Интересные факты о простых механизмах физика. Интересные факты о молекулах

Интересные факты о физике, естественной школьной науке, позволят вам узнать самые обычные, на первый взгляд, процессы с необычной стороны.

• 1. Температура молнии в пять раз выше температуры на поверхности Солнца и составляет 30 000К.
• 2. Капля дождя весит больше, чем комар. Но волоски, которые размещены на поверхности тела насекомого, практически, не передают импульс от капли к комару. Поэтому насекомое выживает даже под проливным дождем. Этому способствует еще один фактор. Столкновение воды с комаром происходит на незакрепленной поверхности. Поэтому если удар прНиходится в центр насекомого, оно некоторое время падает с каплей, а потом быстро освобождается. Если дождь попадает не в центр, траектория движения комара немного отклоняется.
• 3. Сила вытаскивания ноги с зыбучих песков со скоростью 0,1 м/с равна силе поднятия легкового автомобиля. Интересный факт: зыбучие пески – это ньютоновская жидкость, которая не может поглотить человека полностью. Поэтому увязшие в песках люди умирают от обезвоживания, солнечного облучения или по другим причинам. Если вы попали в такую ситуацию, лучше не делайте резких движений. Попытайтесь опрокинуться на спину, раскинуть широко руки и ждать помощь.

• 4. Вы слышали щелчок после резкого взмаха кнутом? Это происходит из-за того, что его кончик движется со сверхзвуковой скоростью. Кстати, кнут – это первое изобретение, которое преодолело сверхзвуковой барьер. И то же происходит с самолетом, который летит со скоростью, больше звуковой. Щелчок, похожий на взрыв, происходит из-за созданной самолетом ударной волны.
• 5. Интересные факты о физике касаются также живых существ. К примеру, все насекомые во время полета ориентируются на свет Солнца или Луны. Они сохраняют такой угол, при котором освещение всегда с одной стороны. Если же насекомое летит на свет лампы, то движется по спирали, поскольку ее лучи расходятся не параллельно, а радиально.
• 6. Лучи Солнца, которые проходят через капельки в воздухе, образуют спектр. А его разные оттенки преломляются под разными углами. В результате такого явления образуется радуга – окружность, часть от которой люди видят с земли. Центр радуги всегда находится на прямой, проведенной от глаза наблюдателя до Солнца. Вторичную радугу можно увидеть тогда, когда свет в капельке отражается именно два раза.

• 7. Для льда больших ледников характерна деформация, то есть текучесть, обусловленная напряжением. По этой причине гималайские ледники сдвигаются со скоростью в два-три метра в сутки.
• 8. Вы знаете, что такое эффект Мпембы? Данное явление в 1963 году обнаружил танзанийский школьник по имени Эрасто Мпемба. Мальчик заметил, что горячая вода подвержена замерзанию в морозильнике быстрее, чем холодная. И поныне ученые не могут дать однозначного объяснения этого феномена.
• 9. В прозрачной среде свет распространяется медленнее, нежели в вакуумной.
• 10. Ученые полагают, что двух одинаковых по узору снежинок не бывает. Вариантов их дизайна даже больше, чем атомов у Вселенной.

Молекулярная 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, интересных и полезных фактах из физики.

ФИЗИКАМ УДАЛОСЬ ОХЛАДИТЬ МОЛЕКУЛЫ ПОЧТИ ДО АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ

Ученые смогли охладить молекулы монофторида стронция практически до абсолютного нуля «одним махом». Физики описали использованную ими технологию в статье в журнале Nature. В отличие от молекул и атомов, находящихся при комнатной температуре, вещество, охлажденное до температур, близких к абсолютному нулю (минус 273,15 градуса Цельсия, или 0 градусов кельвина), начинает демонстрировать квантовые свойства (у нагретой материи они «забиваются» тепловыми эффектами).

Физики часто охлаждают атомы, используя лазер - атомы поглощают фотоны, а затем испускают их. При многократном повторении этого процесса атомы постепенно теряют свою кинетическую энергию, то есть охлаждаются. Для молекул такой метод до сих пор не применялся - они более тяжелые и хуже теряют энергию. Кроме того, в молекулах «лишняя» энергия запасается в связях между атомами, а также во вращательных движениях молекулы целиком.

В большинстве более ранних работ охлаждались атомы, а потом из них «собирались» молекулы. Авторы нового исследования решили охладить непосредственно молекулы. Ученые экспериментировали с монофторидом стронция, энергия колебаний которого меньше, чем у многих других молекул. Кроме того, физики подобрали цвет лазера так, чтобы его воздействие не вызывало вращение молекул. Наконец, исследователи особым образом предварительно охлаждали монофторид стронция.

