Чтение онлайн

на главную - закладки

Жанры

Шрифт:

Этот результат очень важен для понимания многих химических явлений. Он означает, что число молекул в данном объёме при определённой температуре и давлении есть нечто такое, что характеризует не какой-либо отдельный газ, а все газы. Наиболее изумительно то, что кинетическая теория не только предсказывает существование такого универсального числа, но и позволяет нам определить его. К этому вопросу мы скоро вернёмся.

Кинетическая теория вещества объясняет — как количественно, так и качественно — законы газов, найденные с помощью эксперимента. Более того, теория не ограничивается газами, хотя наибольшие успехи были достигнуты в этой области.

Газ можно довести до сжижения понижением его

температуры. Падение температуры вещества означает уменьшение средней кинетической энергии его частиц. Поэтому ясно, что средняя кинетическая энергия частиц жидкости меньше, чем средняя кинетическая энергия частиц соответствующего газа.

Поразительная демонстрация движения частиц в жидкостях была впервые дана так называемым броуновским движением, замечательным явлением, которое осталось бы совершенно таинственным и непонятным без кинетической теории вещества. Оно было впервые наблюдено ботаником Броуном, а объяснено лишь спустя 80 лет, в начале этого столетия. Единственный прибор, необходимый для наблюдения броуновского движения, — это микроскоп, притом даже не особенно хорошего качества.

Броун работал с частицами пыльцы некоторых растений, т. е., по его словам, «частицами размером от одной четырёхтысячной до одной пятитысячной доли дюйма в длину».

Далее он рассказывает:

«Проверяя формы этих частиц, погружённых в воду, я наблюдал многие из них в явном движении… Эти движения были таковы, что после многих повторных наблюдений я убедился в том, что они возникают не от потоков в жидкости и не от её постепенного испарения, а принадлежат самим частицам.»

То, что наблюдал Броун, было непрерывным колебанием частиц, взвешенных в воде и наблюдаемых в микроскоп. Это поразительное зрелище!

Существен ли выбор определённых растений для наблюдаемого явления? Чтобы ответить на этот вопрос, Броун повторил эксперимент со многими различными растениями и нашёл, что любые частицы, взвешенные в воде, обнаруживают такое же движение, если только они достаточно малы. Больше того, он обнаружил тот же вид неугомонного, беспорядочного движения у очень малых частиц как органических, так и неорганических веществ. Даже с распылёнными кусочками камня он наблюдал такие же явления (рис. 23–26).

Рис. 23. Броуновские частицы, видимые через микроскоп (Фотография Ж. Перрена)

Рис. 24. Одна броуновская частица, сфотографированная с длительной выдержкой (Фотография Брумберга и Вавилова)

Рис. 25. Последовательные положения, наблюдённые для одной из броуновских частиц

Рис. 26. Путь, усреднённый по этим последовательным положениям

Как можно объяснить это движение? Кажется, что оно противоречит всему прежнему опыту. Наблюдение положения одной взвешенной частицы, произведённое, скажем, через каждые 30 с, обнаруживает фантастическую форму её пути. Удивительно то, что её движение, по-видимому, имеет характер вечного движения. Колеблющийся маятник, помещённый в воду, скоро остановится, если только к

нему не будет приложена некоторая периодически действующая внешняя сила. Существование никогда не ослабляющегося движения кажется противоречащим всему предыдущему опыту. Эта трудность была блестяще объяснена кинетической теорией вещества.

Если мы будем рассматривать воду даже через самый мощный микроскоп, мы не сможем увидеть молекул и их движения, нарисованного нам кинетической теорией вещества. Из этого можно заключить, что если представление о воде как о совокупности частиц и правильно, то величина этих частиц лежит за пределами видимости самых лучших микроскопов. Тем не менее останемся верными теории и предположим, что она представляет последовательную картину реальности. Броуновские частицы, видимые в микроскоп, бомбардируются меньшими частицами, составляющими воду. Если бомбардируемые частицы достаточно малы, то возникает броуновское движение. Оно возникает потому, что эта бомбардировка неодинакова со всех сторон и не может быть уравновешена в силу своего хаотического и случайного характера. Таким образом, наблюдаемое движение есть результат движения ненаблюдаемого. Поведение больших частиц отражает некоторым образом поведение молекул, составляя, так сказать, увеличение столь большое, что оно становится видным через микроскоп. Хаотичный и случайный характер пути броуновских частиц отражает хаотичность пути меньших частиц, которые составляют вещество. Из сказанного мы можем заключить, что количественное изучение броуновского движения может дать нам более глубокое проникновение в кинетическую теорию вещества. Ясно, что видимое броуновское движение зависит от величины невидимых бомбардирующих молекул. Броуновского движения не было бы вовсе, если бы бомбардирующие молекулы не обладали определённым количеством энергии или, другими словами, если бы они не имели массы и скорости. Поэтому неудивительно, что изучение броуновского движения может привести к определению массы молекулы.

