Я познаю мир. Естествознание
Шрифт:
Молекулы бывают очень разными. Они могут состоять из одного, нескольких или очень большого количества атомов. Молекулу могут образовывать одинаковые или разные атомы. Например, молекула воды образуется при соединении двух атомов водорода и одного атома кислорода. Известны сотни тысяч химических соединений, и каждый год открывают все больше новых. Как и слово, которое может быть составлено из букв, химические соединения могут быть составлены из элементов в невероятных количествах и сочетаниях.
Молекулы: 1–водорода; 2–нафталина
В
В жидкостях молекулы связаны между собой, но не так сильно, как в твердых телах. Галилей обнаружил это свойство жидкости, когда смотрел на капли воды на капустных листьях и обнаружил, что вода не растекается по всему листу, а остается в виде компактной капли. Такие же капли образуются, если вода оказывается пролитой на жирную поверхность. Сцепление молекул в газах очень слабое.
Если молекулы одного вещества притягиваются к молекулам другого вещества, говорят, что произошло смачивание или слипание. Сила смачивания может быть очень большой, например, между клеем и деревом, водой и стеклом, маслом и металлом. Смазка удерживается в подшипниках машин, несмотря на большое давление. Если бы смачивания не было, руки никогда не стали бы грязными.
Вода поднимается вверх по кусочку сахара
Иногда важно, чтобы смачивание было низким. Например, чтобы ткань не промокала, ее покрывают водоотталкивающим раствором, который уменьшает смачивание ткани водой. Плохо смачиваются водой жирные и маслянистые поверхности.
Силы смачивания оказываются порой сильнее, чем силы притяжения между молекулами. Они бывают настолько велики, что могут заставить подниматься воду вверх по промокательной бумаге или губке, так же чай поднимается вверх по кусочку сахара, которым коснулись поверхности чая.
Как действует сила поверхностного натяжения?
Если смазать иглу жиром и аккуратно положить ее на поверхность воды в стакане, она не утонет, хотя сделана из металла. Если присмотреться к этой иголке повнимательнее, то можно заметить, что пленка воды под ней немного прогибается. Сила сцепления между молекулами на поверхности воды достаточна для того, чтобы не дать иголке прорваться сквозь поверхность. Сила, удерживающая иголку на воде, называется силой поверхностного натяжения.
Эта сила играет огромную роль в жизни мелких животных. Мы заходим в реку или озеро и спокойно выходим обратно, даже не вспоминая о том, что сила поверхностного натяжения существует. Это происходит потому, что по сравнению с нашей силой и размерами
Бабочка, муха или жук, упавшие на поверхность воды, скорее всего, никогда не смогут подняться в воздух. Дело не в мокрых крыльях, которые могут и высохнуть, а в том, что сил насекомого недостаточно, чтобы преодолеть силу поверхностного натяжения воды.
Сила, удерживающая иголку на поверхности воды, называется силой поверхностного натяжения
Но есть животные, которые используют эту силу себе на пользу. Наиболее известны водомерки. Их лапки покрыты снизу несмачивающимися волосками, которые позволяют водомеркам скользить по водной глади, как на коньках, лишь слегка прогибая поверхностную пленку. Для них водная гладь водоема – огромная ловушка, которая бесперебойно обеспечивает водомерке, питающейся упавшими на поверхность воды насекомыми, поставку корма.
Некоторые водные беспозвоночные скользят по поверхностной пленке, подплывая к ней снизу, а жуки–вертячки рассекают ее, находясь наполовину в воде, а наполовину – в воздухе. Такой образ жизни стал причиной того, что глаз вертячки разделен на две половины: нижняя служит для подводного зрения, а верхняя – для воздушного. Эти приспособления обеспечивают вертячкам добрую охоту.
Кроме того, поверхностная пленка воды передает колебания, которые используются этими охотниками как сигнал, сообщающий о падении в воду жертвы или приближении другой водомерки или вертячки.
Вследствие поверхностного натяжения падающая капля принимает шарообразную форму. Зная это, можно приготовить дробь, если выливать расплавленный свинец в воду через маленькие отверстия. Капля жидкости стремится иметь как можно меньшую площадь поверхности, а при том же объеме это значит стать похожей на шар.
Формирование капли
Если аккуратно налить спирт поверх воды, то можно увидеть границу, разделяющую эти жидкости. Если теперь капнуть в этот сосуд масло, то будет видно, как оно не утонет в спирту, но будет плавать, расположившись между слоями спирта и воды в виде шара.
Галилей обнаружил, что почти невозможно заставить иголку плавать на поверхности спирта. Если добавить спирт в каплю росы, она растечется по листу, заняв большую площадь. Это происходит из–за того, что сцепление между молекулами спирта меньше, чем между молекулами воды, поэтому меньше сила, которая могла бы удержать на поверхности предмет. Если каплю спирта капнуть в воду, на которой уже плавает иголка, она утонет.
Итак, есть вещества, которые уменьшают поверхностное натяжение воды. Кроме спирта, это, прежде всего, мыло и другие моющие средства. При этом вода получает способность проникать в трещины и щели, в которые раньше не могла бы проникнуть из–за силы поверхностного натяжения. Поэтому сухая ткань, брошенная в мыльную воду, тонет быстрее, чем в чистой воде, а утки и гуси, попав в мыльную воду, с трудом смогли бы держаться на поверхности. По тем же причинам раствор спирта в воде может проникнуть сквозь стенки сосуда, который в обычных условиях не пропускает воду.