Текст книги "Все обо всем. Том 3"

Автор книги: Аркадий Ликум

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 32 страниц)

Что такое материя?

Все, что занимает хоть какое-нибудь пространство в любом месте Вселенной, называется материей. Существует три состояния материи: твердое, жидкое и газообразное. Материя также делится на органическую и неорганическую. Растения, животные, люди являются образцами живой материи. Дрова, одежда из хлопка и шерсти, гречневая крупа также относятся к ней, ибо когда-то они являлись частью какого-то живого существа. Все остальное: железо, медь, стекло, вода, воздух и т. д. – представляет собой неорганическую материю.

Любая материя, вне зависимости от ее формы или состояния, состоит из атомов. Сами же атомы в своем составе имеют центральное ядро и вращающиеся вокруг него электроны. Электроны – это маленькие, находящиеся в постоянном движении частички электричества. Хотя атомы настолько малы, что человеку даже не под силу представить себе их размеры, тем не менее между ядром и электронами имеется значительное пустое пространство. По объему оно намного превышает суммарный объем частиц, из которых построен атом.

Таким образом получается, что материя на самом деле представляет собой в основном пустоту! Неважно, будь то человек или кирпичная стена. Если бы из вас удалить все пустое пространство, оставив лишь саму твердую основу, то вы бы уменьшились до размеров крошечной таблетки. Если бы все атомы были одинаковыми, то в мире существовал бы лишь один вид материи. Однако их существует более ста разновидностей, каждая из которых отдельно от других образует простейший вид материи, называемый элементом. Золото, железо, йод, кислород, медь вчистом виде представляют собой отдельные элементы.

Материя, построенная из комбинаций различных атомов, соединяющихся друг с другом прочными связями, называется веществом. Малейшая частица вещества называется молекулой. Чем ближе друг к другу располагаются атомы и молекулы, тем более «плотным» является данный вид материи. Чем плотнее материя, тем она тяжелей. Поэтому, например, золото тяжелей древесины. Материя может переходить из одного состояния (твердого, жидкого или газообразного) в другое. Ее нельзя полностью уничтожить, однако можно превратить в энергию.

Каковы размеры молекул?

Молекула – это мельчайшая частичка вещества, которая может существовать отдельно и при этом сохранять его свойства. Например, если вы каким-либо образом разрушите молекулу сахара и она распадется на составляющие ее элементы, то они не будут обладать свойствами сахара, в том числе цветом и вкусом. Простые молекулы, например молекулы большинства газов, состоят из двух-трех атомов. А у некоторых газов, таких как гелий и неон, – вообще из одного. Однако существуют и такие, которые имеют в своем составе тысячи атомов, соединенных друг с другом в сложной последовательности. Часто бывает, что молекулы содержат несколько одинаковых атомов. Например, молекула воды состоит из двух атомовводорода и одного – кислорода.

Молекула чистого природного каучука, из которого получают резину, состоит примерно из 75 000 атомов углерода и 100 000 атомов водорода. Так что, как видите, молекулы различных веществ сильно отличаются по своей величине. Так, размер молекулы воды измеряется миллиардными долями сантиметра. Молекула резины в тысячи раз больше. Форма молекул может быть так же самой разной: одни из них свернуты в клубочек, напоминающий футбольный мяч, а другие представляют собой длинные нити. Практически невозможно наглядно представить себе истинные размеры молекул. Всего лишь в 10 куб. см льда содержится более 300 миллионов миллиардов молекул (если записать это число цифрами, то получится тройка, после которой 20 нулей). Вдобавок не следует забывать, что большую часть этого куска льда занимает пустое пространство.

Можно ли взвесить молекулу?

Вес молекулы определяется учеными по относительной шкале. Он зависит от веса атомов, из которых она состоит. Вес атомов, в свою очередь, определяется количеством элементарных частиц – протонов и нейтронов, находящихся в ядре атома. Вес каждой из этих частиц по относительной атомной шкале равен единице. Возьмем молекулу воды, состоящую из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Водород является самым простым элементом, в ядре которого имеется лишь один протон, и поэтому его атомный вес равен единице. Атом кислорода содержит в своем ядре 8 протонов и 8 нейтронов. Следовательно, его вес равен 16 единицам по относительной шкале. Чтобы определить вес молекулы воды, надо сложить вес всех трех атомов. Проделав эту операцию, мы получим в ответе 18 единиц по относительной атомной шкале весов.

