Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд Страница 25

Посмотрите через мощный микроскоп на мир, и вы получите широчайшее энциклопедическое представление о нем. Вы поймете, что всё – от трубкозубов («земляных поросят»), единственных трубкозубых в мире, до калейдоскопа – представляет собой не что иное, как скопление атомов. Как вы, наверное, и предполагали, газы вроде гелия (которым наполняют веселые шарики для праздников) состоят из легчайших и простейших атомов, а тяжелые металлы вроде урана (ядерное топливо) – из крупных и тяжелых. Всё в мире состоит из примерно сотни разновидностей этих мельчайших частиц, деталей своеобразного конструктора лего. На самом деле почти всё возможно создать из еще меньшего количества видов атомов. Их можно буквально по пальцам пересчитать. Из атомов углерода, водорода, азота и кислорода люди способны создать материал для конструирования большинства живых организмов в природе и огромного количества объектов неживой природы (например, из этих четырех атомов состоит большинство пластмасс).

Мы знаем, что атомы очень маленькие, но насколько? Измерьте при помощи линейки обычный атом (оставьте на секунду мысли о том, что это за линейка и как вы будете ее держать), она покажет вам результат – 0,25 нанометра (0,25 миллиардной доли метра). Представить себе такую величину сложно, но попробуем. Если вы возьмете миллиметр (тысячную часть метра) и разделите его на миллион равных частей, а затем такую часть разделите еще на четыре части, то получите размер атома. По-прежнему не можете себе это вообразить? Попробуйте вот что.

На Земле живет около 7 млрд человек. Если бы люди были атомами и встали друг другу на голову, они достигли бы высоты среднего человеческого роста. Вот насколько мал атом.

Мы еще встретимся, мистер Бонд

Одно вещество или материал отличают от другого не только составляющие его атомы, но и характер связей между ними. Одна из самых ярких иллюстраций тому – самое известное и распространенное вещество на Земле: вода. Точно так же, как атомы являются мельчайшими составляющими различных химических элементов (как, например, серебро или золото), молекулы – строительные блоки более сложных объектов. Соедините несколько атомов, и вы получите молекулу. Если вы соедините два атома водорода с одним атомом кислорода, то получите молекулу воды (Н₂О). Если вы поместите несколько секстиллионов молекул воды на кончик своего пальца, то увидите на нем маленькую каплю. Переместите ее в холодильник – и вы получите микроскопическую льдинку. А если вы стряхнете и каплю, и льдинку в чайник и включите его, то получите маленькое облачко пара. Одни и те же атомы, одни и те же молекулы – но совершенно разные субстанции.

Почему? В льдинке молекулы располагаются в непосредственной близости друг от друга и связаны между собой прочнее, хотя и сохраняют определенное движение. В горячей воде расстояние между молекулами значительно больше, и они могут скользить одна по другой: потому-то вода и текуча. В паре молекулы расходятся на большое расстояние и быстро двигаются, как гоночные автомобили. Или так: кусочек льда благополучно лежит в стакане с газировкой и никуда не двигается. Опрокиньте ведро воды – и в вашей комнате образуется лужа, которая растечется от стены до стены. А пар, поднимающийся над кастрюлькой с кипящей водой, может быстро заполнить всю кухню. Налейте литр воды в пластиковую бутылку и заморозьте ее в холодильнике. Бутылка немного расширится (вода при замерзании увеличивается в объеме). Разморозьте бутылку, вылейте воду в кастрюльку и вскипятите ее. Пар от такого количества воды заполнит всю комнату. Дело в том, что пар занимает объем в 1600 раз больший, чем та же масса воды. Это всё, что вам нужно знать для того, чтобы понять, почему если оставить чайник кипящим всего лишь на несколько минут, то ваша кухня из-за пара будет выглядеть как прачечная. А теперь представьте, что тот же трюк можно проделать с обычным облаком. При этом образуется огромная масса холодной воды, которой будет достаточно для того, чтобы заполнить олимпийский плавательный бассейн ^[82].