П'ять незвичайних речовин з надзвичайними властивостями. Десятка незвичайних речовин з унікальними властивостями на планеті ...
Більшість людей з легкістю назвуть три класичних стану речовини: рідке, тверде й газоподібне. Ті, хто трошки знає науку, додасть до цих трьох ще плазму. Але з часом вчені розширили список можливих станів речовини понад цих чотирьох. В процесі цього ми багато дізналися про Великий Вибух, світлових мечах і секретному стані речовини, прихованому в скромній курочку.
Аморфні тверді речовини - це досить цікава підгрупа добре відомого твердого стану. У звичайному твердому об'єкті молекули добре організовані і не особливо мають простір для руху. Це дає твердому речовині високу в'язкість, що є мірою опору текучості. Рідини, з іншого боку, мають неорганізовану молекулярну структуру, що дозволяє їм текти, розтікатися, змінювати форму і приймати форму посудини, в якому вони знаходяться. Аморфні тверді речовини знаходяться десь між цими двома станами. В процесі вітрифікації рідини остигають і їх в'язкість збільшується до моменту, коли речовина вже не тече подібно рідини, але його молекули залишаються неврегульованими і не приймають кристалічну структуру, як звичайні тверді речовини.
Найбільш поширеним прикладом аморфного твердого речовини є скло. Протягом тисяч років люди робили скло з діоксиду кремнію. Коли склороби охолоджують кремнезем з рідкого стану, він насправді не твердне, коли опускається нижче точки плавлення. Коли температура падає, в'язкість зростає, речовина здається твердіше. Однак його молекули, як і раніше залишаються неврегульованими. І тоді скло стає аморфним і твердим одночасно. Цей перехідний процес дозволив ремісникам створювати красиві і сюрреалістичні скляні структури.
Яке ж функціональне розходження між аморфними твердими речовинами і звичайним твердим станом? У повсякденному житті воно не особливо помітно. Скло здається абсолютно твердим, поки ви не вивчите його на молекулярному рівні. І міф про те, що скло стікає з плином часу, не варто ламаного гроша. Найчастіше цей міф підкріплюється доказами про те, що старе скло в церквах здається товщі в нижньому частини, але обумовлено це недосконалістю склодувного процесу на момент створення цих стекол. Втім, вивчати аморфні тверді речовини на зразок скла цікаво з наукової точки зору для дослідження фазових переходів і молекулярної структури.
Надкритичні рідини (флюїди)
Більшість фазових переходів відбувається при певній температурі і тиску. Загальновідомо, що підвищення температури в кінцевому рахунку перетворює рідину в газ. Проте коли тиск збільшується разом з температурою, рідина здійснює стрибок в царство надкритичних рідин, у яких є властивості як газу, так і рідини. Наприклад, сверхкритические рідини можуть проходити через тверді тіла як газ, але також можуть виступати в якості розчинника, як рідина. Цікаво, що надкритичне рідина можна зробити більше схожою на газ або на рідину, в залежності від комбінації тиску і температури. Це дозволило вченим знайти безліч застосувань для надкритичних рідин.
Хоча сверхкритические рідини не так поширені, як аморфні тверді речовини, ви, ймовірно, контактуєте з ними так само часто, як зі склом. Надкритичної діоксид вуглецю люблять пивоварні компанії за його здатність виступати в якості розчинника при взаємодії з хмелем, а кава-компанії використовують його для виробництва кращого кави без кофеїну. Надкритичні рідини також використовувалися для більш ефективного гідролізу і щоб електростанції працювали при більш високих температурах. Загалом, ви, ймовірно, використовуєте побічні продукти надкритичних рідин кожен день.
вироджений газ
Хоча аморфні тверді речовини хоча б зустрічаються на планеті Земля, вироджені речовина зустрічається лише в певних типах зірок. Вироджений газ існує, коли зовнішній тиск речовини визначається не температурою, як на Землі, а складними квантовими принципами, зокрема принципом Паулі. Через це зовнішній тиск виродженого речовини буде зберігатися, навіть якщо температура речовини впаде до абсолютного нуля. Відомі два основних типи виродженого речовини: електронно-вироджені і нейтронно-вироджені речовина.
Електронно-вироджені речовина існує в основному в білих карликів. Воно утворюється в ядрі зірки, коли маса речовини навколо ядра намагається стиснути електрони ядра до нижчого енергетичного стану. Однак відповідно до принципу Паулі, дві однакових частки не можуть бути в одному енергетичному стані. Таким чином, частки «відштовхують» речовина навколо ядра, створюючи тиск. Це можливо тільки якщо маса зірки менше 1,44 маси Сонця. Коли зірка перевищує цю межу (відомий як межа Чандрасекара), вона просто коллапсирует в нейтронну зірку або в чорну діру.
Коли зірка колапсує і стає нейтронною зіркою, у неї більше немає електронно-виродженого речовини, вона складається з нейтронно-виродженого речовини. Оскільки нейтронна зірка важка, електрони зливаються з протонами в її ядрі, утворюючи нейтрони. Вільні нейтрони (нейтрони не пов'язані в атомному ядрі) мають період напіврозпаду в 10,3 хвилини. Але в ядрі нейтронної зірки маса зірки дозволяє нейтронам існувати за межами ядер, утворюючи нейтронно-вироджені речовина.
Інші екзотичні форми виродженого речовини також можуть існувати, в тому числі і дивна матерія, яка може існувати в рідкісній формі зірок - кваркових зірок. Кваркові зірки - це стадія між нейтронної зіркою і чорною дірою, де кварки в ядрі розв'язані і утворюють бульйон з вільних кварків. Ми поки не спостерігали такої тип зірок, але фізики допускають їх існування.
надтекучість
Повернемося на Землю, щоб обговорити надплинні рідини. Надтекучість - це стан речовини, яке існує у певних ізотопів гелію, рубідію і літію, охолоджених до майже абсолютного нуля. Цей стан схоже на конденсат Бозе - Ейнштейна (бозе-ейнштейнівської конденсат, БЕК), за декількома відмінностями. Деякі БЕК надтекучого, а деякі надплинні стану є БЕК, але не всі вони ідентичні.
Рідкий гелій відомий своєю надтекучістю. Коли гелій охолоджений до «точки лямбда» в -270 градусів за Цельсієм, частина рідини стає сверхтекучей. Якщо охолодити велику частину речовин до певної точки, тяжіння між атомами перевершує теплові вібрації в речовині, дозволяючи їм утворити тверду структуру. Але атоми гелію взаємодіють між собою так слабо, що можуть залишатися рідкими при температурі майже абсолютного нуля. Виходить, при такій температурі характеристики окремих атомів перекриваються, породжуючи дивні властивості надплинності.
У надплинних речовин немає внутрішньої в'язкості. Надплинні речовини, поміщені в пробірку, починають повзти вгору по боках пробірки, здавалося б, порушуючи закони гравітації і поверхневого натягу. Рідкий гелій легко витікає, оскільки може прослизнути навіть через мікроскопічні отвори. Надтекучість також володіє дивними термодинамическими властивостями. В такому стані речовини мають нульовий термодинамічної ентропією і нескінченної теплопровідністю. Це означає, що два надплинних речовини не можуть бути термально різні. Якщо додати в надтекучий речовина тепла, воно проведе його так швидко, що утворюються теплові хвилі, не властиві для звичайних рідин.
Конденсат Бозе - Ейнштейна
Конденсат Бозе - Ейнштейна - це, напевно, одна з найвідоміших незрозумілих форм матерії. По-перше, нам потрібно зрозуміти, що таке бозони і ферміони. Фермион - це частинка з напівцілим спіном (наприклад, електрон) або композитна частка (на кшталт протона). Ці частинки підкоряються принципу Паулі, який дозволяє існувати електронно-вироджених матерії. Бозон, однак, має повний цілим спіном, і одне квантовий стан можуть займати кілька бозонів. Бозони включають будь-які частинки-переносники сили (на кшталт фотонів), а також деякі атоми, включаючи гелій-4 та інші гази. Елементи в цій категорії відомі як бозон атоми.