Что такое воздух?

Воздух окружает нас со всех сторон. Каждая щель, дырка, вообще любое пространство, не занятое ничем другим, заполнено воздухом. Каждый раз, делая вдох, вы заполняете воздухом свои легкие. Несмотря на то, что вы не видите воздуха, не можете попробовать его на вкус или осязать (во всяком случае в безветренную погоду), воздух отнюдь не является пустотой. Воздух представляет собой часть окружающей нас материи. Материя может быть твердой, жидкой или газообразной. Воздух почти всегда находится в газообразном состоянии. Однако воздух нельзя назвать газом, потому что в действительности он состоит из смеси определенных газов. Причем на два из них приходится 99 процентов от всего объема воздуха. В любом месте на Земле воздух состоит на 78 процентов из азота, а на 21 процент – из кислорода.

Кроме того, в нем всегда присутствует небольшое количество углекислого газа, выделяемого при дыхании живыми существами, в том числе и человеком. Остаток – менее одного процента – занимают редкие газы: аргон, гелий, криптон, ксенон и другие. Огромный воздушный океан простирается на много километров вверх над поверхностью Земли. Поскольку воздух является материей, сила земного притяжения удерживает его возле поверхности, не давая раствориться в космическом пространстве. Таким образом, хотя мы и не ощущаем этого, у воздуха есть вес. Он проявляется в давлении, которое воздух оказывает на наше тело со всех сторон.

То же самое произошло бы с вами, если бы вы очутились на морском дне, с той лишь разницей, что на вас давил бы не воздух, а вода. Если подняться над поверхностью Земли, например, взобраться на высокую гору или взлететь на самолете, то можно обнаружить, что по мере удаления от нее давление воздуха уменьшается. На высоте примерно в 13 км оно в 8 раз меньше, чем над уровнем моря. Ну а на высоте более 30 км оно практически отсутствует.

Что такое элементы?

Вся материя состоит из элементов. Элементы – это вещества, состоящие из атомов только одного вида. Многие элементы имеют сходство друг с другом, иногда даже весьма значительное, однако среди них нет двух абсолютно одинаковых. Например, водород и гелий оба являются газами без цвета, запаха и вкуса. Однако водород легче, чем гелий. Он горит в присутствии кислорода, а гелий – нет.

Элементы отличаются друг от друга атомным весом. Одни из них в обычных условиях являются твердыми веществами, другие – жидкостями, третьи – газами. При нагревании или охлаждении многие из них (почти все) могут переходить из одного состояния в другое. Некоторые элементы растворяются в воде, другие – нет. Эти и многие другие характеристики элементов называются их физическими свойствами. Элементы могут взаимодействовать друг с другом (за единичными исключениями), образуя различные вещества. Подобные взаимодействия называются химическими реакциями. Способность элемента вступать в ту или иную реакцию определяется его химическими свойствами.

В соответствии со своими физическими и химическими свойствами все элементы разделены на несколько групп. В них входят элементы с похожими свойствами. Эти группы все вместе составляют периодическую таблицу элементов Д. И. Менделеева. Она названа так в честь русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева, которому принадлежит идея создания этой таблицы. Порядок расположения элементов в таблице Д. И. Менделеева определяется их порядковым атомным номером. Порядковый номер элемента зависит от числа протонов – положительно заряженных частиц – в ядре атома данного элемента. Атом водорода содержит всего один протон и поэтому занимает в периодической таблице первое место. Некоторые элементы были названы в честь великих ученых, например, эйнштейний (Эйнштейн). Другие – в честь стран или определенных областей на земном шаре: германий (Германия), рутений (Россия), калифорний (Калифорния), скандий (Скандинавия). Третьи получили название благодаря своим особым свойствам: индий (из-за его ярко-синего цвета – цвета индиго). Множество элементов хорошо знакомы каждому: медь, железо, свинец, серебро, золото, алюминий, сера, ртуть, йод и многие другие.