В итоге авторам удалось охладить молекулы до 300 микрокельвинов (микрокельвин - это одна миллионная кельвина). Расчеты показывают, что использованная учеными технология позволяет понизить их температуру до еще более низких значений.

В начале 2010 года другой коллектив исследователей, работая с охлажденными до сверхнизких температур молекулами калия и рубидия, смог непосредственно пронаблюдать квантово-механические эффекты.

Еще немного фактов...

• Среднестатистический человек привык думать, что любая жидкость по сути своей не имеет собственной формы, однако, это заблуждение. Примечательно, что даже школьная программа говорит об этом. Но естественная форма любой жидкость шарообразная. Единственная причина по которой она не находиться в такой форме – сила притяжения.

• Скорость движение молекул в воды может достигать 650 метров в одну секунду. Конечно, когда она доходит до кипения.

• Знаете ли вы, что самолет, который вылетает из Москвы во Владивосток может прибыть одновременно с временем отлета? Дело в том, что разница в часовых полюсах составляет 9 часов . То есть , если самолет сможет пройти путь за три часа, то вы прибудете в тоже время , в которое отбыли.

• Стоит заметить, что физика имеет много неточностей и недоработок, но на сегодняшний день это единственная наука, которая может объяснить происходящие вещи с точки зрения общего подхода. То, что изложено в этой статье, в большинстве своем является школьной программой современного западного школьника, так что узнавайте больше и учитесь думать, чтобы не отставать от них.

Все окружающие нас предметы состоят из атомов. Атомы настолько малы, что за время, пока мы дописываем это предложение могло бы образоваться 100 00 атомов.

На самом деле первым о существование 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, которое 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

В жидкости, с другой стороны, молекулы тоже плотно держаться друг за друга, но не настолько сильно как в твердых телах, поэтому они могут двигаться вокруг и изменять форму. Однако, жидкость невозможно сжать.

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

Любопытно, но стекло не является твердым телом. В действительности стекло-это жидкость, но оно настолько вязкое, что мы не можем заметить как оно течет.

• Самые большие запасы воды в Солнечной системе находятся, как ни странно это может показаться на первый взгляд, на Солнце. Молекулы воды в виде пара сконцентрированы в солнечных пятнах, температура в которых на полторы тысячи градусов ниже, чем в окружающих их областях, а также в области температурного минимума - узком слое под поверхностью звезды.

• Существует особое состояние вещества под названием «неупорядоченная сверходнородность», при котором вещество обладает свойствами кристалла и жидкости одновременно. Сначала его обнаружили физики в жидком гелии и простых плазмах, но недавно с ним столкнулись и биологи при изучении кур иного глаза. Как и у других дневны х птиц, у куриц есть пять видов фоторецепторов: красные, синие, зелёные, фиолетовые и отвечающие за восприятие освещённости. Все они располагаются на сетчатке в один слой на первый взгляд беспорядочно, однако при детальном изучении паттернов выяснилось, что вокруг каждой колбочки есть так называемая запретная зона, в которой исключено появление других колбочек того же типа. В итоге система не может принять единую упорядоченную форму, но стремится быть максимально однородной.

• Иногда под толщей морского льда могут возникать большие сосульки, похожие на сталактиты. Когда формируется лёд, в его кристаллической решётке не остаётся соли, и в некоторых точках образуются нисходящие потоки очень холодной и очень солёной воды. При определённых условиях вокруг такого потока начинает расти вниз опять же слой льда. Если в данном месте море неглубокое, сосулька достигает дна и продолжает расти в каком-нибудь горизонтальном направлении.

Cтраница 1

Интересная молекула F3NO также имеет тетраэдрическую структуру.  

Эти интересные молекулы могут либо отдавать протон карбоксила, либо присоединять еще один протон к аминогруппе.  

Ксенон образует ряд интересных молекул и ионов со фтором и кислородом. Укажите, на каких атомах в этих льюисовых структурах имеются отличные от нуля формальные заряды.  