У 1920-х роках Альберт Ейнштейн взяв за основу роботу індійського фізика Сатіендра Натх Бозе, щоб запропонувати нову форму матерії. Оригінальна теорія Ейнштейна полягала в тому, що якщо ви охолодіть певні елементарні гази до температури в частки градуса вище абсолютного нуля, їх хвильові функції зіллються, створивши один «сверхатом». Така речовина буде проявляти квантові ефекти на макроскопічному рівні. Але тільки в 1990-х роках з'явилися технології, необхідні для охолодження елементів до таких температур. У 1995 році вчені Ерік Корнелл і Карл Віман змогли об'єднати 2000 атомів в конденсат Бозе - Ейнштейна, який був досить великим, щоб його можна було розгледіти в мікроскоп.
Конденсати Бозе-Ейнштейна тісно пов'язані зі надтекучого речовинами, але також володіють власним набором унікальних властивостей. Забавно і те, що БЕК може уповільнювати звичайну швидкість світла. У 1998 році гарвардський учений Олені Хау зміг уповільнити світло до 60 кілометрів на годину, пропустивши лазер через сигароподібний зразок БЕК. У більш пізніх експериментах групі Хау вдалося повністю зупинити світло в БЕК, вимкнувши лазер, коли світло проходило через зразок. Ці відкрили нове поле комунікацій на основі світла і квантових обчислень.
Метали Яна - Теллера
Метали Яна - Теллера - це новітнє дитя в світі станів речовини, оскільки вченим вдалося успішно створити їх вперше лише в 2015 році. Якщо експерименти підтвердяться іншими лабораторіями, ці метали можуть змінити світ, так як вони мають властивості як ізолятора, так і надпровідника.
Вчені на чолі з хіміком Космасом Прассідесом експериментували, вводячи рубідій в структуру молекул вуглецю-60 (в простому народі відомих під фулеренами), що призводило до того, що фулерени приймають нову форму. Цей метал названий на честь ефекту Яна - Теллера, який описує, як тиск може змінювати геометричну форму молекул в нових електронних конфігураціях. У хімії тиск досягається не тільки за рахунок стиснення чогось, але і за рахунок додавання нових атомів або молекул в раніше існуючу структуру, змінюючи її основні властивості.
Коли дослідницька група Прассідеса почала додавати рубідій в молекули вуглецю-60, молекули вуглецю змінювалися від ізоляторів до напівпровідників. Проте через ефект Яна - Теллера молекули намагалися залишитися в старій конфігурації, що створювало речовина, яке намагалося бути ізолятором, але мало електричними властивостями надпровідника. Перехід між ізолятором і надпровідників ніколи не розглядався, поки не почалися ці експерименти.
Цікаво в металах Яна - Теллера то, що вони стають сверхпроводниками при високих температурах (-135 градусів за Цельсієм, а не при 243,2 градуса, як зазвичай). Це наближає їх до прийнятних рівнів для масового виробництва і експериментів. Якщо все підтвердиться, можливо, ми будемо на крок ближче до створення надпровідників, що працюють при кімнатній температурі, що, в свою чергу, зробить революцію в багатьох галузях нашого життя.
фотонне речовина
Протягом багатьох десятиліть вважалося, що фотони - безмасові частки, які не взаємодіють між собою. Проте за останні кілька років вчені MIT і Гарварду виявили нові способи «наділити» світло масою - і навіть створити «», які відскакують один від одного і зв'язуються разом. Деякі вважали, що це перший крок на шляху до створення світлового меча.
Наука фотонної матерії трохи складніше, але осягнути її цілком можливо. Вчені почали створювати фотонну матерію, експериментуючи з переохолодженням рубідієвого газом. Коли фотон прострілює газ, він відбивається і взаємодіє з молекулами рубідію, втрачаючи енергію і вповільнюючись. Зрештою, фотон виходить з хмари дуже повільним.
Дивні речі починають відбуватися, коли ви пропускаєте два фотона через газ, що породжує явище, відоме як блокада Ридберга. Коли атом збуджується фотоном, прилеглі атоми не можуть збудитися до такої ж міри. Збуджений атом виявляється на шляху фотона. Щоб атом поблизу міг бути збуджений другим фотоном, перший фотон повинен пройти через газ. Фотони зазвичай не взаємодіють між собою, але зустрічаючись з блокадою Ридберга, вони штовхають один одного через газ, обмінюючись енергією і взаємодіючи між собою. Зовні здається, що у фотонів є маса і вони діють як єдина молекула, хоча залишаються насправді безмасовими. Коли фотони виходять з газу, вони здаються які об'єднались, подібно молекулі світла.
Практичне застосування фотонної матерії поки залишається під питанням, але воно, безумовно, буде знайдено. Можливо, навіть в світлових мечах.
невпорядкована сверходнородность
Намагаючись визначити, чи знаходиться речовина в новому стані, вчені дивляться на структуру речовини, а також на його властивості. У 2003 році Сальваторе Торквато і Френк Стіллінджер з Прінстонського університету запропонували новий стан речовини, відоме як невпорядкована сверходнородность. Хоча це словосполучення виглядає оксюмороном, в своїй основі воно передбачає новий тип речовини, яке здається неврегульованим при найближчому розгляді, але сверходнородним і структурованим здалеку. Така речовина має володіти властивостями кристала і рідини. На перший погляд, таке вже є в плазмах і рідкому водні, але недавно вчені виявили природний приклад там, де ніхто не очікував: в курячому оці.
У курей є п'ять колб в сітківці. Чотири виявляють колір і одна відповідає за рівні світла. Однак, на відміну від людського ока або шестикутних очей комах, ці колбочки розосереджені випадково, не мають реального порядку. Відбувається це тому, що колбочки в оці курки мають зони відчуження навколо, а ті не дозволяють двом колбочкам одного типу перебувати поруч. Через зони відчуження і форми колб вони не можуть утворювати впорядковані кристалічні структури (як в твердих речовинах), але коли все колбочки розглядаються як одне ціле, виявляється, що вони мають високоупорядоченние візерунок, як видно на зображеннях Прінстона нижче. Таким чином, ми можемо описати ці колбочки в сітківці курячого очі як рідина при найближчому розгляді і як тверда речовина при погляді здалеку. Це відрізняється від аморфних твердих тіл, про які ми говорили вище, оскільки цей сверходнородний матеріал буде виступати як рідина, а аморфне тверде тіло - ні.
Вчені до цих пір досліджують це новий стан речовини, оскільки воно, до всього іншого, може бути більш поширеним, ніж вважалося спочатку. Зараз вчені Прінстонського університету намагаються пристосувати такі сверходнородние матеріали для створення систем, що самоорганізуються структур і детекторів світла, які реагують на світло з певною довжиною хвиль.
струнні мережі
Яким станом речовини є космічний вакуум? Більшість людей не замислюються про це, але в останні десять років Сяо Ган-Вень з Массачусетського технологічного інституту і Майкл Левін з Гарварду запропонували новий стан речовини, яке могло б привести нас до відкриття фундаментальних частинок після електрона.
Шлях до розробки моделі струнно-мережевий рідини почався в середині 90-х років, коли група вчених запропонувала так звані квазічастинки, які, здавалося, з'явилися в експерименті, коли електрони проходили між двома напівпровідниками. Виник переполох, оскільки квазічастинки діяли так, ніби-то мали дробовим зарядом, що здавалося неможливим для фізики того часу. Вчені проаналізували дані і припустили, що електрон є не фундаментальною частинкою Всесвіту і що існують фундаментальні частинки, яких ми поки не виявили. Ця робота принесла їм Нобелівську премію, але пізніше з'ясувалося, що в результати їх роботи закралася помилка в експерименті. Про квазічастинки благополучно забули.