Что такое металл?

Не так-то легко дать точный ответ на вопрос: «Что такое металл?» С точки зрения физических свойств, металл – это вещество, обладающее ярким блеском и хорошей проводимостью тепла и электричества. Однако эти свойства могут иметь и вещества, отнюдь не являющиеся металлами. Металлы сильно отличаются друг от друга по твердости, плотности, ковкости и тягучести. (Ковкость означает способность обрабатывать металл кузнечными молотами или прессами, а тягучесть – вытягивать его в проволоку.) У каждого металла имеется определенная температура плавления, а также способность образовывать сплавы с другими металлами.

При обычной комнатной температуре все металлы, кроме ртути, являются твердыми веществами. Некоторые металлы (например, золото) удается иногда найти в природе в чистом виде, однако большинство из них существует в естественных условиях только в виде соединений с другими элементами. Чаще всего они встречаются в виде сульфидов, оксидов, карбонатов и силикатов, обычно с примесями гранита и других горных пород. Многие металлы находят в рудах в комбинациях друг с другом. К ним относятся свинец, цинк, железо, медь, хром, никель и другие.

Некоторые из металлов настолько редки в природе, что для получения совсем небольшого количества, например, чистого радия рения, требуется переработать иногда десятки тонн руды. Отрасль промышленности, занятая получением чистых металлов и их сплавов из природного сырья, называется металлургией. Многие металлы в чистом виде обладают свойствами, мешающими использовать их для той или иной цели. Вот почему большинство из них применяется в виде сплавов или химических соединений. Например, чистое железо обладает недостаточной твердостью.

Поэтому, как правило, оно используется в виде стали, являющейся его соединением с углеродом, часто с добавками другихметаллов: хрома, вольфрама, ванадия и т. д. Некоторые металлы необходимы для существования живых существ. К ним относятся железо, кальций, натрий, магний и калий. Даже медь, алюминий и марганец, правда, совсем в крошечных количествах, требуются для нормального развития организма.

Что такое зыбучие пески?

Во многих местах на земном шаре люди веками жили в страхе перед зыбучими песками. Им приписывалась таинственная способность засасывать жертву, пока от нее не останется и следа на поверхности земли. В действительности, зыбучий песок не обладает подобной силой. Если знать, что это такое и как себя на нем надо вести, то он непричинит никакого вреда. Что же такое зыбучий песок, или, как его еще называют, плывун? Это светлый, рыхлый песок с большим содержанием воды. На вид он не отличается ничем от обычного песка, находящегося рядом с ним.

Однако между ними все же существует разница: плывун не является опорой для тяжелых вещей. Обычно плывуны появляются возле устья больших рек и на пологих берегах. Под ними находится слой вязкой, плотной глины, не пропускающей влагу внутрь земли. Поэтому вода дождевая и восновном речная накапливается в нем. В отличие от обычных песчинок, имеющих неправильную или заостренную форму, песчинки плывунов являются маленькими кругленькими шариками. Скапливающаяся под ними вода разжижает песок, и песчинки как бы всплывают в ней. Именно поэтому они и не способны удержать на поверхности тяжелые объекты.

Плывун не обязательно должен быть песчаным. Для него годится любая рыхлая почва, смесь песка и ила или того же ила с мелкой галькой. Люди, попадающие на плывун, вовсе не тонут в нем. Так как в нем содержится много влаги, то они могут плыть в нем, точно так же, как в воде. К тому же зыбучий песок плотнее воды и поэтому в нем легче держаться на поверхности. Надо помнить, однако, что, попав на плывун, следует двигаться достаточно медленно. Это дает возможность песку обтекать ваше тело, как бывает, когда вы плывете в воде. В этом случае у вас не будет основания опасаться за свою жизнь.

Что такое радиоактивные осадки?

