Атомно-молекулярное учение и его законы

1. Все вещества состоят из находящихся в непрерывном движении частиц — корпускул (молекул).
2. Корпускулы, в свою очередь, состоят из элементов (атомов).
3. Атомы подобно молекулам находятся в состоянии непрерывного движения и характеризуются определенными химическими свойствами, весом и размерами.
С беспрерывным движением молекул связан целый ряд физических явлений, подтверждающих реальное существование молекул. Одно из таких явлений — диффузия — проникновение молекул одного вещества в другое вещество. Диффузию в газах и жидкостях наблюдать легко: сернистый газ (который вдвое тяжелее воздуха) распространяется по всему помещению, где горела сера; кристаллик перманганата калия (марганцовки), опущенный на дно цилиндра с водой, растворяется и окрашивает весь раствор в малиновый цвет. Диффузия металлов была доказана таким опытом: две отшлифованные пластинки — свинцовая и золотая — были положены одна на другую и оставлены под грузом. Через несколько лет во всех частях свинцовой пластинки были найдены частицы золота (и наоборот).
При нагревании твёрдого тела амплитуда колебаний его молекул всё время увеличивается. По достижении определённой температуры взаимное притяжение частиц уже не может обеспечить строгого порядка в их расположении и вещество плавится.
В жидкостях с повышением температуры всё большее число молекул приобретает энергию, позволяющую им преодолеть молекулярные силы сцепления, оторваться от поверхности жидкости и вылететь в пространство над ней. При температуре кипения парообразование происходит не только на поверхности, но и в объёме — она закипает. Атомы также находятся в непрерывном движении, но его характер более или менее ограничен.
Большинство физических явлений (переход вещества из твёрдого состояния в жидкое или газообразное, увеличение объёма при нагревании и т. п.) не сопровождается изменением химического состава молекул. Так молекулы воды состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода независимо от того, в каком состоянии находится вода — твёрдом, жидком или газообразном. В результате химических реакций атомы переходят из одних молекул в другие. Образуются молекулы новых химических веществ.
До конца XIX в реальность существования атомов и молекул не могла быть подтверждена из-за невозможности непосредственно их измерить и взвесить. Считалось, что атомно-молекулярное учение не отражает объективной реальности, а введено в науку для облегчения понимания химических процессов. Этим сомнениям был положен конец классическими опытами французского физика Перрена.
Он изготовил из смолистого вещества очень маленькие шарики, которые в его опытах играли роль моделей молекул газа. Шарики были приблизительно одинакового объёма, и их массу можно было вычислить. Взболтав эти шарики в воде, Перрен наблюдал в микроскоп их распределение в сосуде. Вычислив количество шариков в единице объёма на различных уровнях, учёный установил, что оно точно соответствует закону уменьшения концентрации газов с высотой. А этот закон был выведен из кинетической теории газов, в основе которой лежало атомно-молекулярное учение.
Перрен определил также кинетическую энергию частиц и обнаружил, что она полностью совпадает с кинетической энергией молекул газов, вычисленной при той же температуре на основании кинетической теории газов.
В настоящее время возмлжно не только вычислить размеры отдельных молекул и их абсолютную массу, но и определить расстояние между ними, а в некоторых случаях — даже сфотографировать их.
Однако не все окружающие нас вещества состоят из молекул. Как показали исследования в области кристаллохимии, структурными единицами не всегда являются молекулами. Если органические вещества (в газообразном, жидком и кристаллическом состоянии) образованы в основном из отдельных, относительно самостоятельных молекул, то у большинства неорганических соединений, находящихся в кристаллическом состоянии, молекул обнаружить не удавалось. Более того, оксиды металлов, их гидроксиды, а также соли не имеют молекул не только в кристаллическом состоянии, но и в расплавах, водных растворах. Так, хлорид натрия при обычных условиях представляет собой кристаллическое вещество с ионами натрия и хлора в узлах кристаллической решётки. Каждый положительно заряженный ион натрия находится в окружении шести отрицательно заряженных ионов хлора, и наоборот: ион хлора удерживает вокруг себя шесть ионов натрия. Очевидно, что такая связь ионов натрия с ионами хлора не даёт никаких оснований для выводов о наличии обособленных, индивидуальных молекул в кристаллах данного вещества. Молекулы NaCl образуется лишь при высоких температурах, когда соль переходит в газообразное состояние. Для карбоната кальция молекулы вообще не известны: в твёрдом состоянии — это кристаллическое вещество с чередующимися в узлах решётки ионами Са^2 и СО₃^2, в жидкое и тем более газообразное состояние его перевести нельзя, так как при нагревании оно разлагается на оксиды.
Помимо органических соединений молекулярную структуру имеют некоторые неорганические вещества. К ним относятся соединения, в состав которых входят лишь неметаллы, а именно водородные и кислородные соединения неметаллов, соединения неметаллов с азотом, кислородсодержащие кислоты.