Але не всі. Вень і Левін взяли за основу ідею квазічастинок і запропонували новий стан речовини, струнно-мережеве. Основною властивістю такого стану є квантова заплутаність. Як і у випадку з невпорядкованою сверходнородностью, якщо ви зблизька подивитеся на струнно-мережеве речовина, воно буде схоже на невпорядкований набір електронів. Але якщо поглянути на нього як на цілісну структуру, ви побачите високу впорядкованість через квантово-заплутаних властивостей електронів. Вень і Левін потім розширили свою роботу, щоб охопити інші частинки і властивості заплутаності.
Пропрацювавши комп'ютерні моделі для нового стану речовини, Вень і Левін виявили, що кінці струн-мереж можуть виробляти різноманітні субатомні частинки, включаючи легендарні «квазічастинки». Ще більшим сюрпризом стало те, що при вібрації струнно-мережевого речовини воно робить це відповідно до рівняннями Максвелла, що відповідають за світло. Вень і Левін припустили, що космос наповнений струнними мережами заплутаних субатомних частинок і що кінці цих струн-мереж є субатомні частинки, які ми спостерігаємо. Також вони припустили, що струнно-мережева рідина може забезпечувати існування світла. Якщо космічний вакуум заповнений струнно-мережевий рідиною, це може дозволити нам об'єднати світ і матерію.
Все це може здатися дуже надуманим, але в 1972 році (за десятки років до струнно-мережевих пропозицій) геологи виявили в Чилі дивний матеріал - гербертсмітіт. У цьому мінералі електрони утворюють трикутні структури, які, схоже, суперечать всьому, що ми знаємо про взаємодію електронів один з одним. Крім того, ця трикутна структура була передбачена в рамках струнно-мережевої моделі, і вчені працювали з штучним гербертсмітітом, щоб точно підтвердити модель.
Кварк-глюонна плазма
Говорячи про останній стані речовини в цьому списку, розглянемо стан, з якого все почалося: кварк-глюонна плазма. У ранньому Всесвіті стан матерії істотно відрізнялося від класичного. Для початку трохи передісторії.
Кварки - це елементарні частинки, які ми знаходимо всередині адронів (наприклад, протонів і нейтронів). Адрони складаються або з трьох кварків, або з одного кварка і одного антікварка. Кварки мають дробові заряди і скріплюються глюонами, які є частинками обміну сильного ядерного взаємодії.
Ми не бачимо вільні кварки в природі, але відразу після Великого Вибуху протягом мілісекунди вільні кварки і глюони існували. Протягом цього часу температура Всесвіту була настільки високою, що кварки і глюони рухалися майже зі швидкістю світла. Під час цього періоду Всесвіт складався цілком і повністю з цієї гарячої кварк-глюонної плазми. Через іншу частку секунди Всесвіт охолола достатньо, щоб утворилися важкі частки начебто адронів, а кварки почали взаємодіяти між собою і глюонами. З цього моменту почалося утворення відомому нам Всесвіті, і адрони почали зв'язуватися з електронами, створюючи примітивні атоми.
Уже в сучасному Всесвіті вчені намагалися відтворити кварк-глюонну плазму в великих прискорювачах частинок. У процесі цих експериментів важкі частки начебто адронів стикалися один з одним, створюючи температуру, при якій кварки відділялися на короткий час. У процесі цих експериментів ми дізналися багато нового про властивості кварк-глюонної плазми, в якій абсолютно відсутнє тертя і яка була більше схожа на рідину, ніж звичайна плазма. Експерименти з екзотичним станом матерії дозволяють нам дізнаватися багато нового про те, як і чому наш Всесвіт утворився такий, який ми її знаємо.
За матеріалами listverse.com
У цьому (2007 - П. З.) Році ми хочемо розповісти вам, шановні читачі, про воду. Цей цикл статей так і буде називатися: цикл води. Напевно, немає сенсу говорити про те, наскільки важливо це речовина для всіх природничих наук і для кожного з нас. Не випадково багато хто намагається спекулювати на інтересі до води, взяти хоча б нашумілий фільм "Велика таємниця води", які привернув увагу мільйонів людей. З іншого боку, не можна спрощувати ситуацію і говорити, що ми знаємо про воду все; це зовсім не так, вода була і залишається найбільш незвичайним речовиною в світі. Щоб в деталях розглянути особливості води, потрібен грунтовна розмова. А починаємо ми його главами з чудової книги засновника нашого журналу академіка І.В. Петрянова-Соколова, яка вийшла у видавництві "Педагогіка" у 1975 році. Ця книжка, до речі, цілком може служити зразком науково-популярного розмови великого вченого з таким непростим читачем, як учень середньої школи.
Чи все вже відомо про воду?
Зовсім ще недавно, в 30-х роках ХХ століття, хіміки були впевнені, що склад води їм добре відомий. Але одного разу одному з них довелося виміряти щільність залишку води після електролізу. Він був здивований: щільність виявилася на кілька стотисячних часткою вище нормальної. У науці немає нічого незначного. Ця незначна різниця зажадала пояснення. В результаті вчені відкрили багато нових великих таємниць природи. Вони дізналися, що вода дуже складна. Були знайдені нові ізотопні форми води. Здобута зі звичайної важка вода; виявилося, що вона абсолютно необхідна для енергетики майбутнього: при термоядерної реакції дейтерій, виділений з літра води, дасть стільки ж енергії, як 120 кг вугілля. Тепер у всіх країнах світу фізики завзято і невтомно працюють над вирішенням цієї великої завдання. А почалося все з простого вимірювання звичайнісінькою, буденною і нецікавою величини - щільність води була виміряна точніше на зайвий десятковий знак. Кожне нове, більш точне вимірювання, кожен новий вірний розрахунок, кожне нове спостереження не тільки підвищує впевненість в знанні і надійності вже добутого і відомого, але і розсуває кордони невідомого і ще не пізнаного і прокладає до них нові шляхи.
Що ж таке звичайна вода?
Такий води у світі немає. Ніде немає звичайної води. Вона завжди незвичайна. Навіть за ізотопним складом вода в природі завжди різна. Склад залежить від історії води - від того, що з нею відбувалося в нескінченному різноманітті її круговороту в природі. При випаровуванні вода збагачується протієм, і вода дощу тому відмінна від води озера. Вода річки не схожа на морську воду. У закритих озерах вода містить більше дейтерію, ніж вода гірських струмків. У кожному джерелі свій ізотопний склад води. Коли взимку замерзає вода в озері, ніхто з тих, хто катається на ковзанах, і не підозрює, що ізотопний склад льоду змінився: в ньому зменшився вміст важкого водню, але підвищилася кількість важкого кисню. Вода з танучого льоду інша і відрізняється від води, з якої лід був отриманий.
Що таке легка вода?
Це та сама вода, формулу якої знають усі школярі - H 2 16 O. Але такої води в природі немає. Таку воду з величезними труднощами приготували вчені. Вона їм знадобилася для точного вимірювання властивостей води, і в першу чергу для виміру її щільності. Поки така вода існує тільки в кількох найбільших лабораторіях світу, де вивчають властивості різних ізотопних з'єднань.
Що таке важка вода?
І цієї води в природі немає. Строго кажучи, потрібно було б називати важкої воду, що складається тільки з одних важких ізотопів водню і кисню, D 2 18 O, але такої води немає навіть і в лабораторіях вчених. Звичайно, якщо ця вода знадобиться науці чи техніці, вчені зможуть знайти спосіб, як її отримати: і дейтерію, і важкого кисню в природній воді скільки завгодно.
