Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движение. Сила - [76]
5) На основании п. 4 скажите приблизительно, сколько атомов должно быть в 1 кг водорода (около 11 м3 при атмосферном давлении).
6) Сейчас существуют совершенно другие способы определения массы атома водорода (косвенные, но надежные, использующие электрический заряд электрона или некоторые измерения радиоактивности). Они дают:
МАССА АТОМА ВОДОРОДА = 1,66∙10>-27 кг.
Предположите, что правильно это значение, и проделайте вычисление в обратном порядке. Что теперь можно сказать о форме молекулы пальмитиновой кислоты? Были ли допущения >1/>10 и> 1/>5 близки к истине?
(Примечание. Проделать детально всю работу в обратном порядке может оказаться утомительным. Можно ограничиться сокращенными выкладками.)
Задача 7. Цепные молекулы
Измерения с помощью бруска и весов, подобные описанным в задаче 6, дают следующие оценки для длины молекул нескольких членов ряда жирных кислот. Длина дается в специальных единицах (часто используемые в атомной физике единицы Ангстрема, равные 10>-10 м).
(Примечание. Указанное число групп включает первый атом углерода с тремя атомами водорода.)
Подтверждают ли эти опыты идею о цепных молекулах? Проанализируйте их о помощью графика.
Физическая проверка химической картины
Только плохой преподаватель льстит себя надеждой, что способен объяснить, что такое молекулы масла, с помощью одних разговоров о «цепях связей» или «ворсе бархата» в тонких пленках. Однако если после вычислений, подобных приведенным выше, у вас появилось чувство, что вы что-то понимаете, то вы делаете гениальные успехи в науке. Использованные нами структурные формулы были остроумными догадками, сделанными по косвенным химическим соображениям. Они оставались совершенно непроверенными, пока метод Рэлея не дал в высшей степени удовлетворительное подтверждение существования длинных тонких молекул с одинаковым увеличением длины на каждую группу СН>2.
Все же рассуждения Рэлея допускали определенный риск; были желательны независимые измерения. В наше время еще более тонким средством измерения размеров молекул стали рентгеновские лучи. Превращая масла в воски путем замораживания, мы можем заставить слои молекул в кристаллах отражать рентгеновские лучи и по отражению рентгеновских лучей можем определить расстояние между слоями (или размер молекул), подобно тому как физики во времена Рэлея могли определить расстояние между жилками на крыльях бабочки по цветам отраженного света[84].
Некоторое понятие об этих «эффектах дифракционной решетки» будет дано в последующих главах. Рентгеновские измерения с удовлетворительной точностью подтвердили догадку Рэлея и дали дополнительные сведения о размерах и строении молекул.
Если теперь вернуться к вопросам смачивания и водонепроницаемости, то можно оценить количества веществ, требуемые для придания материалу нужных свойств. Вероятно, достаточен слой толщиной в одну молекулу, поэтому потребные количества минимальны. О мономолекулярных слоях уже думают как о реальных, знакомых вещах. Они слишком тонки, чтобы их видеть с помощью обычного света, хотя их можно обнаружить с помощью рентгеновских лучей или дифракции электронов. Однако Блоджетт разработал метод, в котором наносится слой за слоем на стеклянную пластинку, причем осаждаются сразу по два слоя, когда пластинку погружают в воду с плавающим мономолекулярным слоем. Погружение повторяют до тех пор, пока толщина не может быть измерена обычными приборами, которыми измеряют толщину бумаги, и не будут осуществлены, наконец, прямые измерения. (Такие пленки представляют собой ранний способ, нанесения на стекла покрытий, уничтожающих блики, — просветление оптики. Линзы современных фотоаппаратов имеют покрытие, нанесенное другим методом — испарением в вакууме.)
Эту главу мы начали с простых наблюдений и ввели некоторые наименования, затем позаимствовали идеи о молекулах и сделали некоторые предварительные предположения. Потом провели дополнительные опыты и пришли к разнообразным результатам, простирающимся от сугубо практических вещей, вроде мыльной пены и чистки обуви, до измерения длины молекулы.
Сейчас физика и химия поверхностей образуют самостоятельную отрасль науки.
Глава 7
Сила и движение
— Эх, вы! — сказал Слоненок. — Много вы смыслите в тумаках! Вот я в этом деле кое-что понимаю. Хотите, покажу?
И он развернул свой хобот, и тотчас же два его милых братца полетели от него вверх тормашками.
— Клянемся бананами! — закричали они. — Где это ты так навострился и что у тебя с носом?
— Этот нос у меня новый, и дал мне его Крокодил…, — сказал Слоненок.
— Безобразный нос! — сказал волосатый, мохнатый дядя Павиан.
— Пожалуй, — сказал Слоненок. — Но полезный! И он схватил волосатого дядю Павиана за волосатую ногу и, раскачав, закинул в осиное гнездо.
Редъярд Киплинг, «Вот так сказки»
Это длинная и трудная глава, отчасти даже противная, но важная и очень нужная. Ее, может быть, придется читать несколько раз и крепко задумываться, но без этой главы вы мало что поймете в астрономии или в атомной физике, которым уделено важное место в нашем курсе.
Если изучение движения, которому посвящена эта глава, покажется вам трудным, подумайте о том, как много времени потребовалось на это человечеству. Греческие ученые хорошо знали, что такое рычаги и простые машины, и разбирались в простых физических явлениях вроде плавания тел, но в том, что касается движения, у них не было ясности. И еще три или четыре столетия назад оставалось много неясного. Человечеству потребовалось шестнадцать столетий, чтобы прийти к пониманию движения, поэтому вам следует набраться терпения и потратить на изучение движения несколько недель.
