Тайны Мироздания: факты об атомах и молекулах

Тайны Мироздания - атомная решетка

В физике существуют целые разделы, изучающие строение и взаимодействие микроскопических структурных единиц. Однако когда мы начинаем изучать физику, то она почти неизбежно потащит за собой и химию, так что для детальных знаний придется разбираться в обеих науках. В этой статье мы раскроем интересные факты об атомах и молекулах, которые помогут лучше понять окружающий нас мир.

Если кратко, то вся окружающая нас материя, любые объекты как на Земле, так и в космосе, состоят из мельчайших частиц — атомов, которые образуют более сложные соединения — молекулы. Эти частицы могут иметь различные свойства (и даже менять их!), когда находятся в составе различных химических элементов, но при этом подчиняются законам физики. Простейший пример: вода имеет одни свойства, а лед или пар — уже иные. Между тем это одно вещество, правда находящееся в разных агрегатных состояниях.

1. Атомы состоят из ядра, образованного протонами и нейтронами. Вокруг этого ядра вращаются электроны. На плотное ядро приходится 99,9% массы частицы. Если представить целостную квантовую систему в виде футбольного поля, ядро окажется размером с горошину. Электроны — самые легкие компоненты атома, их орбита проходит настолько далеко от центра, что крошечную структуру фактически на 99% заполняет пустота.

2. Субатомные частицы — составляющие ядра, удерживаются вместе ядерной силой. Природа этой силы ученым пока не понятна. Отрицательно заряженным электронам не дает сбиться с траектории движения электромагнитная сила, притягивающая их к протонам — частичкам с положительным зарядом. Ядерная сила почти в тысячу раз мощнее земной гравитации, но проявляется только в пределах микроструктур.

3. Протоны и электроны состоят из более мелких частичек, получивших название кварки. Они существуют исключительно в связанном состоянии и делятся на виды: нижний, верхний, странный, очаровательный, истинный, и красивый. Поведение этих точечных единиц такое же необычное, как и их названия, и законы, по которым они действуют, пока не изучены.

Долгое время кварки являлись лишь гипотезой, однако после строительства БАК (Большой Адронный Коллайдер) их существование было доказано экспериментальным путем. Здесь нужно все же оговориться, что доказательство это весьма косвенно, так как время жизни кварков измерятся долями секунд, но научный мир его принял.

4. Атомы химических элементов отличаются количеством протонов. Так, в ядре атома водорода всего одна частица, углерода — шесть, а алюминия — тринадцать. Причем материя не всегда однородна: например, золото образовано атомами одного типа, а хлорид натрия состоит из связанных между собой атомов двух веществ. Но здесь мы уже углубляемся больше в химию, чем в физику.

Читайте также:  19 интересных фактов о золоте

5. Ученые могут создавать атомы, искусственно добавляя протоны. Первым таким экспериментальным веществом был технеций, имеющий в ядре 43 частички. Этот радиоактивный порошкообразный металл был синтезирован в 1937 году, он не имеет стабильных изотопов, производится для нужд медицины и промышленности в ядерных реакторах.

Однако технеций был не изобретен, а «подсмотрен» у природы. Также техническим путем изготавливают и искусственные алмазы, помещая углерод под пресс с немыслимым давлением и температурой. Кстати, в современной промышленности 97% всех алмазов — синтетические. Всего науке известно около 100 видов атомов, из них более 90% можно встретить в природе, остальные “сконструированы” в лабораториях.

6. Тело человека весом 70 кг. формируется из 7 октиллионов атомов, среди которых большая часть — азот, кислород и углерод. Около 98% этих частиц заменяется ежегодно (см.интересные факты о человеке).

7. 73% атомов в пределах обозримой Вселенной — атомы водорода.

8. Атом не всегда мирный. Атомная бомба — оружие массового поражения, способное уничтожить миллионы. При расщеплении ядра высвобождается огромное количество энергии, направленной на разрушение. Ядерное оружие впервые использовали в конце Второй мировой войны американцы, сбросив 2 бомбы на Японию.

Результаты были катастрофическими: от двух американских бомб в Хиросиме и Нагасаки погибли сотни тысяч человек, а японское правительство немедленно подписало капитуляцию. Сейчас страны ядерного Клуба тщательно следят за своими бомбами и ракетами, чтобы они случайно не попали не в те руки. Ну а про Чернобыль и Фукусиму, печально известные атомные электростанции, все уже слышали.

9. Молекулы определенного вещества состоят из абсолютно идентичных атомов. Эти частицы невозможно увидеть в обычные микроскопы, только в современные электронные приборы последнего поколения с тысячекратным увеличением. Если говорить образно, молекула по размеру во столько раз меньше яблока, во сколько яблоко меньше земного шара. Одна песчинка — это 20 миллионов миллиардов микрочастичек.

10. Молекулы всегда находятся в движении. Это явление было открыто Р. Броуном в 1827 году и позже сформулировано А. Эйнштейном. Британский ботаник смешал капельку воды с пыльцой растений и поместил под микроскоп. Наблюдения показали: пыльца постоянно перемещается без видимых причин, что объяснили влиянием хаотично колеблющихся молекул воды. Явление получило название Броуновского движения.

Это конечно не все интересные факты об атомах и молекулах. Если вас заинтересовала данная тема, рекомендуем более подробно углубиться в нее и проштудировать школьные учебники по физике и химии. Быть может, из вас получится второй Эйнштейн или Нильс Бор? Кто знает.

Комментарий появится на сайте только после проверки модератором!

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *