性は異なります。そして、物質の分子が変化しない限り、それらの構造が変化するまで、物質はそれ自体のままです。
砂糖を溶かすとき、それを別々の分子に分解しますが、それを破壊したり、分子自体に損傷を与えたりすることはありません。砂糖は砂糖のままで、その特性(たとえば、甘い味)を保持します。さて、そしてあなたがさらに進んで分子を分解するとしたら?それでは砂糖はどうなるのでしょうか?
まあ、それはできる!
これを行うには、砂糖を加熱します。それは溶け、暗くなり、不快な臭いのするガスがそこから放出され、すぐにほんの少しの軽い多孔質石炭だけが砂糖から残ります。高温の影響で糖分子が分解し、糖は糖とは性質が全く異なる他の物質に変わります。それらのいくつかは、蒸気とガスの形で飛んでいきますが、他のものは炭素質残留物の形で残ります。分子の破壊は砂糖の破壊、他の物質へのその変換につながりました。
分子は、大きな断片や液滴とはサイズが異なるだけの無視できる物質の粒子や液滴ではありません。少数の分子のみで構成される物質の最小粒子と分子の間には大きな違いがあります。粒子は、物質自体を破壊することなく部分に分割できますが、これは分子では実行できません。