В науці та ядерній техніці прийнято умовно називати важкою водою тяжеловодородную воду. Вона містить тільки дейтерій, в ній зовсім немає звичайного, легкого ізотопу водню. Ізотопний склад по кисню в цій воді відповідає зазвичай складу кисню повітря.
Ще зовсім недавно ніхто в світі і не підозрював, що така вода існує, а тепер у багатьох країнах світу працюють гігантські заводи, переробні мільйони тонн води, щоб витягти з неї дейтерій і отримати чисту важку воду.
Чи багато різних вод міститься у воді?
У якій воді? У тій, що ллється з водопровідного крана, куди вона прийшла з річки, важкої води D 2 16 O близько 150 г на тонну, а тяжелокіслородной (H 2 17 O і H 2 18 O разом) майже 1800 г на тонну води. А в воді з Тихого океану важкої води майже 165 г на тонну.
У тонні льоду одного з великих льодовиків Кавказу важкої води на 7 г більше, ніж у річковій воді, а тяжелокіслородной води стільки ж. Але зате в воді потічків, що біжать з цього льодовика, D 2 16 O виявилося менше на 7 г, а H 2 18 O - на 23 г більше, ніж у річковій.
Тритієва вода T 2 16 O випадає на землю разом з опадами, але її дуже мало - всього лише 1 г на мільйон мільйонів тонн дощової води. В океанській воді її ще менше.
Строго кажучи, вода завжди і всюди різна. Навіть в снігу, що випадає в різні дні, різний ізотопний склад. Звичайно, відмінність невелика, всього 1-2 г на тонну. Тільки, мабуть, дуже важко сказати - мало це чи багато.
У чому ж відмінність між легкої природного і важкою водою?
Відповідь на це питання буде залежати від того, кому він заданий. Кожен з нас не сумнівається, що з водою-то він знаком добре. Якщо кожному з нас показати три склянки зі звичайною, важкої і легкої водою, то кожен дасть абсолютно чіткий і певний відповідь: у всіх трьох посудинах проста чиста вода. Вона однаково прозора і безбарвна. Ні на смак, ні на запах не можна знайти між ними ніякої різниці. Це все - вода. Хімік на це питання відповість майже так само: між ними немає майже ніякої різниці. Всі їх хімічні властивості майже невиразні: в кожній з цих вод натрій буде однаково виділяти водень, кожна з них при електролізі буде однаково розкладатися, все їх хімічні властивості будуть майже збігатися. Воно й зрозуміло: адже хімічний склад у них однаковий. Це вода.
Фізик не погодиться. Він вкаже на помітну різницю в їх фізичні властивості: і киплять і замерзають вони при різних температурах, щільність у них різна, пружність їх пара теж трохи різна. І при електролізі вони розкладаються з різною швидкістю. Легка вода трохи швидше, а важка - повільніше. Різниця в швидкостях незначна, але залишок води в електролізері виявляється трохи збагаченим важкою водою. Таким шляхом вона і була відкрита. Зміни в ізотопний склад мало впливають на фізичні властивості речовини. Ті з них, які залежать від маси молекул, змінюються помітніше, наприклад швидкості дифузії молекул пара.
Біолог, мабуть, стане в глухий кут і не відразу зуміє знайти відповідь. Йому потрібно буде над питанням про відмінність між водою з різним ізотопним складом ще чимало попрацювати. Зовсім недавно всі вважали, що у важкій воді живі істоти не можуть жити. Її навіть мертвої водою називали. Але виявилося, що якщо дуже повільно, обережно і поступово замінювати протий в воді, де живуть деякі мікроорганізми, на дейтерій, то можна їх привчити до важкій воді і вони будуть в ній непогано жити і розвиватися, а звичайна вода для них стане шкідливою.
Скільки молекул води в океані?
Одна. І ця відповідь не зовсім жарт. Звичайно, кожен може, подивившись в довідник і дізнавшись, скільки в Світовому океані води, легко порахувати, скільки всього в ньому міститься молекул H 2 O. Але така відповідь буде не цілком вірним. Вода - речовина особливе. Завдяки своєрідному будовою окремі молекули взаємодіють між собою. Виникає особлива хімічна зв'язок внаслідок того, що кожен з атомів водню однієї молекули відтягує до себе електрони атомів кисню в сусідніх молекулах. За рахунок такої водневої зв'язку кожна молекула води виявляється досить міцно пов'язаної з чотирма сусідніми молекулами.
Як же все-таки побудовані молекули води в воді?
На жаль, це дуже важливе питання вивчений ще недостатньо. Будова молекул в рідкій воді дуже складно. Коли лід плавиться, його сітчаста структура частково зберігається в утворюється воді. Молекули в талій воді складаються з багатьох простих молекул - з агрегатів, які зберігали властивості льоду. При підвищенні температури частина їх розпадається, їх розміри стають менше.
Взаємне тяжіння веде до того, що середній розмір складної молекули води в рідкій воді значно перевищує розміри однієї молекули води. Таке надзвичайне молекулярну будову води обумовлює її надзвичайні фізико-хімічні властивості.
Яка повинна бути щільність води?
Правда, дуже дивне запитання? Згадайте, як було встановлено одиниця маси - один грам. Це маса одного кубічного сантиметра води. Значить, не може бути ніякого сумніву в тому, що щільність води повинна бути тільки такою, яка вона є. Чи можна в цьому сумніватися? Можна, можливо. Теоретики підрахували, що якби вода не зберігала пухку, льодоподібну структуру в рідкому стані і її молекули були б упаковані щільно, то і щільність води була б набагато вище. При 25 ° C вона була б однаково не 1,0, а 1,8 г / см 3.
При якій температурі вода повинна кипіти?
Це питання теж, звичайно, дивний. Вірно, при ста градусах. Це знає кожен. Більше того, саме температура кипіння води при нормальному атмосферному тиску і обрана в якості однієї з опорних точок температурної шкали, умовно позначеної 100 ° C. Однак питання поставлене інакше: при якій температурі вода повинна кипіти? Адже температури кипіння різних речовин невипадкові. Вони залежать від положення елементів, що входять до складу їх молекул, в періодичній системі Менделєєва.
Якщо порівнювати між собою однакові за складом хімічні сполуки різних елементів, що належать до однієї і тієї ж групи таблиці Менделєєва, то легко помітити, що чим менше атомний номер елемента, чим менше його атомна вага, тим нижче температура кипіння його сполук. Вода за хімічним складом може бути названа гидридом кисню. H 2 Te, H 2 Se і H 2 S - хімічні аналоги води. Якщо визначити температуру кипіння гідриду кисню по положенню його в періодичній таблиці, то виявиться, що вода повинна кипіти при -80 ° C. Отже, вода кипить приблизно на сто вісімдесят градусів вище, ніж повинна кипіти. Температура кипіння води - це найбільш звичайне її властивість - виявляється надзвичайним і дивним.
При якій температурі вода замерзає?
Чи не правда, питання не менш дивний, ніж попередні? Ну хто ж не знає, що вода замерзає при нулі градусів? Це друга опорна точка термометра. Це звичайнісіньке властивість води. Але ж і в цьому випадку можна запитати: при якій температурі вода повинна замерзати відповідно до своєї хімічної природою? Виявляється, гідрид кисню на підставі його положення в таблиці Менделєєва мав би укріпляти при ста градусах нижче нуля.
З того, що температура плавлення і кипіння гідриду кисню - його аномальні властивості, слід, що в умовах нашої Землі рідке і тверде стану його також аномальні. Нормальним мало б бути тільки газоподібний стан води.
Скільки існує газоподібних станів води?
Тільки одне - пар. А пар теж тільки один? Звичайно ні, парів води стільки ж, скільки існує різних вод. Водяна пара, різні за ізотопним складом, мають хоча і дуже близькими, але все ж різними властивостями: у них різна щільність, при одній і тій же температурі вони трохи відрізняються по пружності в насиченому стані, у них трохи різні критичні тиску, різна швидкість дифузії.