Благодаря трудолюбивому исследованию, теоретическому и экспериментальному, были получены количественные результаты кинетической теории. Идея, возникшая при изучении броуновского движения, была одной из тех, что привели к количественным результатам. Одни и те же результаты могут быть получены различными путями, исходя из совершенно различных предпосылок. Тот факт, что все эти методы являются опорой одного и того же воззрения, очень важен, ибо это показывает внутреннюю последовательность кинетической теории вещества.

Здесь мы напомним лишь один из многих результатов, достигнутых экспериментом и теорией. Предположим, что мы имеем один грамм самого лёгкого из всех элементов — водорода — и спрашиваем: сколько частиц в этом грамме? Ответ будет характеризовать не только водород, но и все другие газы, так как мы уже знаем, при каких условиях два газа имеют одинаковое число частиц.

Теория позволяет нам ответить на этот вопрос, исходя из известных измерений броуновского движения взвешенных частиц. Ответ представляет собой поразительно большое число: тройка, за которой следует 23 другие цифры. Число молекул в одном грамме водорода примерно равно:

300000000000000000000000.

Вообразим, что молекулы грамма водорода так возросли по своей величине, что стали видимыми через микроскоп, а их диаметр достиг одной двухтысячной сантиметра, т. е. стал таким же, как и диаметр броуновских частиц. Тогда, для того чтобы тесно уложить их друг возле друга, мы должны были бы взять ящик, каждая сторона которого имеет длину около полукилометра!

Мы легко можем подсчитать массу одной водородной молекулы, разделив единицу на указанное выше число. Ответ даёт фантастически малое число:

Поделиться:
Популярные книги

Егерь

Астахов Евгений Евгеньевич
1. Сопряжение
Фантастика:
боевая фантастика
попаданцы
рпг
7.00
рейтинг книги
Егерь

Бестужев. Служба Государевой Безопасности. Книга четвертая

Измайлов Сергей
4. Граф Бестужев
Фантастика:
попаданцы
аниме
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Бестужев. Служба Государевой Безопасности. Книга четвертая

Убивать чтобы жить 5

Бор Жорж
5. УЧЖ
Фантастика:
боевая фантастика
космическая фантастика
рпг
5.00
рейтинг книги
Убивать чтобы жить 5

Одержимый

Поселягин Владимир Геннадьевич
4. Красноармеец
Фантастика:
боевая фантастика
5.00
рейтинг книги
Одержимый

Мальчик из будущего

Поселягин Владимир Геннадьевич
1. Мальчик из будущего
Фантастика:
героическая фантастика
попаданцы
5.59
рейтинг книги
Мальчик из будущего

Звезда сомнительного счастья

Шах Ольга
Фантастика:
фэнтези
6.00
рейтинг книги
Звезда сомнительного счастья

Кротовский, может, хватит?

Парсиев Дмитрий
3. РОС: Изнанка Империи
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
аниме
7.50
рейтинг книги
Кротовский, может, хватит?

Идеальный мир для Лекаря 5

Сапфир Олег
5. Лекарь
Фантастика:
фэнтези
юмористическая фантастика
аниме
5.00
рейтинг книги
Идеальный мир для Лекаря 5

Плохая невеста

Шторм Елена
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
7.71
рейтинг книги
Плохая невеста

Попаданка в академии драконов 4

Свадьбина Любовь
4. Попаданка в академии драконов
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
7.47
рейтинг книги
Попаданка в академии драконов 4

Наследник чародея. Школяр. Книга первая

Рюмин Сергей
1. Наследник чародея
Фантастика:
городское фэнтези
5.00
рейтинг книги
Наследник чародея. Школяр. Книга первая

Менталист. Революция

Еслер Андрей
3. Выиграть у времени
Фантастика:
боевая фантастика
5.48
рейтинг книги
Менталист. Революция

Игра Кота 3

Прокофьев Роман Юрьевич
3. ОДИН ИЗ СЕМИ
Фантастика:
фэнтези
боевая фантастика
8.03
рейтинг книги
Игра Кота 3

Новый Рал 10

Северный Лис
10. Рал!
Фантастика:
попаданцы
аниме
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Новый Рал 10