складывает миллионы миллиардов атомов меди один за другим. Этот великолепный чемодан атомов меди мы и наблюдаем в виде маленькой медной проволоки. Значит, проволока-это скопление огромного числа атомов. И кусок сахара — тоже скопление великого множества молекул сахарозы, похожих, как сестры-близнецы.
Упаковка атомов меди в медной проволоке (фрагмент): 8 атомов меди образуют куб, в центре граней которого расположены еще 6 атомов меди и т. д. до бесконечности
Таким образом, медную проволоку или кусок сахара мы можем видеть невооруженным глазом именно благодаря тому, что они состоят из огромного числа атомов и молекул. То же самое можно сказать про все вещества, которые нас окружают: дерево, бумагу, ткань, металл. Когда вы от куска сахара отщепляете маленькую крупицу, знайте, что вы отщепляете такое огромное число молекул, для которого в нашем языке нет соответствующего слова!
2.2. Алмаз и... стекло
Основной фрагмент структуры алмаза. Каждый атом углерода связан с четырьмя другими, находящимися в вершинах тетраэдра
Наверное, вам случалось любоваться алмазом в перстне. В чем секрет исключительной твердости этого камня? Он заключается в том, что при упаковке между атомами возникает очень много связей. Если атомы углерода уложены так, что каждый из них окружен четырьмя другими (при этом, как в случае молекулы метана, образуется тетраэдр), то все атомы оказываются связанными между собой. Построенное таким способом твердое вещество и есть не что иное, как наш великолепный камень. Любое испытание на твердость алмазу нипочем. И когда вы берете в руки алмаз, знайте, что берете одну гигантскую молекулу. Попробуйте его поскрести: вы не сможете отделить ни единого атома!
Основной фрагмент структуры стекла. Каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра. Но каждый атом кислорода при этом связан лишь с двумя атомами кремния
Свойства твердого тела, получаемого при упаковке атомов, определяются главным образом природой атомов и числом образуемых связей. Например, заменим атом углерода в скелете алмаза на атом кремния и окружим его четырьмя атомами кислорода. Каждый атом кислорода может образовать связь всего лишь с двумя атомами кремния, поэтому сооружение получается более гибкое и менее компактное. Тут можно найти цепи разных размеров из сцепленных атомов кремния и кислорода. В таком кремний — кислородном чемодане, упакованном быстро и без особой тщательности, порядка значительно меньше, чем в алмазе. А невооруженным глазом мы видим... стекло! Если же такой чемодан собирать очень медленно и тщательно, мы получим... кварц.
2.3. Водородные мостики и весна
Лед. Каждая молекула воды окружена четырьмя другими благодаря водородным мостикам
Если в качестве главного атома вместо углерода или кремния взять атом кислорода, то чемодан упаковать еще труднее, так как атом кислорода образует всего две связи вместо четырех. И все же, соединяя молекулы воды, природа являет нам еще одно чудо строительства, окружая каждую молекулу четырьмя соседними. Это чудо обязано своим существованием особому свойству атомов водорода, уже связанных с кислородом: каждый такой атом водорода может приблизиться к атому кислорода другой молекулы и образовать с ним связь. Эта связь, хотя и совсем слабая, создает, однако, очень полезный мостик между двумя атомами кислорода и дает возможность каждой молекуле воды связаться с четырьмя другими.
Схема (фрагмент) молекул воды, соединенных водородными мостиками (пунктир) в структуре льда
В кубике льда содержится множество молекул воды, соединенных этими водородными мостиками. Конечно, прочность такой постройки невелика: на этот раз содержимое чемодана весьма хрупко. Достаточно совсем небольшого нагревания, чтобы водородные мостики начали рваться. Некоторые молекулы воды начинают свободно двигаться. А на глаз мы наблюдаем... таяние льда. Совсем незначительное событие в мире молекул — разрыв нескольких водородных мостиков — оборачивается существенным событием нашей жизни: весенним таянием снегов и льдов!
