Молекула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles - масса) , наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекула состоит из атомов, точнее - из атомных ядер, окружающих их внутренних электронов и внешних валентных электронов, образующих химические связи (см. Валентность) . Внутренние электроны атомов обычно не участвуют в образовании химических связей. Состав и строение молекул данного вещества не зависят от способа его получения. В случае одноатомных молекул (например, инертных газов) понятия молекулы и атома совпадают. Впервые понятие о молекулах было введено в химии в связи с необходимостью отличать молекулу как наименьшее количество вещества, вступающее в химические реакции, от атома как наименьшего количества данного элемента, входящего в состав молекулы (Международный конгресс в Карлсруэ, 1860) . Основные закономерности строения молекул были установлены в результате исследования химических реакций, анализа и синтеза химических соединений, а также благодаря применению ряда физических методов. Атомы объединяются в молекулы в большинстве случаев химическими связями. Как правило, такая связь создаётся одной, двумя или тремя парами электронов, которыми владеют сообща два атома. Молекула может содержать положительно и отрицательно заряженные атомы, т. е. ионы; в этом случае реализуются электростатические взаимодействия. Помимо указанных, в молекулах существуют и более слабые взаимодействия между атомами. Между валентно не связанными атомами действуют силы отталкивания. Состав молекул выражают формулами химическими. Эмпирическая формула (например, С2 Н6 О для этилового спирта) устанавливается на основании атомного соотношения содержащихся в веществе элементов, определяемого химическим анализом, и молекулярной массы. Развитие учения о структуре молекул неразрывно связано с успехами прежде всего органической химии. Теория строения органических соединений, созданная в 60-х гг. 19 в. трудами А. М. Бутлерова, Ф. А. Кекуле, А. С. Купера и др., позволила представить строение молекул структурными формулами или формулами строения, выражающими последовательность валентных химических связей в молекулах. При одной и той же эмпирической формуле могут существовать молекулы разного строения, обладающие различными свойствами (явление изомерии) . Таковы, например, этиловый спирт С5 Н5 ОН и диметиловый эфир (СН3) 2 О. Структурные формулы этих соединений разнятся: В некоторых случаях изомерные молекулы быстро превращаются одна в другую и между ними устанавливается динамическое равновесие (см. Таутомерия) . В дальнейшем Я. Х. Вант-Гофф и независимо французский химик А. Ж. Ле Бель пришли к пониманию пространственного расположения атомов в молекуле и к объяснению явления стереоизомерии. А. Вернер (1893) распространил общие идеи теории строения на неорганические комплексные соединения. К началу 20 в. химия располагала подробной теорией строения молекул, исходящей из изучения только их химических свойств. Замечательно, что прямые физические методы исследования, развитые позднее, в подавляющем большинстве случаев полностью подтвердили структурные формулы химии, установленные путём исследования макроскопических количеств вещества, а не отдельных молекул. В физике понятие о молекулах оказалось необходимым для объяснения свойств газов, жидкостей и твёрдых тел. Прямое экспериментальное доказательство существования молекул впервые было получено при изучении броуновского движения (французский физик Ж. Перрен, 1906) .

Физика часто ассоциируется со скучной и сложной темой. Но зачастую мы даже не осознаем, сколько физических явлений мы видим и используем в нашей повседневной жизни.

Физика может быть довольно интересной. Вместо того чтобы говорить о сложных уравнениях, мы расскажем вам о забавных и интересных полезных фактах из физики.

Атом

Все окружающие нас предметы состоят из атомов. Атомы настолько малы, что за время, пока мы дописываем это предложение, могло бы уже образоваться 100 000 атомов.

На самом деле первыми о существовании атомов заговорили греки еще 2400 лет назад. Но идея об атомах пришла и ушла и к ней не возвращались до 1808 года, когда Джон Дэлтон показал на опыте, что атомы действительно существуют.

Атомы входят в состав молекул предметов, которыми мы пользуемся каждый день, которые мы трогаем и видим. В одной песчинке настолько много атомов, что их количество можно сравнить с числом самих песчинок на пляже.

Твердые тела и жидкости

Твердые тела жесткие, поскольку их молекулы плотно удерживают друг друга: здесь молекулы выстроены в прямой ряд. Молекулы твердых тел не могут двигаться вокруг друг друга, поэтому они остаются неподвижными (хотя их атомы постоянно колеблются).

В жидкости, с другой стороны, молекулы также плотно держатся друг за друга, но не настолько сильно как в твердых телах, поэтому они могут двигаться вокруг и изменять форму. Однако жидкость невозможно сжать, поскольку ее молекулы и так располагаются очень плотно друг к другу.

Молекулы газа слабо связаны друг с другом, поэтому они могут распространяться и заполнять пространство. Кроме того молекулы газа могут сжиматься до более мелких размеров.

Существуют текучие и густые жидкости, например, вода и мед. Плотность жидкости определяет ее вязкость.

Любопытно, но стекло не является твердым телом. В действительности стекло – это жидкость, но оно настолько вязкое, что мы не можем заметить, как оно течет. Внизу старых окон можно заметить, что стекло намного толще: это объясняется тем, что со временем стекло утекло вниз.

Нагревание и охлаждение

Когда предметы нагреваются, они становятся больше: это явление имеет название «тепловое расширение». Газы, жидкости и твердые тела всегда расширяются при нагревании.

Вы можете провести забавный эксперимент: поставьте открытую пластиковую бутылку в холодильник. Когда бутылка охладиться, наденьте на ее горлышко шарик, а затем положите бутылку в тазик с горячей водой. Шарик наполнится воздухом сам по себе. После этого поместите бутылку с шаром обратно в холодильник: после того, как бутылка снова замерзнет, шарик сдуется. При нагревании воздух в бутылке расширяется и поступает в шарик, поскольку ему не достаточно пространства емкости. При охлаждении предметы принимают свой изначальный размер.

Также в случае, когда металлическая крышка застревает в банке, вы можете поставить ее под горячую воду, и она откроется. Металл расширяется сильнее, чем стекло, поэтому крышка ослабится. Разные материалы расширяются по-разному: все зависит от того, насколько близко расположены друг к другу молекулы материала.

Другие факты из физики

• Во время езды на скорости 80 километров в час, автомобили используют около половины своего топлива просто, чтобы преодолеть сопротивление ветра.
• Вода может идти против силы притяжения, двигаясь вверх по узким трубам в процессе, называемом капиллярное явление.
• Молния в 3 раза горячее, чем Солнце.
• Можно преобразовывать графит в алмаз, применяя температуру 3000 градусов Цельсия и давлении в 100 000 атм.
• В среднем, наши тела постоянно сопротивляються атмосферному давлению около 1 килограмма на квадратный дюйм.
• Молния ударяет около 6000 раз в минуту на нашей планете.
• Из-за гравитационных эффектов, вы весите чуть меньше обычного, когда Луна находится прямо над головой.
• Когда водород сгорает в воздухе, образуется вода.
• "Световой год" является мерой расстояния, но не времени. Она определяется как расстояние, которое свет преодолевает за один год. Свет движется со скоростью около 300 тысяч километров каждую секунду, так что в один год, он проходит около 9.500.000.000.000 километров.
• Свет не имеет массы, но имеет вес. Вес является измерением силы давления на что-то, и свет может быть изогнут под действием силы тяжести.

Большинство людей уверены, что физика — дело скучное и имеющее отдаленное отношение к жизни. Даже зная, что многим явлениям в ней есть именно научное объяснение, они считают понимание природы каждого из них доступным только специалистам.

На самом деле физика — не только уравнения, формулы и схемы. А изучающие ее люди отнюдь не покрытые книжной пылью существа. и ученых, занимающихся этой наукой, тому подтверждение.

Бывает ли физика интересной?

Все, что есть на Земле и за ее пределами, подчиняется физическим законам. Люди не задумываются об этом, но пользуются в повседневной жизни. Например, всем известно, что не стоит купаться в реке в грозу, потому что нужно бояться удара молнии. Но ведь она опасна и на открытом сухом пространстве. Что же страшного именное в воде? А то, что она отлично проводит электричество, но только благодаря содержащимся примесям, ионам минеральных солей. Сами молекулы воды ток не воспринимают, но об этом несведущие люди не имеют представления. Хотя вряд ли знание подобных интересных фактов о физике сподвигло бы их наполнять бассейны дистиллированной жидкостью и купаться в грозу.