Чи може вода пам'ятати?
Таке питання звучить, треба визнати, дуже незвично, але він цілком серйозний і дуже важливий. Він стосується великий фізико-хімічної проблеми, яка в своїй найбільш важливої \u200b\u200bчастини ще не досліджена. Це питання тільки поставлений в науці, але відповіді на нього вона ще не знайшла.
Питання в тому, впливає чи ні попередня історія води на її фізико-хімічні властивості і чи можливо, досліджуючи властивості води, дізнатися, що відбувалося з нею раніше, - змусити саму воду "згадати" і розповісти нам про це. Так, можливо, хоч і здається дивним. Найпростіше це можна зрозуміти на простому, але дуже цікавому і незвичайному прикладі - на пам'яті льоду.
Лід - це ж вода. Коли вода випаровується - змінюється ізотопний склад води і пари. Легка вода випаровується хоча і в незначній мірі, але швидше важкою.
При випаровуванні природної води склад змінюється з ізотопного змістом не тільки дейтерію, а й важкого кисню. Ці зміни ізотопного складу пара дуже добре вивчені, і так само добре досліджена їх залежність від температури.
Нещодавно вчені поставили чудовий досвід. В Арктиці, в товщі величезного льодовика на півночі Гренландії, була закладена свердловина і висвердлите і витягнутий гігантський крижаний керн довжиною майже півтора кілометри. На ньому були чітко помітні річні шари наростаючого льоду. По всій довжині керна ці шари були піддані ізотопного аналізу, і по відносним вмістом важких ізотопів водню і кисню - дейтерію і 18 O були визначені температури освіти річних шарів льоду на кожній дільниці керна. Дата освіти річного шару визначалася прямим відліком. Таким чином була відновлена \u200b\u200bкліматична обстановка на Землі протягом тисячоліть. Вода все це зуміла запам'ятати і записати в глибинних шарах гренландського льодовика.
В результаті ізотопних аналізів шарів льоду була побудована вченими крива зміни клімату на Землі. Виявилося, середня температура у нас схильна до віковим коливанням. Було дуже холодно в XV столітті, в кінці XVII століття і на початку XIX. Найзапекліші роки були 1550 і 1930.
Те, що зберегла в пам'яті вода, повністю співпало з записами в історичних хроніках. Виявлена \u200b\u200bза ізотопним складом льоду періодичність зміни клімату дозволяє прогнозувати середню температуру в майбутньому на нашій планеті.
Це все абсолютно зрозуміло і ясно. Хоча і дуже дивна тисячолітня хронологія погоди на Землі, записана в товщі полярного льодовика, але ізотопне рівновагу досить добре вивчено і ніяких загадкових проблем в цьому поки немає.
Тоді в чому ж полягає загадка «пам'яті» води?
Справа в тому, що за останні роки в науці поступово накопичилося багато вражаючих і абсолютно незрозумілих фактів. Одні з них встановлені твердо, інші вимагають кількісного надійного підтвердження, і всі вони ще чекають свого пояснення.
Наприклад, ще ніхто не знає, що відбувається з водою, що протікає крізь сильне магнітне поле. Фізики-теоретики зовсім впевнені, що нічого з нею при цьому відбуватися не може і не відбувається, підкріплюючи свою переконаність цілком достовірними теоретичними розрахунками, з яких випливає, що після припинення дії магнітного поля вода повинна миттєво повернутися до свого попереднього стану і залишитися такою, якою була . А досвід показує, що вона змінюється і стає іншою.
Зі звичайної води в паровому котлі розчинені солі, виділяючись, відкладаються щільним і твердим, як камінь, шаром на стінках котельних труб, а з омагниченной води (так її тепер стали називати в техніці) випадають у вигляді пухкого осаду, зваженого у воді. Начебто різниця невелика. Але це залежить від точки зору. На думку працівників теплових електростанцій, ця різниця виключно важлива, так як омагніченная вода забезпечує нормальну і безперебійну роботу гігантських електростанцій: чи не заростають стіни труб парових котлів, вище теплопередача, більше вироблення електроенергії. На багатьох теплових станціях давно встановлена \u200b\u200bмагнітна підготовка води, а як і чому вона працює, не знають ні інженери, ні вчені. Крім того, на досвіді помічено, що після магнітної обробки води в ній прискорюються процеси кристалізації, розчинення, адсорбції, змінюється змочування ... правда, у всіх випадках ефекти невеликі і важко відтворювані. Але яким чином в науці можна оцінити, що таке мало і що - багато? Хто візьметься це зробити? Дія магнітного поля на воду (обов'язково швидкоплинну) триває малі частки секунди, а "пам'ятає" вода про це десятки годин. Чому - невідомо. У цьому питанні практика далеко випередила науку. Адже навіть невідомо, на що саме діє магнітна обробка - на воду або на що містяться в ній домішки. Чистої-то води не буває.
"Пам'ять" води не обмежується тільки збереженням наслідків магнітного впливу. У науці існують і поступово накопичуються багато фактів і спостереження, які показують, що вода нібито "пам'ятає" і про те, що вона раніше була заморожена. Тала вода, недавно вийшла при таненні шматка льоду, як ніби-то теж відрізняється від тієї води, з якої цей шматок льоду утворився. У талій воді швидше і краще проростають насіння, швидше розвиваються паростки; навіть начебто б швидше ростуть і розвиваються курчата, які отримують талу воду. Крім дивовижних властивостей талої води, встановлених біологами, відомі і чисто фізико-хімічні відмінності, наприклад тала вода відрізняється по в'язкості, за значенням діелектричної проникності. В'язкість талої води приймає своє звичайне для води значення тільки через 3-6 діб після плавлення. Чому це так (якщо це так), теж ніхто не знає. Більшість дослідників називають цю область явищ "структурної пам'яттю" води, вважаючи, що всі ці дивні прояви впливу попередньої історії води на її властивості пояснюються зміною тонкої структури її молекулярного стану. Може бути, це і так, але ... назвати - це ще не означає пояснити. Як і раніше в науці існує важлива проблема: чому і як вода "пам'ятає", що з нею було.
Чи знає вода, що відбувається в космосі?
Це питання зачіпає область настільки незвичайних, настільки таємничих, до сих пір абсолютно незрозумілих, спостережень, що вони цілком виправдовують подібну формулювання питання. Експериментальні факти нібито встановлені твердо, але пояснення для них поки що не знайдено.
Вражаюча загадка, до якої відноситься питання, була встановлена \u200b\u200bне відразу. Вона відноситься до малопомітним і начебто б дріб'язкового явищу, не має серйозного значення. Це явище пов'язане з найтоншими і поки незрозумілими властивостями води, важко доступними кількісному визначенню, - зі швидкістю хімічних реакцій у водних розчинах і головним чином зі швидкістю освіти і випадання в осад важкорозчинних продуктів реакції. Це теж одне з незліченних властивостей води.
Так ось, в однієї і тієї ж реакції, що проводиться в одних і тих же умовах, час появи перших слідів осаду не постійно. Хоча цей факт був давним-давно відомий, хіміки на нього уваги не звертали, задовольняючись, як це ще часто буває, поясненням "випадковими причинами". Але поступово, у міру розвитку теорії швидкостей реакції і вдосконалення методики дослідження, цей дивний факт став викликати подив.
Незважаючи на самі ретельні заходи в проведенні досвіду в абсолютно постійних умовах, результат все одно не відтворюється: то осад випадає одразу, то доводиться досить довго чекати його появи.
Здавалося б, чи не все одно - випадає осад у пробірці за одну, дві або через двадцять секунд? Яке це може мати значення? Але в науці, як і в природі, немає нічого що не має значення.