2.4. Вечная суета в мире жидких тел
Молекула метилового спирта; расположение молекул метилового спирта в жидком состоянии (пунктиром изображены водородные мостики)
В отличие от молекул воды в молекулах спирта имеется только один атом водорода, непосредственно связанный с атомом кислорода. Поэтому молекулы спирта могут образовывать водородные мостики только с двумя соседними молекулами. Еще хуже обстоит дело с молекулами эфира, у которых на центральном атоме кислорода нет атомов водорода, а
Упаковка атомов меди в медной проволоке (фрагмент): 8 атомов меди образуют куб, в центре граней которого расположены еще 6 атомов меди и т. д. до бесконечности
Таким образом, медную проволоку или кусок сахара мы можем видеть невооруженным глазом именно благодаря тому, что они состоят из огромного числа атомов и молекул. То же самое можно сказать про все вещества, которые нас окружают: дерево, бумагу, ткань, металл. Когда вы от куска сахара отщепляете маленькую крупицу, знайте, что вы отщепляете такое огромное число молекул, для которого в нашем языке нет соответствующего слова!
Основной фрагмент структуры алмаза. Каждый атом углерода связан с четырьмя другими, находящимися в вершинах тетраэдра
Наверное, вам случалось любоваться алмазом в перстне. В чем секрет исключительной твердости этого камня? Он заключается в том, что при упаковке между атомами возникает очень много связей. Если атомы углерода уложены так, что каждый из них окружен четырьмя другими (при этом, как в случае молекулы метана, образуется тетраэдр), то все атомы оказываются связанными между собой. Построенное таким способом твердое вещество и есть не что иное, как наш великолепный камень. Любое испытание на твердость алмазу нипочем. И когда вы берете в руки алмаз, знайте, что берете одну гигантскую молекулу. Попробуйте его поскрести: вы не сможете отделить ни единого атома!
Основной фрагмент структуры стекла. Каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра. Но каждый атом кислорода при этом связан лишь с двумя атомами кремния
Свойства твердого тела, получаемого при упаковке атомов, определяются главным образом природой атомов и числом образуемых связей. Например, заменим атом углерода в скелете алмаза на атом кремния и окружим его четырьмя атомами кислорода. Каждый атом кислорода может образовать связь всего лишь с двумя атомами кремния, поэтому сооружение получается более гибкое и менее компактное. Тут можно найти цепи разных размеров из сцепленных атомов кремния и кислорода. В таком кремний — кислородном чемодане, упакованном быстро и без особой тщательности, порядка значительно меньше, чем в алмазе. А невооруженным глазом мы видим... стекло! Если же такой чемодан собирать очень медленно и тщательно, мы получим... кварц.
Лед. Каждая молекула воды окружена четырьмя другими благодаря водородным мостикам
Если в качестве главного атома вместо углерода или кремния взять атом кислорода, то чемодан упаковать еще труднее, так как атом кислорода образует всего две связи вместо четырех. И все же, соединяя молекулы воды, природа являет нам еще одно чудо строительства, окружая каждую молекулу четырьмя соседними. Это чудо обязано своим существованием особому свойству атомов водорода, уже связанных с кислородом: каждый такой атом водорода может приблизиться к атому кислорода другой молекулы и образовать с ним связь. Эта связь, хотя и совсем слабая, создает, однако, очень полезный мостик между двумя атомами кислорода и дает возможность каждой молекуле воды связаться с четырьмя другими.
Схема (фрагмент) молекул воды, соединенных водородными мостиками (пунктир) в структуре льда
В кубике льда содержится множество молекул воды, соединенных этими водородными мостиками. Конечно, прочность такой постройки невелика: на этот раз содержимое чемодана весьма хрупко. Достаточно совсем небольшого нагревания, чтобы водородные мостики начали рваться. Некоторые молекулы воды начинают свободно двигаться. А на глаз мы наблюдаем... таяние льда. Совсем незначительное событие в мире молекул — разрыв нескольких водородных мостиков — оборачивается существенным событием нашей жизни: весенним таянием снегов и льдов!
Молекула метилового спирта; расположение молекул метилового спирта в жидком состоянии (пунктиром изображены водородные мостики)
В отличие от молекул воды в молекулах спирта имеется только один атом водорода, непосредственно связанный с атомом кислорода. Поэтому молекулы спирта могут образовывать водородные мостики только с двумя соседними молекулами. Еще хуже обстоит дело с молекулами эфира, у которых на центральном атоме кислорода нет атомов водорода, а
Последние комментарии
4 часов 25 минут назад
6 часов 58 минут назад
7 часов 27 минут назад
7 часов 33 минут назад
1 час 49 минут назад
10 часов 36 минут назад