При попытке использовать измерения ЯЭО для более интересных молекул, чем приведенные в предыдущем разделе, мы столкнемся с некоторыми трудностями. Вероятно, большое число взаимодействующих протонов сделает невозможным расчет межъядерных расстояний. Предположение о равных корреляционных временах для всех межъядерных векторов, на котором основаны такие расчеты, скорее всего вообще не выполняется для больших молекул, и мы не должны забывать об этом. Для того чтобы добиться успеха в определении структур сложных молекул, мы должны частично забыть о двух основных принципах из разд. Мы будем считать, что наблюдаемая величина ЯЭО отражает относительную близость ядер, ио при этом надо помнить, что в некоторых случаях наши выводы могут быть неверны.  

Прогресс, достигнутый за последние годы в области современной структурной химии, сводится в основном к определению структур ряда особенно интересных молекул и кристаллов.  

Вместе с тем метод газовой хроматографии для исследования адсорбции отличается высокой чувствительностью, позволяющей изучать область малых заполнений, возможностью работать на серийной аппаратуре в широкой области температур и, следовательно, изучить адсорбционные взаимодействия большого числа интересных молекул разного строения. Однако при этом используется приближение теории нелинейной равновесной хроматографии. Сопоставление со статическими исследованиями показывает, что обычно критерием достаточной близости к равновесным условиям в колонке при проявительной хроматографии является, во-первых, совпадение размытой границы пика для разных проб (от нуля до точки перегиба изотермы) и, во-вторых, вертикальность противоположной границы пика.  

В анионе [ СЮ2 ] - угол ОС1О равен 110 5, длина связи хлор - кислород - 156 пм. Интересной молекулой с аналогичным угловым строением является С1С2, в которой угол OC1Q равен 117 4, а расстояние С1 - О - 147 пм. Эта молекула необычна, так как хотя она парамагнитна, но в противоположность NO2, димеров (см. с. Поскольку связи С1 - О в ней заметно короче связей в хлорид-ионе, порядок связей должен быть больше. Простейший способ описать образование связей - исходить из строения диоксида серы и считать, что дополнительный электрон находится на разрыхляющей орбитали.  

Мы хотим теперь поговорить об одной из самых интересных молекул - о молекуле бензола, диаграмма которой приведена на фиг. В нее входят по шести весьма симметрично расположенных атомов углерода и водорода. Каждая черточка на диаграмме представляет пару электронов с противоположными спинами, пляшущих танец ковалентной связи. Каждый атом водорода вводит в игру по одному электрону, а каждый атом углерода - по четыре, образуя в общей сложности систему из 30 участвующих в игре электронов.  

Таким образом, изооктан дает только два первичных продукта: грег-бутилкатион и изобутилен. Здесь следует отметить несколько важных моментов, делающих изооктан наиболее интересной молекулой с точки зрения исследования карбоний-ионного механизма превращения алканов.  

Выше были рассмотрены спектры труднолетучих галогенидов различных элементов, однако еще более труднолетучими являются окислы. Одним из первых объектов исследований была окись бора, но до сих пор проблемы строения и спектров этой очень интересной молекулы не разрешены, поэтому остановимся несколько подробнее на истории и технике исследований.  

Теперь на примере наиболее простой молекулы - молекулярного иона водорода Щ - мы сначала выявим наиболее существенные черты теории строения молекул, а затем обсудим более сложные и химически более интересные молекулы.  

Сравнивая протонные химические сдвиги 1 6 8 13 - б с-метано аннулена (31) и данные для 1 6-метано аннулена, можно прийти к заключению, что в 31 нет кольцевого тока, существование которого можно предполагать, исходя из числа jt - электронов. Как показывает изучение молекулярных моделей, между центрами 6, 7, 8 и 13, 14, 1 происходит сильное скручивание углерод-углеродных связей, которое настолько затрудняет эффективное перекрывание 2рг - орбиталей углерода, что здесь впервые соединение, имеющее число л-электронов, точно соответствующее правилу ароматичности Хюккеля, проявляет олефиновые свойства. Позднее мы еще вернемся к этой интересной молекуле.  

Однако любая предлагаемая структура должна быть проверена путем сравнения спектра, предсказываемого на ее основании, с опытным. При этом следует указать на два обстоятельства. Для того чтобы такая сложная молекула, как [ Fe3 (CO) 12 ], имела сравнительно простой спектр, ее симметрия должна быть довольно высокой. Слабость полос представляется, таким образом, аргументом против наличия в молекуле кетонных мостиков. Однако тогда становится неясным вопрос о том, к чему же могут быть отнесены слабые полосы. Очевидно, что необходимы дальнейшие исследования этой интересной молекулы.  

Страницы:      1

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:

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, С2Н6О 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 С5Н5ОН и диметиловый эфир (СН3)2О. 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).