Дивна невоспроизводимость все більш і більш займала вчених. І нарешті був організований і здійснений зовсім небувалий експеримент. Сотні добровільних дослідників-хіміків у всіх частинах земної кулі за єдиною, заздалегідь розробленою програмою одночасно, в один і той же момент по світовим часом знову і знову повторювали один і той же простий досвід: визначали швидкість появи перших слідів осаду твердої фази, що утворюється в результаті реакції у водному розчині. Досвід тривав майже п'ятнадцять років, було проведено понад триста тисяч повторень.
Поступово стала вимальовуватися дивовижна картина, незрозуміла і загадкова. Виявилося, що властивості води, що визначають перебіг в водному середовищі хімічної реакції, залежать від часу.
Сьогодні реакція протікає зовсім інакше, ніж в той же момент вона йшла вчора, і завтра вона буде йти знову по-іншому.
Відмінності були невеликі, але вони існували і вимагали уваги, дослідження і наукового пояснення.
Результати статистичної обробки матеріалів цих спостережень привели вчених до вражаючого висновку: виявилося, що залежність швидкості реакції від часу для різних частин земної кулі абсолютно однакова.
Це означає, що існують якісь таємничі умови, що змінюються одночасно на всій нашій планеті і впливають на властивості води.
Подальша обробка матеріалів привела вчених до ще більш несподіваного слідству. Виявилося, що події, які відбуваються на Сонці, якимось чином відображаються на воді. Характер реакції у воді слід ритму сонячної активності - появи плям і спалахів на Сонці.
Але і цього мало. Було виявлено ще більш неймовірне явище. Вода якимось незбагненним шляхом відгукується на те, що відбувається в космосі. Була встановлена \u200b\u200bчітка залежність від зміни відносної швидкості Землі в її русі в космічному просторі.
Таємнича зв'язок води і подій, що відбуваються у Всесвіті, поки не піддається поясненню. А яке значення може мати зв'язок між водою і космосом? Ніхто ще не може знати, наскільки воно велике. У нашому тілі близько 75% води; на нашій планеті немає життя без води; в кожному живому організмі, в кожній його клітинці протікають незліченні хімічні реакції. Якщо на прикладі простої і грубої реакції помічено вплив подій в космосі, то поки навіть і уявити собі не можна, як велике може бути значення цього впливу на глобальні процеси розвитку життя на Землі. Напевно, буде дуже важливою і цікавою наука майбутнього - космобіолог. Одним з її головних розділів стане вивчення поведінки і властивостей води в живому організмі.
Чи всі властивості води зрозумілі вченим?
Звичайно, ні! Вода - загадкове речовина. До сих пір вчені не можуть ще зрозуміти і пояснити дуже багато її властивості.
Чи можна сумніватися, що всі подібні загадки будуть успішно вирішені наукою. Але буде відкрито чимало нових, ще більш дивних, загадкових властивостей води - самого незвичайного речовини в світі.
http://wsyachina.narod.ru/physics/aqua_1.html
«Найбільш екстремальний» варіант. Звичайно, ми всі чули історії про магнітах, досить сильних, щоб зсередини травмувати дітей, і кислотах, які пройдуть через ваші руки за лічені секунди, але існують навіть більш «екстремальні» їх варіанти.
1. Найбільша чорна матерія, відома людині
Що станеться, якщо накласти один на одного краю вуглецевих нанотрубок і чергувати шари з них? Вийде матеріал, який поглинає 99.9% світла, який потрапляє на нього. Мікроскопічна поверхню матеріалу є нерівною і шорсткою, яка переломлює світло і при цьому є поганий, що відбиває. Після цього спробуйте використовувати вуглецеві нанотрубки як суперпровідника в певному порядку, що робить їх прекрасними поглиначами світла, і у вас вийде справжня чорна буря. Вчені всерйоз розмірковують над потенційними варіантами застосування цієї речовини, так як, фактично, світло не «губиться», то речовина могла б використовуватися для поліпшення оптичних пристроїв, наприклад, телескопів і навіть використовуватися для сонячних батарей, що працюють майже зі 100% ефективністю.
2. Саме горюча речовина
Безліч речей горить з вражаючою швидкістю, наприклад, стірофом, напалм і це тільки початок. Але що, якщо б була речовина, яке могло б охопити вогнем землю? З одного боку це провокаційне запитання, але він був заданий як відправна точка. Трифторид хлору має сумнівну славу як жахливо горюча речовина, при тому, що нацисти вважали, що ця речовина дуже небезпечно для роботи. Коли люди, які обговорюють геноцид, вважають, що метою їхнього життя є не використовувати що-небудь, тому що це занадто смертельно, це підтримує обережне поводження з цими речовинами. Кажуть, що одного разу пролилася тонна речовини і почалася пожежа, і вигоріло 30,5 см бетону і метр піску з гравієм, поки все не затихло. На жаль, нацисти мали рацію.
3. Саме отруйна речовина
Скажіть, що б ви найменше хотіли, що могло б потрапити на ваше обличчя? Це цілком міг бути самий смертоносну отруту, який по праву займе 3 місце серед основних екстремальних речовин. Такий отрута, дійсно відрізняється від того, що пропалює бетон, і від найсильнішої кислоти в світі (яку скоро винайдуть). Хоча і не зовсім так, але ви все, без сумнівів, чули від медичної спільноти про ботокс, і завдяки йому прославився самий смертоносну отруту. Ботокс використовує ботулотоксин, що породжується бактерією «клостридиум ботулінум», і вона дуже смертоносна, і її кількості, рівного крупинці солі, досить, щоб убити людину вагою в 200 фунтів (90,72 кг; прим. Mixednews). Насправді, вчені розрахували, що досить розпорошити всього 4 кг цієї речовини, щоб убити всіх людей на землі. Напевно, орел вчинив би набагато гуманніше з гримучою змією, ніж ця отрута з людиною.
4. Саме гаряче речовина
Існує дуже мало речей у світі, відомих людині як щось більш гаряче, ніж внутрішня поверхня недавно розігрітого в мікрохвильовці Hot Pocket, але ця речовина, здається, поб'є і цей рекорд. Створене зіткненням атомів золота при майже світлової швидкості, речовинаназивають кварк-глюонної «супом», і воно досягає божевільних 4 трильйонів градусів Цельсія, що майже в 250 000 разів гаряче речовини всередині Сонця. Величина енергії, що випускається при зіткненні, була б достатньою, щоб розплавити протони і нейтрони, що саме по собі має такі особливості, про які ви навіть і не підозрювали. Вчені говорять, що ця речовина могла б нам дати уявлення про те, на що було схоже народження нашого Всесвіту, тому варто з розумінням поставитися до того, що крихітні наднові не створюються заради забави. Проте, дійсно хороші новини полягають в тому, що «суп» займав одну трильйонну сантиметри і тривав протягом трильйонної однієї трильйонної секунди.
5. Найбільша їдка кислота
Кислота - це жахливе речовина, одного з найстрашніших монстрів в кіно наділили кислотної кров'ю, щоб зробити його ще більш жахливим, ніж просто машина для вбивства ( «Чужий»), тому всередині нас вкоренилося, що вплив кислотою - це дуже погано. Якби «чужих» наповнили фторидно-сурьмяной кислотою, то вони б не тільки провалилися глибоко через підлогу, але і пари, що випускаються від їх мертвих тіл вбили б все навколо них. Ця кислота в 21019 разів сильніша, ніж сірчана кислота і може просочитися через скло. І вона може вибухнути, якщо додати води. І під час її реакції виділяються отруйні випаровування, які можуть вбити будь-якого в приміщенні.