Пыль, поднимающаяся в воздух в результате ядерного взрыва – испытания ядерного оружия или аварии на атомной электростанции – и затем оседающая на землю, называется радиоактивными осадками. Эта пыль заражает все вокруг именно потому, что она является радиоактивной. Это означает, что она содержит в себе определенные виды атомов, подвергающихся самопроизвольному распаду. При распаде каждого из этих атомов выделяется маленькое количество энергии и материи – это явление называется радиацией.

При ядерном взрыве возникает сильная взрывная волна, выделяется большое количество тепла и образуется множество радиоактивных атомов. Эти атомы смешиваются с частичками почвы, которые, будучи поднятыми в воздух силой взрыва, образуют многотонное радиоактивное пылевое облако. Через некоторое время эта пыль оседает на землю в виде радиоактивных осадков. Самые тяжелые частички из этого облака падают на землю в первые минуты или часы после взрыва. Однако легкие задерживаются в атмосфере на более длительное время. Ветер может носить их вокруг земного шара в течение месяцев и даже лет. В конце концов они все равно неизбежно возвращаются на поверхность земли вместе со снегом, дождем или туманом.

Радиоактивные осадки, попавшие на кожу человека, можно смыть водой. Однако если частички радиоактивной пыли попадают внутрь организма, то они могут находится там долгие годы. Они проникают в тело вместе с воздухом, водой и пищей. Причем последний путь является наиболее распространенным. Радиоактивная пыль оседает на листьях и плодах, заражает почву, из которой радиоактивные атомы через корни поступают внутрь растений. Если даже эти растения не употребляются в пищу человеком, они могут поедаться животными, чье мясо, в свою очередь, едят люди или другие звери. Попав внутрь организма, радиоактивные атомы излучают радиацию, разрушающую живые клетки или, по крайней мере, ослабляющую их защиту против всевозможных болезней.

Что такое гипс?

Использование гипса людьми растет такими темпами, что за последние годы его производство в мире удвоилось. Благодаря тому, что гипс прекрасно противостоит огню и воде, к тому же плохо пропускает холод и тепло, его в больших количествах используют при строительстве для облицовки стен. Кстати, гипсовые блоки и кирпичи можно распилить и прибивать, как деревянные доски. Смесь гипса с небольшим количеством цемента и некоторых других компонентов образует легкий строительный материал, называемый штукатуркой. Он широко используется при возведении современных зданий. Что же такое гипс? Гипс – это минерал, представляющий из себя сульфат кальция, смешанный с водой.

Существует полупрозрачная разновидность гипса, называемая селенит, и другая, отличающаяся особым блеском, известная как алебастр. Гипс добывается из толстых пластов, залегающих под землей на различной глубине: одни возле самой поверхности, другие гораздо глубже. В американском штате Техас были найдены пласты гипса толщиной более 100 метров, занимающие площадь в сотни квадратных километров. Гипс применяется в качестве строительного материала и для оштукатуривания стен и потолков со времен древнего Египта.

Употребляемый сам по себе или в смеси с песком или известью гипс превращается в лепные украшения, облицовочные плитки или отделочную штукатурку. Из него можно делать кирпичи или даже целые блоки для стен. Из гипса создаются декорации для фильмов и спектаклей, его используют в своей работе скульпторы, хирурги идантисты. Гипс является дешевым сырьем, и его запасы найдены практически повсюду вмире.

Что такое шифер?

Миллионы лет назад частички мелкозернистой глины оседали на дно озер и внутренних морей, образуя мягкий ил. Потом он затвердевал, превращаясь в глинистые сланцы. В то время в земной коре происходили постоянные перемещения, в результате которых на пластах глинистых сланцев, покрытых другими горными породами, появлялись складки. Давление верхних слоев на те пласты было столь значительным, что оно спрессовывало их в материал, известный нам под названием шифер. Частички глины оседали на дно озер и морей равномерными слоями, которые продолжали сохраняться даже после того, как сланцы превратились в шифер. Благодаря этому, сегодня мы можем разделять его на тонкие широкие пластины.

