Движение молекул - [3]
В нашей книжке, однако, мы будем рассматривать такие свойства тел и такие их изменения, при которых сложное устройство молекул никак не сказывается. Поэтому мы будем молекулы представлять себе в виде очень маленьких твёрдых шариков, не задумываясь о том, как они устроены.
Рис. 2. Так выглядят в электронном микроскопе молекулы одного сложного химического соединения.
Несмотря на то, что молекулы нельзя увидеть даже в самый сильный из обычных микроскопов, учёные нашли способы с полной достоверностью доказать их существование. А в недавнее время удалось построить замечательный прибор — электронный микроскоп, который увеличивает настолько сильно, что с его помощью можно увидеть и отдельные молекулы! На рисунке 2 изображена сделанная при помощи электронного микроскопа фотография молекул одного сложного химического соединения. Правда, такие молекулы являются гигантами в мире молекул. Обычно же молекулы настолько малы, что и в электронный микроскоп мы не можем их увидеть.
Каковы же свойства молекул?
«Первым и самым важным из прирождённых свойств материи является движение», — писали около 100 лет тому назад Маркс и Энгельс. Молекулы не находятся в покое, а непрестанно движутся.
Очевидно, и частицы воздуха, беспорядочно двигаясь, непрерывно ударяются, как бы обстреливают наши тела. Почему же мы не чувствуем этих ударов? Объяснение очень простое: молекулы, как мы знаем, чрезвычайно малы и легки, и наши органы чувств не воспринимают слабых ударов отдельных молекул. Не чувствуем же мы увеличения тяжести надетой на голову шляпы, когда на неё сядет комар. А комар состоит из многих миллиардов молекул!
Другое дело, если быстро движущаяся молекула ударяется об очень небольшую частицу, по размерам сравнимую с ней. В этом случае удар уже не пройдёт бесследно для частицы.
Каждый из вас не раз видел, конечно, как солнечный луч, попадая в тёмную комнату через щель ставня или неплотно задёрнутую штору, пронизывает воздух и делает видимым множество находящихся в нём мельчайших пылинок. Какое беспорядочное движение можно наблюдать при этом! Пылинки причудливо мечутся и кружатся, напоминая рой мошек в тёплый летний вечер. Такое же беспорядочное движение можно увидеть, если, вооружившись микроскопом, присмотреться к частичкам дыма обычной папиросы. И такое же причудливое движение совершают мельчайшие частицы, если поместить их в жидкость. Сложные запутанные узоры выписывают, например, частицы цветочной пыльцы, высыпанной в воду.
Пылинки неутомимы в своём движении! Сколько бы времени ни наблюдать — час, день, неделю, — пылинки с одинаковым усердием будут продолжать свою бесконечную пляску. В чём причина этого движения? Что заставляет частицы постоянно изменять свой путь, неожиданно бросаться в сторону, как будто наскочив на невидимое препятствие?
На первый взгляд, ответ очень прост: ведь окружающий нас воздух никогда не бывает полностью спокоен. Даже когда нет ощутимого ветра, и тогда движутся навстречу друг другу и взаимно перемешиваются потоки тёплого и холодного воздуха. Такие же тепловые потоки наблюдаются и в воде, нагретой в одном месте больше, чем в другом.
Не эти ли потоки, сталкиваясь друг с другом и взаимно перемешиваясь, заставляют пылинки двигаться? Ну, что же, это можно проверить! Возьмём стакан с водой, к которой подмешана цветочная пыльца, обмотаем его ватой, чтобы защитить и от нагревания и от охлаждения, и поставим на стол вдали от окна. Пройдёт несколько часов или, если хотите, дней, и вся жидкость сделается одинаково нагретой — тепловые потоки в ней исчезнут. Вероятно, и наши пылинки, не подгоняемые более, не движутся. Но вооружимся микроскопом, и мы снова увидим, что среди пылинок царит прежнее оживление; как и раньше, они беспорядочно мечутся, подгоняемые какой-то неведомой силой.
Значит, не перемешивание жидкости или газа, вызванное разной нагретостью его отдельных слоёв, — причина движения пылинок.
Поищем другое объяснение загадочного движения пылинок. Не мы ли с вами сами являемся причиной этого движения? Ведь стакан, в котором мы наблюдаем движение, стоит на столе, и мы, двигаясь по комнате, закрывая и открывая двери, непрерывно сотрясаем стол. А когда мы неподвижны, это за нас делают проезжающие по улице автомобили, трамваи, автобусы.
Чтобы избежать таких сотрясений, учёные опускались в подземелья, где сосуд с жидкостью находился в полном покое. Но и это не могло успокоить пылинки, они двигались по-прежнему неутомимо!
Что же заставляет их двигаться?
Рис. 3. Так располагаются мельчайшие частички в стакане с водой.
Если присмотреться к описанному опыту, то в глаза бросится обстоятельство ещё более странное, чем движение пылинок.
В самом деле, описанное явление можно наблюдать, подмешав к воде мельчайшие частицы любого вещества, нерастворимого в воде. Это вещество может быть и более тяжёлым, чем вода. В последнего случае частицы должны были бы потонуть и собраться на дне стакана. Однако, если мы проделаем такой опыт, например, с глиной, то убедимся, что частицы, вместо того чтобы упасть на дно стакана, расположатся так, как это изображено на рисунке 3. Внизу их будет больше, наверху меньше.
