Представьте себе, что вы попали в сказочную страну, где господствуют роботы. У них есть свои жилища, развлекательные центры и даже кафе. Вы наверняка удивились бы, услышав заказ одного из роботов: «Намажьте хлеб вот этим металлом. Налейте мне, пожалуйста, один стакан ещё этого металла. указал робот на сосуд, стоящий на витрине. А также я хочу полстакана моего любимого газа. Из экологических соображений, пусть эти лакомства будут поданы мне в посуде из воды».
Удивительный заказ, не правда ли?
«Что же тут удивительного?» – скажете вы. В сказках и не такое бывает.
– Согласен с вами, но, тем не менее, осмелюсь утверждать, что заказ робота вполне выполним в реальной жизни. Давайте разберёмся как это возможно.
Агрегатные состояния вещества
При определённых условиях большинство веществ может пребывать в одном из состояний: твёрдом, жидком и газообразном. На земле существует особое вещество – вода, которая может пребывать во всех состояниях одновременно, причём в естественных условиях:
· в жидком (вода)
· твёрдом (лёд);
· газообразном (пар).
Но как такое возможно, ведь в каждом состоянии вещество состоит из тех же атомов и молекул? Что изменяется при переходе из одного состояния в другое?
Газы
Возьмём, к примеру, воздух, которым мы дышим. Он состоит из смеси различных газов: кислорода, углекислого газа, водяного пара и ещё множества других газов, в малых концентрациях.
Из жизненного опыта мы знаем:
1. Газ прозрачен.
2. У газа нет постоянного объёма и формы.
3. Газы летучие, они легко перемешиваются (явление диффузии), поэтому быстро распространяются по всему объёму.
4. Если газу предоставить пустой сосуд, он быстро заполнит весь его объём.
Почему у газов такие странные свойства?
Оказывается – всё дело в его строении. Как и любое вещество, газ состоит из молекул, которые очень быстро двигаются. Движение молекул хаотично. Они постоянно сталкиваются между собой, в результате этого меняют направления, но никогда не остаются на месте. Пространство между молекулами газа, по сравнению с их размерами, очень велико. Поэтому газы прозрачны, поддаются большому сжатию. Вспомните детские шары, которые легко сжимаются и меняют форму.
Жидкости
Строение жидкостей очень похожее на газы: молекулы хаотично двигаются. Пространство между молекулами гораздо меньше, чем у газов, но достаточно большое чтобы наполняться растворимыми веществами. Жидкости, как и газы, легко перемешиваются. На этом сходства, пожалуй, заканчиваются.
Отличия:
1. Жидкости сохраняют свой объём, плохо сжимаются.
2. Жидкость набирает форму сосуда, в который её налито.
3. Жидкость гораздо тяжелее любого газа.
4. При нагревании до температуры кипения жидкости превращаются в газы (испаряются).
Аморфные тела
По строению очень похожи на жидкости, но в естественных условиях их свойства напоминают больше свойства твёрдых тел.
Свойства:
1. Сохраняют форму и объём, но форма легко меняется под внешним воздействием.
2. Имеют свойства текучести, но процесс этот в тысячи раз медленнее, чем у жидкостей.
3. При нагревании переходят в жидкое состояние.
Примеры аморфных тел: пластилин, смолы, сливочное масло, пластик, стекло и другие.
Твёрдые кристаллические тела
Для этих веществ характерно особое строение. Атомы твёрдых тел образуют очень прочные связи между собой и размещаются не хаотично, а образуют кристаллические решётки. Разрушить такую решётку очень трудно. Атомы расположены очень близко друг к другу и занимают чётко определённые места. Они не могут свободно перемещаться, так как удерживаются силами притяжения.
В твёрдых телах атомы движутся, но движение их ограничено пределами их размещения. Для описания этого движения больше подходит слово «колебание».
Свойства:
1. Твёрдые кристаллические тела сохраняют форму и объём.
2. Для изменения формы и объёма необходимо приложить очень большие усилия.
3. Диффузия очень медленная, но ускоряется при нагревании.
4. При достижении температуры плавления твёрдые тела плавятся, то есть, переходят в жидкое состояние.
Примеры кристаллических тел: каменная соль, алмазы, почти все металлы, находящиеся в естественных условиях.
Кстати, о металлах: они отличные проводники электрического тока и тепла. Если я попрошу вас назвать металл, не задумываясь, большинство из вас (99%) назовёт железо (сталь). И это не удивительно, ведь этот металл встречается на каждом шагу.
С большой вероятностью вы назовёте другие названия металлов, примерно в таком порядке:
· алюминий;
· медь;
· цинк;
· свинец;
· олово;
· золото:
· серебро;
· платина.
Я почти уверен, что никто из вас не вспомнит о ртути. А ведь это тоже металл, но в жидком состоянии. Вряд ли вы к приведённому списку добавите редкоземельные металлы. А всё потому, что они редко встречаются на вашем пути.
Вот почему у вас вызвало недоумение выражение: «Налейте стакан металла». Ведь слово металл ассоциировалось у вас с понятием «железо», «сталь», но никак не с ртутью. По крайней мере, у большинства из вас.
Поскольку ртуть – это жидкий металл, её можно спокойно налить в стакан, даже сделанный изо льда (как мы уже знаем – лёд – состояние воды, кстати, кристаллическое). То есть наш мифический робот ничего удивительного не сказал, просто мы, поначалу, неправильно поняли его.
Если кто-то из вас держал в руках металл калий, то вы заметили, что он мягкий как охлаждённое сливочное масло. Его запросто можно намазать на хлеб! Разумеется, такой бутерброд ни в коем случае нельзя даже пробовать на вкус, а то последствия будут для вас катастрофическими. Оставьте этот бутерброд мифическому роботу – ведь это он его заказывал.
Ну, и наконец, о том, как налить полстакана газа. Возможно ли это, ведь газ занимает полный объём сосуда!
Оказывается и это возможно, но с условием, если этот газ будет тяжелее воздуха, например двуокись углерода. В таком случае газ опустится на дно, а воздух не даст ему подняться. Разумеется, через некоторое время произойдёт диффузия, и газ смешается с воздухом, заполнив весь объём. Но в течение 15 минут он точно не улетучится.