Как правило, шифер имеет темно-серую и черную окраску, хотя он может быть и красным, зеленым или светло-серым. Преимущественно черный цвет объясняется тем, что живые организмы, существовавшие в первоначальном иле, отмирая, разлагались, образуя вкрапления в пласты глины в виде мелкой крошки угольной пыли. Шифер можно обнаружить только в тех районах земного шара, где породообразующее давление и сдвиги в земной коре оказали активное влияние на древние пласты глинистых сланцев. Шифер используется человеком довольно широко. Главная область его применения – строительство, где он служит в качестве кровельного материала для крыш домов и зданий всех видов.

Что такое пыль?

Пыль образуется крошечными твердыми частичками, находящимися в воздухе во взвешенном состоянии. Пыль, как правило, поднимается с земли ветром, затем носится в воздухе под воздействием воздушных течений, пока вновь не осядет на поверхность под влиянием земного притяжения или вместе с дождеми снегом. Источники пыли могут быть самые разные. Она появляется в результате выветривания почвы, выбрасывается из кратеров вулканов при извержениях, содержится в выхлопных газах автомобилей и других транспортных средств и даже в океанских брызгах. Возможно, последний из перечисленных источников – океан – покажется вам сомнительным. В самом деле, как может океанская вода служить источником пыли?

Однако, знаете ли вы, что каждый год из океана в земную атмосферу попадает 2 000 000 000 тонн различных солей? Вода, испаряясь, превращается в водяной пар, а химические элементы, содержащиеся в океанской соли, остаются в воздухе. Наверняка каждый из вас слышал выражение пыльная буря. Она случается в районах, в которых из-за засухи погибла естественная растительность. Во время такой бури тысячи тонн пыли поднимаются в воздух и переносятся на расстояние до 3000 км, а то и больше!

Например, во время пыльной бури, бушевавшей в юго-западной части Соединенных Штатов в 1933 году, в Новой Англии (северо-восточный район США) на каждый квадратный километр выпало около 10 тонн пыли. Пыль, поднявшаяся в результате бури в великой африканской пустыне Сахаре, долетела до Лондона и других европейских городов! Вообще, в атмосфере постоянно содержится огромное количество пыли. На территорию Соединенных Штатов ежегодно оседает около 43 000 000 тонн пыли и из них примерно 13 000 000 тонн благодаря деятельности человека.

Загрязнение воздуха пылью является одной из причин грязевых облаков – смога – висящих над крупными городами. В настоящее время во всех развитых странах существуют специальные системы по борьбе с этим злом, причиняющим ущерб здоровью людей и окружающей природе.

Из чего сделано молоко?

Многие люди считают молоко едва ли не самым лучшим продуктом из тех, которые мы употребляем в пищу. Узнав, сколько полезных для вашего организма веществ содержится в нем, вы поймете, почему это так. Одной из главных составляющих молока является белок, необходимый для укрепления мышц и восстановления их после тяжелой работы. Другой – жир, вместе с которым в ваше тело поступает энергия. Этот жир, как легко догадаться, называется молочным. Если в молоке имеются глобулы (маленькие, имеющие форму шара, частички жира), то из него можно делать масло. В молоке также содержится сахар – углеводород, являющийся другим источником энергии. Он называется лактоза. Он не столь сладок на вкус, как сахар, получаемый из тростника или сахарной свеклы, зато легче, чем все остальные, усваиваемые организмом человека.

Молоко снабжает организм и важными минеральными солями. Они требуются человеку для укрепления костей и производства свежей крови. Особенно много содержится в молоке фосфора, кальция, причем последнего в нем больше, чем в любой другой пище. Кроме того, в молоке присутствует железо, медь, марганец, магний, натрий, калий, хлор, йод, кобальт и цинк. И этот список еще отнюдь не полон! Молоко обеспечивает нас и многими витаминами. В нем велико содержание витаминов В2, А, В1 и, кроме того, С и D в минимальных количествах. Разумеется, в молоке содержится много воды. Однако примечателен тот факт, что несмотря на то, что молоко – жидкий продукт, в нем на каждый литр приходится 110 г твердого вещества.