6. Найбільша вибухонебезпечна вибухівка
Насправді, це місце ділять зараз два компоненти: октоген і гептанітрокубан. Гептанітрокубан головним чином існує в лабораторіях, і аналогічний октогену, але має більш щільну структуру кристалів, що несе в собі бо? Льшие потенціал руйнування. Октоген, з іншого боку, існує в досить больши? Х кількостях, що може загрожувати фізичному існуванню. Він використовується в твердому паливі для ракет, і навіть для детонаторів ядерної зброї. І останнє є найжахливішим, оскільки не дивлячись на те, з якою легкістю це відбувається в кіно, початок розщеплення / термоядерної реакції, яка призводить до яскравих світиться ядерним хмар, схожим на гриб, не є простим завданням, але октоген прекрасно з нею справляється.
7. Саме радіоактивну речовину
Говорячи про радіацію, варто згадати про те, що світяться зелені стрижні «плутонію», показані в «Сімпсонах» - це всього лише вигадка. Якщо що-небудь є радіоактивним, це зовсім не означає, що воно світиться. Варто про це згадати, так як «полоній-210» настільки радіоактивний, що він світиться блакитним. Колишнього радянського шпигуна, Олександра Литвиненко ввели в оману, коли йому додали в їжу цієї речовини, і незабаром після цього він помер від раку. Це не та річ, з якою ви захочете пожартувати, світіння викликається повітрям навколо речовини, на який впливає радіація, і, справді, об'єкти навколо можуть нагріватися. Коли ми говоримо «радіація», ми думаємо, наприклад, про ядерному реакторі або вибуху, де дійсно відбувається реакція поділу. Це тільки виділення іонізованих частинок, а не вийшло з-під контролю розщеплення атомів.
8. Найважче речовина
Якщо ви думали, що найважче речовина на Землі - це алмази, це була хороша, але неточна здогад. Це технічно створений алмазний наностержень. Це фактично сукупність з алмазів нано-масштабу, з найменшим ступенем стиснення і найважче речовина, відоме людині. Насправді його не існує, але що було б дуже доречно, так як це означає, що коли-небудь ми могли б покрити наші машини цим матеріалом і просто позбутися від неї, коли відбудеться зіткнення з поїздом (нереальне подія). Ця речовина винайшли в Німеччині в 2005 році і, можливо, його будуть використовувати в тій же самій мірі, як і промислові алмази, виключаючи ту обставину, що нова речовина більш стійке до зносу, ніж звичайні алмази.
9. Саме магнітне речовина
Якби індуктор був невеликим чорним шматком, то це було б те саме речовина. Речовина, розроблене в 2010 році з заліза і азоту, має магнітні здібностями, які на 18% більше, ніж попередній "рекордсмен", і є настільки потужним, що змусив учених переглянути, як працює магнетизм. Людина, який відкрив цю речовину, дистанціювався зі своїми изучениями, щоб ніхто з інших учених не зміг би відтворити його роботу, так як повідомлялося, що аналогічне з'єднання розроблялося в Японії в минулому 1996 р, але інші фізики не змогли його відтворити, тому офіційно ця речовина не прийняли. Незрозуміло, чи повинні японські фізики пообіцяти зробити «сепуку» при цих обставинах. Якщо ця речовина можна буде відтворити, це може означати нове століття ефективної електроніки і магнітних двигунів, можливо, посилені по потужності на порядок.
10. Найбільш сильна надтекучість
Надтекучість є станом речовини (подібно до твердого або газоподібного), яке має місце при екстремально низьких температурах, має високу термопроводімость (кожна унція цієї речовини повинна мати таку саму температуру) і ніякої в'язкості. Гелій-2 є найбільш характерним представником. Чашка «гелію-2» мимовільно підніметься і виллється з контейнера. «Гелій-2» також просочиться через інші тверді матеріали, так як повна відсутність сили тертя дозволяє текти йому через інші невидимі отвори, через які не міг би витекти звичайний гелій (або вода для даного випадку). «Гелій-2» не приходить в потрібний стан при числі 1, як ніби у нього є здатність діяти на свій розсуд, хоча це також найбільш ефективний термопроводнік на Землі, в кілька сотень разів краще міді. Теплота переміщається настільки швидко через «гелій-2», що вона швидше пересувається хвилями, подібно звуку (відомому насправді як «другий звук»), ніж розсіюється, при цьому вона просто переміщається від однієї молекули до іншої. Між іншим, сили, що керують можливістю «гелію-2» повзати по стіні, названі «третім звуком». У вас навряд чи буде що-небудь більш екстремальне, ніж речовина, яке зажадало визначення 2 нових типів звуку.
Як працює «мозгопочта» - передача повідомлень від мозку до мозку через інтернет
10 таємниць світу, які наука, нарешті, розкрила 10 головних питань про Всесвіт, відповіді на які вчені шукають прямо зараз 8 речей, які не може пояснити наука Чи можна за допомогою сучасних технологій реалізувати здібності супергероїв? Атом, люстр, нуктемерон, і ще сім одиниць часу, про які ви не чули
Ми можемо сміятися над нашими предками, які вважали порох чарами і не розуміла, що таке магніти, однак і в наш освічений вік існують матеріали, створені наукою, але схожі на результат справжнього чаклунства. Найчастіше ці матеріали важко отримати, але воно того варте.
1. Метал, який плавиться в ваших руках
Існування рідких металів, таких як ртуть, і здатність металів приймати рідкий стан при певній температурі загальновідомі. Але твердий метал, що тане в руках як морозиво - це незвичайне явище. Цей метал називається галієм. Він плавиться при кімнатній температурі і для практичного використання непридатний. Якщо помістити предмет з галію в склянку з гарячою рідиною, він розчиниться прямо на ваших очах. Крім того, галій здатний зробити алюміній дуже крихким - досить просто помістити краплю галію на алюмінієву поверхню.
2. Газ, здатний утримувати тверді предмети
Цей газ важчий за повітря, і якщо наповнити їм закритий контейнер, він осяде на дно. Так само, як вода, гексафторид сірки здатний витримати менш щільні об'єкти, наприклад, кораблик з фольги. Безбарвний газ утримає предмет на своїй поверхні, і створиться враження, що кораблик парить. Гексафторид сірки можна вичерпати з контейнера звичайним склянкою - тоді кораблик плавно опуститься на дно.
Крім того, за рахунок своєї ваги газ знижує частоту будь-якого звуку, що проходить крізь нього, і якщо вдихнути трохи гексафториду сірки, ваш голос буде звучати як зловісний баритон Доктора Зло.
3. Гідрофобні покриття
Зелена плитка на фото - зовсім не желе, а підфарбована вода. Вона знаходиться на плоскій пластині, по краях обробленої гідрофобним покриттям. Покриття відштовхує воду, і краплі приймають опуклу форму. В середині білої поверхні є ідеальний необроблений квадрат, і вода накопичується там. Крапля, вміщена на оброблену область, негайно потече до необробленої частини і зіллється з іншою водою. Якщо ви макнёте оброблений гідрофобним покриттям палець в стакан з водою, він залишиться повністю сухим, а навколо нього утворюється "бульбашка" - вода буде відчайдушно намагатися втекти від вас. На основі таких речовин планується створення водовідштовхувальним одягу і стекол для автомобілів.
4. Спонтанно вибухає порошок
Нітрид трііода виглядає як клубок бруду, але зовнішність оманлива: цей матеріал настільки нестабільний, що легкого дотику пера досить, щоб стався вибух. Використовується матеріал виключно для експериментів - його небезпечно навіть переміщати з місця на місце. Коли матеріал вибухає, з'являється гарний фіолетовий дим. Аналогічною речовиною є фульминат срібла - він також не застосовується ніде і годиться хіба що для виготовлення бомб.