Любой человек хоть раз в жизни ездил в лифте. И многим приходила в голову мысль о том, что делать, если он начнет падать с высоты. Большинство решили бы, что в таких обстоятельствах шансов выжить нет. Или что в момент удара необходимо подпрыгнуть. На самом деле рассчитать это время нереально. Но если сделать так, чтобы сила удара пришлась на как можно большую площадь поверхности тела, возможно, все обойдется. То есть попросту нужно лечь на пол. Как видно, интересные факты о физике способны спасти жизнь.


Иногда законы науки выглядят как чудо. Например, при открывании бутылки, запечатанной пробкой, о стену. Если прикрыть последнюю свернутой бумагой и ударить о нее дном сосуда строго под углом в 90 градусов, затычка выйдет настолько, что ее будет можно вынуть без штопора. Это возможно благодаря резкому изменению скорости потока жидкости в бутылке из-за столкновения со стеной. Удар приходится как раз на пробку.

Не пропусти! Интересные факты о еде

А чтобы умельцы открывать бутылки и опустошать их в большом количестве знали в этом меру, Пифагор в свое время придумал особую кружку. Заполнить ее жидкостью можно только до определенного уровня. Все, что выше, вытекает наружу. Подобное возможно благодаря имеющейся внутри кружки изогнутой трубке, один край которой раскрыт со стороны дна, а другой имеет выход внутрь. Это ничто иное как закон о сообщающихся сосудах, открытый Паскалем.

«Физик» — это звучит гордо

Изучающие эту науку люди обладают не только высоким интеллектом и интересом к необычному, но и самоотверженностью, чувством юмора и тягой к прекрасному. Свидетельства тому — :

• Кто мог предположить, что портреты нобелевских лауреатов, написанные великим художником, могут стоить мешок пшена? А ведь такое было в 1921 году. Позировали будущие знаменитые ученые Петр Капица и Николай Семенов, а писал Борис Кустодиев. Гонорар, переданный художнику, будущие светила науки заработали на ремонте мельницы. К Кустодиеву молодые ученые пришли потому, что считали именно его, пишущего портреты знаменитостей, достойным запечатлеть их самих;
• Есть физик, имеющий награды за самое замечательное и самое нелепое открытия в науке. Это голландец Андрей Гейм, который в 2000 году получил Шнобелевскую премию за изучение левитации лягушек и в 2010 Нобелевскую за открытие свойств графена;
• Среди интересных фактов о физиках не только забавные и курьезные, но и свидетельствующие о самоотверженности ученых, преданности делу. Василий Петров для экспериментов по изучению электрической дуги избавился от верхнего слоя кожи на пальцах, чтобы ощущать необходимые для этого слабые токи. А Ньютон, интересуясь возможностями сетчатки, вводил в собственный глаз зонд. Так он проверял значение давления света на нее.

Не пропусти! Интересные факты о воде

Зачет(11 ) Пересдача(3 )

Не пропусти самое интересное

Ни один человек в мире не способен увидеть атом! Причиной тому является человеческое зрение. Такие микроскопические частички просто неподвластны нашим глазам. Но это не означает, что ученые и инженеры не добрались до этих «малышей».

Представляем интересные факты об атоме

Сканирующий туннельный микроскоп - это изобретение, созданное специально для видения невидимого. Сделали его для того, чтобы как раз увидеть то, что нас окружает - атомы. Так, этот прибор выполняет роль сканера и "раскладывание" атомов на небольшие черные "кругляшки", похожие на шишки. Полученная информация появляется в качестве фотоснимков через компьютер и это позволяет проводить изучения над "разложенными" атомами. Таким способом ученные, собственно, и изучают неизведанное.

Существуют часы, которые состоят из одного единственного атома. Это, воистину, уникальное создание, не имеющее никакой практической принадлежности. Хольгер Мюллер - физик из Калифорнии, позаботился о том, чтобы мир смог увидеть одноатомные часы. Увидеть - да, использовать - вряд ли.

Так, эти часы в миллиарды раз меньше привычных нам наручных, кроме того, время там абсолютно не имеет никакой точности. В общем, "сами себе на уме".