Гарячий лід, відомий також як ацетат натрію, являє собою рідину, що твердіє при найменшому впливі. Від простого дотику він з рідкого стану миттєво трансформується в твердий як лід кристал. На всій поверхні утворюються візерунки, як на вікнах в мороз, процес триває кілька секунд - поки все речовина не «замерзне». При натисканні утворюється центр кристалізації, від якого молекулам по ланцюжку передається інформація про новий стан. Звичайно, в результаті утворюється зовсім не лід - як випливає з назви, речовина на дотик досить тепле, охолоджується дуже повільно і використовується для виготовлення хімічних грілок.
6. Метал, що володіє пам'яттю
Нитинол, сплав нікелю й титану, має вражаючу здатність «запам'ятовувати» свою первісну форму і повертатися до неї після деформації. Все, що для цього потрібно - трохи тепла. Наприклад, можна крапнути на сплав теплою водою, і він прийме первісну форму незалежно від того, наскільки сильно був до цього спотворений. В даний час розробляються способи його практичного застосування. Наприклад, було б розумно робити з такого матеріалу окуляри - якщо вони випадково погнуться, потрібно просто підставити їх під струмінь теплої води. Звичайно, невідомо чи будуть коли-небудь робити з нітінолу автомобілі або ще щось серйозне, але властивості сплаву вражають.
Якщо ви вважаєте, що хімія - дуже нудна наука, тоді я раджу вам подивитися далі на 7 дуже цікавих і незвичайних хімічних реакцій, які точно вас здивують. Можливо, гифки в продовженні статті зможуть вас переконати, і ви перестанете думати, що хімія - це нудно;) Дивимося далі.
Гіпнотизуюча бромноватой кислота
Згідно з наукою, реакція Білоусова-Жаботинського - це «коливальна хімічна реакція», в ході якої «іони металів перехідної групи каталізують окислення різних, зазвичай органічних, відновників бромноватой кислотою в кислому водному середовищі», що дозволяє «спостерігати неозброєним оком утворення складних просторово-часових структур ». Це наукове пояснення гіпнотичного явища, яке відбувається, якщо кинути трохи брому в кислотний розчин.
Кислота перетворює бром в хімічну речовину під назвою бромід (який набуває зовсім інший відтінок), в свою чергу, бромід швидко перетворюється назад в бром, тому що наукові ельфи, які живуть всередині нього - надто вперті засранці. Реакція повторюється знову і знову, дозволяючи вам нескінченно спостерігати за рухом неймовірних хвилеподібних структур.
Прозорі хімічні речовини миттєво стають чорними
Питання: що станеться, якщо змішати сульфіт натрію, лимонну кислоту і натрію йодид?
Правильна відповідь внизу:
Коли ви змішуєте вищезгадані інгредієнти в певних пропорціях, в кінцевому рахунку виходить примхлива рідина, яка спочатку має прозорий колір, а після різко стає чорною. Цей експеримент називається «Йодні годинник». Попросту кажучи, дана реакція відбувається тоді, коли специфічні компоненти з'єднуються таким чином, щоб їх концентрація поступово змінювалася. Якщо вона досягає певного порогу - рідина набуває чорний колір.
Але це ще не все. За рахунок зміни пропорції інгредієнтів у вас є можливість отримати зворотну реакцію:
Крім того, за допомогою різних речовин і формул (наприклад, як варіант - реакція Бріггса-Раушера) ви можете створити шизофренічну суміш, яка постійно буде змінювати свій колір з жовтого на блакитний.
Створення плазми в мікрохвильовці
Ви хочете затіяти з вашим другом що-небудь цікаве, але у вас немає доступу до купи незрозумілих хімічних речовин або елементарних знань, необхідних для того, щоб змішати їх безпечно? Чи не впадайте у відчай! Все, що вам знадобиться для проведення даного експерименту - це виноград, ніж, склянка і мікрохвильовка. І так, візьміть виноградинку і розріжте її навпіл. Один зі шматочків знову розділіть ножем на дві частини так, щоб ці четвертинки залишилися пов'язаними шкіркою. Помістіть їх в мікрохвильовку і накрийте перевернутим склянкою, включите піч. Потім зробіть крок назад і спостерігайте за тим, як інопланетяни викрадають розрізану ягідку.
Насправді, те, що відбувається на ваших очах - це один із способів створення дуже незначної кількості плазми. Ще зі школи ви знаєте, що існує три стану речовини: тверде, рідке і газоподібне. Плазма, по суті, є четвертим типом і являє собою іонізований газ, отриманий в результаті перегрівання звичайного газу. Виноградний сік, виявляється, багатий іонами, і тому є одним з найкращих і доступних засобів для проведення простих наукових експериментів.
Проте, будьте обережні, намагаючись створити плазму в мікрохвильовці, оскільки озон, який утворюється всередині склянки, у великих кількостях може бути токсичним!
Запалювання погаслою свічки через димовий слід
Цей трюк ви можете спробувати повторити в домашніх умовах без ризику вибуху вітальні або ж всього будинку. Запаліть свічку. Задуйте її і відразу ж піднесіть вогонь до димному сліду. Вітаємо: у вас вийшло, тепер ви справжній майстер вогню.
Виявляється, між вогнем і свічним воском існує якась любов. І це почуття набагато сильніше, ніж ви думаєте. Неважливо, в якому стані знаходиться віск - рідкому, твердому, газоподібному - вогонь все одно його знайде, наздожене і спалить під три чорти.
Кристали, які світяться під час дроблення
Перед вами хімічна речовина під назвою европий-тетракіс, яке демонструє ефект тріболюмінесценціей. Втім, краще раз побачити, ніж сто разів прочитати.
Даний ефект виникає при руйнуванні кристалічних тіл завдяки перетворенню кінетичної енергії безпосередньо в світло.
Якщо ви хочете все це побачити на власні очі, але під рукою у вас немає европия-тетракіс, не біда: підійде навіть самий звичайний цукор. Просто сядьте в темній кімнаті, покладіть в блендер кілька кубиків цукру і насолоджуйтеся красою феєрверку.
Ще в XVIII столітті, коли багато людей думали, що наукові явища викликають примари або відьми або примари відьом, вчені використовували цей ефект, щоб пожартувати над «простими смертними», розжовуючи в темряві цукор і сміючись над тими, хто втік від них як від вогню .
Пекельне чудовисько, що з'являється з вулкана
Тіоціанат ртуті (II) - на вигляд безневинний білий порошок, але варто його підпалити, як він тут же перетворюється в міфічне чудовисько, готове поглинути вас і весь світ цілком.
Друга реакція, зображена нижче, викликана згорянням дихромата амонію, в результаті якого утворюється мініатюрний вулкан.
Ну а що буде, якщо змішати два вищезгаданих хімічних речовини і підпалити їх? Дивіться самі.
Однак не намагайтеся повторити ці експерименти будинку, оскільки і тіоціанат ртуті (II), і дихромат амонію є дуже токсичними і при згорянні можуть завдати серйозної шкоди вашому здоров'ю. Бережіть себе!
ламінарний плин
Якщо ви змішайте каву з молоком, у вас вийде рідина, яку ви навряд чи коли-небудь знову зможете розділити на складові компоненти. І це стосується всіх речовин, що знаходяться в рідкому стані, вірно? Вірно. Але є таке поняття, як ламінарний плин. Щоб побачити це диво в дії, досить помістити кілька крапель різнокольорових барвників в прозорий посудина з кукурудзяним сиропом і акуратно все перемішати ...
... а потім знову перемішати в тому ж темпі, але тільки тепер у зворотному напрямку.
Ламінарний плин може відбуватися в будь-яких умовах і з використанням різних типів рідин, однак в даному випадку таке незвичайне явище обумовлено грузлими властивостями кукурудзяного сиропу, який при змішуванні з барвниками утворює різнокольорові шари. Так що, якщо ви так само акуратно і не поспішаючи повторіть в зворотному напрямку, все повернеться на колишні місця. Схоже на подорож у часі!
Завантаження ...