Технологии создания анимационного кино в формате 3D, 4D, 5D - это хороший способ заработать и позабавить аудиторию непревзойденным созданием фильма. Однако, для больших потрясений и выражений человеческих эмоций ученные создают нечто новое и уникальное постоянно. В доказательство этому служит фильм, созданный исключительно из атомов углеродов на медной подложке (!). Как вы понимаете, никакого экшена - простейшие картинки мирского.

Расщепление атомов - это не только химический процесс, в некоторых случаях это может являться человеческим увлечением. И тому есть пример из Швеции - мужчина (по-видимому, от нечего делать) обустроил на своей небольшой кухне мини-лабораторию в виде "ядерного реактора" и там, собственно, ставил такие немудреные эксперименты, вложив всего менее 1000$ в эту увлекательную экспедицию.

1. Но начнем мы совсем с другой стороны. Прежде чем отправиться в путешествие к глубинам материи, давайте обратим свой взор вверх.

Например, известно, что до Луны в среднем почти 400 тысяч километров, до Солнца - 150 миллионов, до Плутона (который уже не виден без телескопа) - 6 миллиардов, до ближайшей звезды Проксимы Центавра - 40 триллионов, до ближайшей крупной галактики туманности Андромеды - 25 квинтиллионов, и наконец до окраин обозримой Вселенной - 130 секстиллионов.

Впечатляюще, конечно, но разница между всеми этими «квадри-», «квинти-» и «сексти-» не кажется столь уж огромной, хотя они и различаются между собой в тысячу раз. Совсем другое дело микромир. Разве в нем может быть скрыто так уж много интересного, ведь ему просто негде там поместиться. Так говорит нам здравый смысл и ошибается .

2. Если на одном конце логарифмической шкалы отложить самое маленькое известное расстояние во Вселенной, а на другом - самое большое, то посередине окажется… песчинка. Её диаметр - 0.1 мм.

3. Если положить в ряд 400 млрд песчинок, их ряд обогнёт весь земной шар по экватору. А если собрать эти же 400 млрд в мешок, весить он будет около тонны.

4. Толщина человеческого волоса - 50–70 микронам, то есть их 15–20 штук на миллиметр. Для того чтобы выложить ими расстояние до Луны, потребуется 8 триллионов волос (если складывать их не по длине, а по ширине, конечно). Поскольку на голове у одного человека их около 100 тысяч, то если собрать волосы у всего населения России, до Луны хватит с лихвой и даже еще останется.

5. Размер бактерий - от 0.5 до 5 микрон. Если увеличить среднюю бактерию до такого размера, что она удобно ляжет нам в ладонь (в 100 тысяч раз), толщина волоса станет равной 5 метрам.

6. Кстати, внутри человеческого тела обитает целый квадриллион бактерий, а их общий вес составляет 2 килограмма. Их, собственно, даже больше, чем клеток самого тела. Так что вполне можно сказать, что человек - это просто такой организм, состоящий из бактерий и вирусов с небольшими вкраплениями чего-то еще.

7. Размеры вирусов различаются еще больше, чем бактерий, - чуть ли не в 100 тысяч раз. Если бы дело обстояло так с людьми, то они были бы ростом от 1 сантиметра до 1 километра, и их социальное взаимодействие стало бы любопытным зрелищем.

8. Средняя длина наиболее распространенных разновидностей вирусов - 100 нанометров или 10^(-7) степени метра. Если мы снова выполним операцию приближения таким образом, чтобы вирус стал размером с ладонь, то длина бактерии будет 1 метр, а толщина волоса - 50 метров.

9. Длина волны видимого света - 400–750 нанометров, и увидеть объекты меньше этой величины попросту невозможно. Попытавшись осветить такоей объект, волна просто обогнет его и не отразится.

10. Иногда задают вопрос, как выглядит атом или какого он цвета. На самом деле, атом не выглядит никак. Просто вообще никак. И не потому, что у нас недостаточно хорошие микроскопы, а потому что размеры атома меньше расстояния, для которого существует само понятие «видимости»…

11. Вдоль окружности земного шара можно плотно разместить 400 триллионов вирусов. Много. Такое расстояние в километрах свет проходит за 40 лет. Но если собрать их всех вместе, то они легко поместятся на кончике пальца.

12. Примерный размер молекулы воды - 3 на 10^(-10) метра. В стакане воды таких молекул 10 септиллионов - примерно столько миллиметров от нас до Галактики Андромеды. А в кубическом сантиметре воздуха молекул 30 квинтиллионов (в основном, азота и кислорода).

13. Диаметр атома углерода (основы всей жизни на Земле) - 3.5 на 10^(-10) метра, то есть даже чуть больше, чем молекулы воды. Атом водорода в 10 раз меньше - 3 на 10^(-11) метра. Это, конечно, мало. Но насколько мало? Поражающий всякое воображение факт состоит в том, что мельчайшая, едва различимая крупинка соли состоит из 1 квинтиллиона атомов.

Давайте обратимся к нашему стандартному масштабу и приблизим атом водорода так, чтобы он удобно лег в руку. Вирусы тогда будут 300-метрового размера, бактерии 3-километрового, а толщина волоса станет равна 150 километрам, и даже в лежащем состоянии он выйдет за границы атмосферы (а в длину может достать и до Луны).

14. Так называемый «классический» диаметр электрона - 5.5 фемтометров или 5.5 на 10^(-15) метра. Размеры протона и нейтрона еще меньше и составляют около 1.5 фемтометров. Протонов в метре примерно столько же, сколько муравьев на планете Земля. Используем уже привычное нам увеличение. Протон удобно лежит у нас в ладони, - и тогда размер среднего вируса окажется равным 7 000 километрам (почти как вся Россия с запада на восток, между прочим), а толщина волоса в 2 раза превысит размеры Солнца.

15. О размерах сложно сказать что-то определенное. Предполагается, что они находятся где-то в пределах 10^(-19) - 10^(-18) метра. Самый маленький - истинный кварк - «диаметром» (давайте для напоминания о вышесказанном будем писать это слово в кавычках) 10^(-22) метра.

16. Есть еще такая штука как нейтрино. Посмотрите на свою ладонь. Через нее ежесекундно пролетает триллион нейтрино, испущенных Солнцем. И можете не прятать руку за спину. Нейтрино с легкостью пройдут и сквозь ваше тело, и сквозь стену, и сквозь всю нашу планету, и даже сквозь слой свинца толщиной в 1 световой год. «Диаметр» нейтрино равен 10^(-24) метра - эта частица в 100 раз меньше истинного кварка, или в миллиард раз меньше протона, или в 10 септиллионов раз меньше тираннозавра. Почти во столько же раз сам тираннозавр меньше всей обозримой Вселенной. Если увеличить нейтрино так, чтобы он был размером с апельсин, то даже протон будет в 10 раз больше Земли.

17. А сейчас я искренне надеюсь, что вас должна поразить одна из двух нижеследующих вещей. Первая - мы можем продвинуться еще дальше (и даже сделать какие-то осмысленные предположения о том, что там будет). Вторая - но при этом двигаться вглубь материи бесконечно все-таки нельзя, и вскоре мы уткнемся в тупик. Вот только для достижения этих самых «тупиковых» размеров нам придется опуститься еще на 11 порядков, если считать от нейтрино. То есть эти размеры меньше нейтрино в 100 миллиардов раз. Во столько же раз песчинка меньше всей нашей планеты, кстати.

18. Итак, на размерах 10^(-35) метра нас ждет такое замечательное понятие, как планковская длина, - минимальное расстояние из возможных в реальном мире (насколько это принято считать в современной науке).

19. Еще здесь обитают квантовые струны - объекты весьма примечательные с любой точки зрения (например, они одномерны, - у них нет толщины), но для нашей темы важно, что их длина тоже находится в пределах 10^(-35) метра. Давайте проделаем наш стандартный «увеличительный» эксперимент в последний раз. Квантовая струна становится удобного размера, и мы держим ее в руке как карандаш. При этом нейтрино будет в 7 раз больше Солнца, а атом водорода в 300 раз превысит размеры Млечного Пути.

20. Наконец мы подошли к самой структуре мироздания - масштабу, на котором пространство становится похожим на время, время на пространство, и происходят разные другие причудливые штуки. Дальше уже ничего нет (наверное)…

Александр Таранов 06.08.2015

Понравился пост?
Поддержи Фактрум, нажми: