ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ


http://antonov.314159.ru/antonov34.htm

Химия на основе русской физики


Антонов В.М.

Учебник 2 – Сложные вещества и химические процессы

2012 год

В основу учебников положена русская физика, согласно которой химические атомы представляют собой торовые вихри в эфирной среде.

Учебники нацелены на объяснение всех химических процессов и явлений с учётом торовихревого строения атомов.

Во втором учебнике рассматриваются сложные вещества и химические процессы.

© Антонов Владимир Михайлович

Напоминание

1. Эфир и атомы

Всё видимое пространство вокруг нас заполнено особой физической средой – эфиром, состоящим из плотно уложенных идеальных эфирных шариков.

Химические атомы образуются в результате столкновения эфирных потоков и представляют собой торовые вихри в эфирной среде.

Размеры торовых вихрей – разные, но в сечении вихревых шнуров у всех у них – три эфирных шарика.

Каждые такие три эфирных шарика называются электронной секцией.

Вихревой шнур наименьшего атома состоит из 2000 электронных секций; наибольший – из порядка 700000 секций.

Торовые вихри свёртываются в разнообразные фигуры. Так формируются химические атомы.

Различие атомов – в особой форме свёрнутости, которая, в свою очередь, зависит от размеров исходных торовых вихрей.

Всё многообразие атомов разделено на несколько десятков, и каждая группа считается отдельным простым веществом.

Средний по величине атом в каждой группе называется титульным.

Химически активными элементами атомов являются жёлобы и петли. Сомкнувшиеся два вихревых шнура образуют жёлоб; на концах жёлобов возникают петли.

У жёлобов и петель одна сторона – присасывающая, а другая – отталкивающая. Жёлобы слипаются с жёлобами, а петли – с петлями.

2. Электроны

Элементарный вихревой обрывок, состоящий только из одной электронной секции, становится электроном. К трём эфирным шарикам электронной секции примыкают два осевых шарика.

Электроны есть повсюду. Они прилипают к жёлобам атомов. Есть они и между атомами.

Электроны образуют своё электронное давление и перемещаются под уклон этого давления.

По жёлобам атомов электроны перемещаются без сопротивления.

Атомы металлов соединяются между собой так, что образуют непрерывные цепочки жёлобов. Электроны по ним могут скользить из конца в конец.

3. Тепловые колебания и свет

Тепловые движения атомов представляют собой струнные колебания отдельных участков вихревых шнуров.

Размах колебаний определяет температуру атомов.

Струнные колебания порождают волны в прилегающем эфире; это – тепловые волны. Они расходятся от атомов фронтом и поэтому затухают по мере удаления.

Чем выше температура атомов, тем дальше они расходятся.

При достижении пороговой величины размаха струнных колебаний тепловая волна срывается и уходит в пространство. Это – световая волна. Она представляет собой бегущий упругий прогиб эфирной среды.

4. Основные простые вещества

Простое вещество

Символ

Кол-во электронных секций в атоме

Вес атома

*10-26

кг

min

титул

max

водород

H

2000

3100

4200

0,169

дейтерий

D

4000

6100

8200

0,333

тритий

T

8200

9200

10200

0,502

гелий

He

10200

14600

19000

0,797

литий

Li

19000

21300

23600

1,16

бериллий

Be

23600

27700

31800

1,51

бор

B

31800

33200

34600

1,81

углерод

C

32700

36900

41100

2,01

азот

N

40000

43100

46200

2,35

кислород

O

44600

49200

53800

2,69

фтор

F

53800

58400

63000

3,19

неон

Ne

63500

66100

68700

3,61

натрий

Na

68500

70700

73500

3,86

магний

Mg

72000

74700

78000

4,08

алюминий

Al

78000

83000

85500

4,53

кремний

Si

82300

86400

90500

4,72

фосфор

P

90500

95200

98500

5,20

сера

S

95500

98600

103500

5,38

хлор

Cl

103500

109000

113000

5,95

аргон

Ar

110000

114600

119000

6,26

калий

K

119000

120200

123000

6,56

кальций

Ca

121500

123200

126500

6,73

Сложные вещества

5. Слипшиеся атомы

В Природе атомы в одиночном состоянии встречаются крайне редко. Подавляющее большинство из них существует слипшимися.

Так все твёрдые материалы и предметы потому и твёрдые, что атомы в них крепко связаны между собой.

Камень – это крепко слипшиеся атомы.

Горная скала – это крепко слипшиеся атомы.

Стол, за которым мы сидим,- это тоже крепко слипшиеся атомы. И стул, на котором мы сидим, точно также представляет собой соединённые атомы. Не будь они такими, и стул под нами развалился бы. Из мокрого песка можно соорудить подобие стула, но сидеть на нём невозможно.

Мягкие и рыхлые материалы и предметы состоят также из слипшихся атомов, но соединены они в них между собой не столь прочно.

Яблоко – это тоже слипшиеся атомы, но оно легко режется ножом.

Даже в пластических материалах и в жидкостях ощущается наличие тяготения частиц друг к другу – это тяготение определяет их вязкость.

Мёд и сметана – вроде бы текучие, но с какой «неохотой» они текут, и к ложке они прилипают так, что приходится их слизывать. Значит, частицы мёда и сметаны также обладают липучими свойствами.

Может показаться, что нет слипания у сыпучих порошков. Да; крупинки порошков между собой не слипаются, но сами крупинки представляют собой слипшиеся атомы.

Похожая картина – в воздухе. Частицы воздуха плавают в эфире и удалены друг от друга. Между ними слипания нет, но каждая такая частица состоит из объединённых атомов.

Вещество, состоящее из слипшихся атомов одного простого вещества, называется его разновидностью.

Особенно много разновидностей у углерода. Это – и порошковая сажа, и графит, из которого делают стержни карандашей, и алмаз, и угольные нити, и угольные трубки, и многое другое.

Вещества, состоящие из слипшихся атомов разных простых веществ, называются сложными.

Не будет большой ошибкой, если называть разновидности простых веществ также сложными веществами, так как под сложностью можно понимать всё многообразие слипания атомов.

6. Разнообразие сложных веществ

Разнообразие сложных веществ настолько широкое, что не поддаётся счёту. Нет смысла говорить, что сложных веществ – десять, двадцать или сто миллионов; их, в принципе, может быть сколько угодно.

Вещества различаются тогда, когда, во-первых, слипшимися оказываются разные атомы. Это – самый простой признак различия.

При соединении кислорода с водородом получается жидкая вода. Когда тот же кислород соединяется с углеродом, получается углекислый газ. Если кислород соединился с железом, образовалась ржавчина.

Во-вторых, сложное вещество возникает и тогда, когда изменяется соотношение разных атомов.

Та же ржавчина бывает разной. Если атомы кислорода и железа соединяются в соотношении один к одному (OFe), то получается один вид ржавчины. Если на один атом железа приходятся два атома кислорода (O2Fe), то ржавчина – другая. Возможны и иные сочетания атомов в них. Внешне ржавчины различаются по цвету: от ярко красного до тёмно коричневого.

И в-третьих, новые вещества образуются и тогда, когда атомы слипаются по-разному. Иногда это различие в слипании выражается отчётливо, как, например, в соединениях углерода и водорода (CH2, C2H4, C3H6 и другие), иногда – мало заметно, например при термической обработке сложных веществ.

Атом углерода имеет четыре петли. Ими он может соединяться как с атомами водорода, так и с другими атомами углерода. Даже при одном и том же соотношении чисел атомов углерода и водорода возможны различные комбинации соединений атомов углерода между собой.

В общем в группе пропанов на каждые 3 атома углерода приходятся 8 атомов водорода (C3H8). Но разные их перестроения образуют различные вещества; их называют изопропанами.

Подобные структуры возникают в клетках живой природы, в частности в растительных волокнах.

Неограниченность разнообразия сложных веществ можно показать на примере материала лезвия кухонного ножа.

При определённой добавке к железу так называемых легирующих металлов, в основном – никеля, полученный сплав становится нержавеющим.

Но переход от ржавеющего материала к нержавеющему не является ступенчатым. С увеличением добавок никеля ржавление постепенно отступает. Формально можно сказать, что каждый дополнительный атом никеля создаёт новый материал.

Лезвие кухонного ножа должно быть не только нержавеющим, но и прочным и острым.

Прочность и способность сохранять остроту придают материалу ножа термические обработки; их называют закалкой. При термических обработках атомы не перестраиваются полностью, но изменяют своё положение, подстраиваясь под соседей. Такое изменение положений атомов может либо ослабить их усилия слипания, либо усилить. При усилении слипания прочность материала ножа увеличивается.

Изменять своё положение атомы могут не только при термообработке, но и в обычных условиях. Такой процесс специалисты называют старением материала. В процессе старения острая кромка лезвия ножа может округляться и нож теряет остроту.

Старение материала ножа можно рассматривать как видоизменение вещества.

7. Прямое наблюдение микромира

Сложное вещество характеризуется составом атомов и тем, как эти атомы прилегают друг к другу.

Поставим перед собой задачу увидеть эту картину с такой подробностью, чтобы можно было рассмотреть каждый атом в отдельности.

Невооружённым глазом сделать это мы не можем, так как атомы слишком малы. Но и обычные микроскопы, работающие с видимым светом, тоже не помогут нам. Видимый свет – слишком грубое средство для рассмотрения атомов. Длина световой волны в тысячу раз больше размера среднего атома.

Крупные предметы мы видим потому, что они отражают направленный на них свет всей своей поверхностью.

Атомы отражают луч света только теми своими короткими участками вихревых шнуров, которые колеблются с частотой упавшего на них луча. Именно этим определяется цвет вещества. Всё остальное у атома свет не отражает, и поэтому рассмотреть его прямым наблюдением с использованием обычного света – невозможно.

Это всё равно как пытаться в свете автомобильных фар ночью в полной темноте рассмотреть едущего далеко впереди велосипедиста: мы видим только отражения катафотов (светоотражателей) его велосипеда и ничего кроме.

Более пригодны для рассмотрения микромира – электронные микроскопы; в них вместо света используются потоки электронов. Электроны отражаются всей поверхностью атома, и, казалось бы, проблема прямого рассмотрения отдельных атомов решена, но возникает следующая трудность – увеличение изображения. В результате электронный микроскоп даёт размытое изображение рассматриваемого участка.

Приблизительно те же возможности имеются у рентгеновских микроскопов, работающих на основе рентгеновских лучей.

Есть иной путь представления атомов – компьютерное моделирование. В идеале можно было бы получить пространственные изображения атомов и их сочленений. Но насколько точно принятые компьютерные модели соответствуют действительности – сказать трудно.

И наконец, есть третий путь – томография, тоесть объединение микроскопных и компьютерных средств. Размытые изображения микроскопов обрабатываются с помощью специальных вычислительных программ, и результат выносится на экран компьютера.

Таким образом можно рассмотреть любое вещество в мельчайших, атомных подробностях: и из каких атомов это вещество состоит, и как эти атомы соединяются между собой.

8. Свойства веществ, воспринимаемые человеком

Человек воспринимает изучаемое вещество своими органами чувств – зрением, осязанием, обонянием, вкусом и даже слухом.

В первую очередь человек отмечает внешний вид вещества. Оно может быть прозрачным (как воздух, вода или стекло) и непрозрачным. Непрозрачные вещества различаются им по цвету. Отличительным признаком, в его представлении, может быть блеск, как на чистом срезе у металлов.

Зрение позволяет нам различать газообразные вещества, жидкие, киселеобразные (коллоиды), порошковые, монолитные и прочие.

На ощупь можно оценить твёрдость, мягкость, упругость, сыпучесть веществ и многое другое. Металлы нам кажутся более холодящими, чем другие материалы. Осязанием можно выявить наличие моющих средств в воде.

Многие вещества порождают запахи, и мы своим обонянием воспринимаем их.

Наличие сероводорода в воздухе может отметить каждый – он пахнет как протухшие яйца. Хлор издаёт удушающий запах. Люди с острым обонянием способны по запаху различать даже марки стали.

По вкусу человек делит вещества на кислые и солёные, на сладкие и горькие.

И даже слух помогает человеку различать разные материалы. Металлические предметы, например, звенят, а неметаллические издают глухой звук.

Так, своими органами чувств, воспринимает человек все окружающие его вещества. Такое восприятие помогает ему различать их; правда, не всегда и не безошибочно.

Фосфор белый и фосфор красный перепутать по цвету – трудно, но фосфор ли – данное вещество? – сказать однозначно невозможно.

Очень внешне похожи мелкая соль, сода, сахарная пудра, и даже селитра (минеральные удобрения), хотя на самом деле это – совершенно разные вещества и путать их никак нельзя.

Некоторые воспринимаемые человеком признаки легли в основу классификации веществ. Так, признак кислотности выделил из всего многообразия веществ – кислоты, а солёность – соли.

Чувственное восприятие веществ, несмотря на свою многогранность, не позволяет всё же человеку составить истинное представление об атомах, с которыми он обращается, и о их соединениях. Таким способом человек иногда с трудом отличает одно вещество от другого и вынужден использовать дополнительные, косвенные средства для распознавания и оценки изучаемых веществ.


9. Физические свойства сложных веществ

Некоторые свойства сложных веществ выявляются с помощью физических приборов; такие свойства назовём физическими. К ним относятся удельный вес, температура плавления, температура кипения, электрическая проводимость, теплоёмкость, теплопроводность, спектр излучения (поглощения) и другие.

Удельный вес вычисляется путём деления полного веса на объём вещества; вес определяется на весах, а объём – мерными ёмкостями.

Удельный вес жидкостей можно определить также с помощью ареометра. Он выглядит и работает как поплавок. По глубине его погружения в жидкость судят о её удельном весе: чем больше погружение, тем меньше удельный вес.

Температуры плавления и кипения веществ выявляются с помощью всевозможных термометров.

Иногда переход из одного состояния в другое происходит не при фиксированной температуре, а в некотором её диапазоне; тогда указывают либо начало перехода, либо его конец.

Так вода начинает замерзать уже при 4-х градусах тепла и полностью превращается в лёд при нуле градусов, В этом же диапазоне температур происходит плавление льда (или снега): начинает плавиться он при нуле градусов, а заканчивает при плюс 4-х. Кстати, крепко смёрзшийся лёд заканчивает своё плавление при более высокой температуре.

Электрическую проводимость вещества выявляют с помощью электрического прибора для определения электрического сопротивления.

Если вещество твёрдое, то берут образец из него определённой длины, прикладывают к нему с разных сторон электрические контакты и по шкале прибора узнают его электрическое сопротивление. Чем меньше сопротивление, тем больше электрическая проводимость.

Если вещество жидкое или рыхлое, то электроды прибора опускают в него на определённом расстоянии друг от друга.

Теплоёмкость исследуемого вещества говорит о том – сколько нужно затратить тепла, чтобы поднять температуру одного килограмма этого вещества на один градус.

Проще всего измерить теплоёмкость вещества – по отношению к теплоёмкости воды.

Для этого в горячую воду определённого объёма с определённой температурой опускают, допустим, один килограмм холодного вещества, замерив предварительно его температуру. Опущенное вещество будет нагреваться и охлаждать воду. Когда их температуры выравняются, измеряют её, и пересчётом вычисляют относительную теплоёмкость исследуемого вещества.

В качестве физических приборов в этом случае используют весы, мерные сосуды и термометр.

Похожим образом определяют теплопроводность вещества, только нагрев этого вещества контролируют по часам. Чем быстрее оно нагревается, тем теплопроводность выше.

Одним из наиболее значимых свойств вещества является спектр видимого и невидимого света, который испускает это вещество или поглощает его.

Всякое вещество при нагреве излучает свет и даже не одного цвета, а нескольких. Набор цветов испускаемого света называется спектром вещества.

Его определяют специальным оптическим прибором, регистрирующим в отдельности все частоты излучаемого света.

Методом спектроскопии (определения спектра) можно безошибочно определять состав исследуемого вещества, и для этого требуется ничтожно малое количество этого вещества.

Некоторые вещества способны окрашивать пламя, и по цвету окраски их распознают. Так натрий окрашивает бесцветное пламя в жёлтый цвет, а калий – в фиолетовый.

10. Косвенные признаки сложных веществ

В большинстве случаев прямым наблюдением за химическим процессом трудно выявить характер процесса.

И тем более, трудно определить состав исходных и вновь образуемых веществ.

Не прибегая к сложным физическим методам исследования, сделать это можно с помощью всевозможных индикаторов.

В химии обычно используются три индикатора: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый. Они характеризуют три вида веществ: кислые, щёлочные и нейтральные.

В кислых растворах лакмус приобретает красный цвет, фенолфталеин становится бесцветным, а метил оранжевый превращается в розовый.

В щёлочных растворах лакмус окрашивается в синий цвет, фенолфталеин становится малиновым, а метил оранжевый перекрашивается в жёлтый.

И в нейтральных средах лакмус становится фиолетовым, фенолфталеин обесцвечивается, а метил оранжевый не изменяет свой цвет и остаётся оранжевым.

Существует и много других косвенных признаков сложных веществ.

Углекислый газ, например, проходя сквозь известковую воду, вызывает её помутнение. Помутнение в данном случае является признаком наличия углекислого газа.

Азот и кислород можно различить с помощью обычной свечи: в среде кислорода она вспыхивает, а в среде азота гаснет.

Соли аммония (соединения аммиака NH3 с кислотными компонентами) обнаруживаются в процессе соединения их со щёлочами по выделяемому в таких случаях аммиаку, имеющему характерный запах.

Спирты выявляются с помощью медной проволоки. Если её прокалить до образования окалины и опустить в раскалённом виде в спирт, то образуется уксусный альдегид, который выделяет свой запах.

Сам уксусный альдегид можно обнаружить не только по запаху, но и по осадку зеркального серебра Ag при воздействии на него аммиачным раствором оксида серебра (OAg2)(NH3)n.

11. Молекулы воздуха и других газов

Обособленные небольшие группы слипшихся атомов всех сложных веществ принято называть молекулами.

Их ещё можно называть элементарными частицами сложных веществ.

Обратим особое внимание на обособленность молекул; она означает, что молекулы как-то разделены между собой.

Наиболее наглядно это выражено в воздухе, окружающем нас. В нём его элементарные частицы удалены друг от друга.

Вызвано это тем, что, плавая в эфире, частицы создают в нём вокруг себя волны, отталкивающие соседние молекулы. Такие волны называются тепловыми, и вызваны они тепловыми, струнными колебаниями атомов.

Итак, воздух представляет собой сплошной эфир, наполненный отдельными молекулами. (Их можно сравнить с рыбками, плавающими в аквариуме.)

Какими молекулами наполнен воздух?

Прежде всего это – молекулы азота; их – больше всего. Они состоят из спаренных атомов азота (N2).

Очень много в воздухе молекул кислорода. Каждая из них представляет собой также пару слипшихся атомов кислорода (O2).

Есть там и молекулы водорода. Они – такие же, из спаренных атомов (H2 = Hm).

Из сложных молекул воздуха можно упомянуть молекулы пара. Каждая из них состоит из атома кислорода с прилипшей к нему молекулой водорода (OHm).

Заметим, что сложные молекулы могут состоять из более простых.

Это подтверждается и молекулой углекислого газа (он образуется во время горения); в нём каждая молекула состоит из слипшихся атома углерода и молекулы кислорода - (CO2).

В малых количествах в воздухе содержатся самые разнообразные молекулы органических веществ – продуктов переработки и сжигания каменного угля и нефти. Мы их чувствуем и различаем по запаху. Это – молекулы испарений бензина, керосина, машинных масел.

К органическим веществам относятся все ароматические продукты; приятный запах свидетельствует о наличии в воздухе молекул их испарений.

Молекулы органических веществ – очень большие; они могут состоять из десятков и даже сотен атомов.

Кроме отдельных молекул, в воздухе постоянно находятся и другие скопления атомов. Это – мелкие капельки тумана (облака состоят из них) и пыль твёрдых веществ. Их молекулами называть не принято; они сами состоят из молекул.

В газообразном состоянии находится не только воздух, но и многие продукты химической промышленности. Некоторые из них представляют собой однородные газы, состоящие из одного вида молекул.

К ним относятся хлор, сероводород, сернистый газ, аммиак, метан и другие.

Молекула хлора, как и большинства газообразных простых веществ, представляет собой спаренные атомы – Cl2. (Хлор – жёлто-зелёный газ с резким удушающим запахом.)

Молекула сероводорода состоит из слипшихся атома серы и молекулы водорода – SHm. (У сероводорода – отвратительный запах протухших яиц.)

Молекула сернистого газа образуется при слипании атома серы с молекулой кислорода – SO2. (Сернистый газ – бесцветный, с резким запахом.)

В молекуле аммиака к одному атому азота присоединены отдельно три атома водорода – NH3; водород здесь – не молекулярный, а атомарный. (Аммиак пахнет мочевиной.)

Состав молекулы метана: один атом углерода и четыре атома водорода - CH4. В атомарном виде находятся там только два атома водорода; другие два – в виде молекулы Hm; поэтому молекулу метана можно представить как HmCH2. (Метан – газ без цвета и запаха.)

Говоря о молекулах, ещё раз отметим, что в газообразных веществах они представляют собой отдельные частицы, состоящие из нескольких атомов.

12. Молекулы воды и других жидкостей

Уточним понятие молекулы. Это – не только отдельно расположенные группы слипшихся атомов. В воде и в других жидкостях элементарные частицы (молекулы) не только соприкасаются между собой, но и испытывают некоторое тяготение друг к другу; это тяготение можно расценивать как слабое слипание. Усилие такого слипания настолько мало, что не может противостоять земному тяготению, и поэтому жидкости – текучи.

Во время течения частицы жидкости скользят относительно друг друга.

Степень их слипания определяет вязкость жидкости: чем сильнее слипание, тем больше вязкость.

Таким образом, всевозможные слипания атомов в жидкостях можно разделить на две категории: на сильные, противостоящие земному тяготению, и на слабые, преодолеваемые этим тяготением.

Атомы, скреплённые сильным тяготением, будем считать молекулами.

Молекула воды представляет собой атом кислорода с прочно прилипшей к нему молекулой водорода – OHm.

Между собой молекулы воды слипаются совсем слабо, они легко скользят относительно друг друга и поэтому вода очень текуча.

Тем не менее, это слипание есть и его можно обнаружить в простейшем опыте: достаточно смазать жиром обычную иголку и осторожно положить её на воду. Поверхность воды прогнётся под тяжестью иголки, но слипшиеся молекулы воды удержат её в плавающем положении. Жир в данном случае потребовался для того, чтобы исключить прилипание молекул воды к атомам металла иголки.

Из других жидкостей упомянем серный ангидрид. Он получается как промежуточный продукт при производстве серной кислоты. Другое его название – триоксид серы.

Серный ангидрид – бесцветная ядовитая жидкость.

Молекула серного ангидрида (SO3) образуется из молекулы сернистого газа (SO2) после присоединения к ней ещё одного атома кислорода (O).

Слипание молекул серного ангидрида между собой, как у всех жидкостей, очень слабое.

Разделение слипания атомов на сильное (внутримолекулярное) и слабое (межмолекулярное) характерно для всех жидкостей без исключения.

Итак, за молекулы в жидкостях будем принимать только такие группы атомов, слипание которых не нарушается при течении.

Сохраняются молекулы жидкостей и тогда, когда происходит испарение и жидкости переходят в газообразное состояние. При испарении разрушаются только слабые, межмолекулярные связи.

Поэтому молекулы воды и молекулы пара – одно и то же; молекула серного ангидрида и молекула его испарений – одно и то же.

13. Молекулы растворов

Соль растворяется в воде, и образуется солёная вода. Сахар также хорошо растворяется в воде, и образуется сладкая вода. Вода в этих случаях выступает как растворитель, соль и сахар – как растворимые вещества, а солёная вода и сладкая вода называются растворами.

Растворяться могут не только твёрдые вещества в жидкостях, но и жидкие в жидкостях. Так густая краска растворяется (становится более жидкой, разжиженной) в ацетоне. Ацетон – растворитель; краска – растворимое вещество.

Иногда говорят о растворении газов в жидкостях.

Как выглядят молекулы растворов?

В процессе растворения молекулы растворителя налипают по нескольку штук на отдельные молекулы растворимого вещества. Молекулы растворимого вещества становятся в этом случае как бы ядрами молекул растворов.

В солёном растворе, например, на каждую молекулу соли налипают по 20 молекул воды, а в сахарном растворе к каждой молекуле сахара прилипают по 5 молекул воды.

Связи в молекулах растворов – достаточно крепкие; они преодолевают земное тяготение и в текучем состоянии не разрушаются.

Так как мы договорились считать молекулами в жидких, текучих веществах те группы атомов, которые сохраняются слипшимися во время течения, то в жидких растворах за молекулы мы должны принять молекулы растворимых веществ вместе с налипшими на них молекулами растворителей.

Молекула солёного раствора - (Cl2Na2)(OHm)20.

Молекула сахарного раствора - (C12O11Hm11)(OHm)5.

В то же время, если руководствоваться тем, что молекулы жидкостей сохраняются и при испарении (при переходе в газообразное состояние), то мы должны рассматривать в растворах молекулы растворимого вещества и молекулы растворителя как самостоятельные, отдельные молекулы.

Дело в том, что в процессе испарений налипшие молекулы растворителя сбрасываются с молекул растворимого вещества и улетучиваются как отдельные частицы.

На основании выявленных противоречий можно сделать вывод о том, что понятие молекулы не есть что-то однозначное, а зависит от нашего подхода. Можно считать молекулами растворов - слипшиеся молекулы растворимого вещества и растворителя, а можно считать их - независимыми молекулами.

В отношении растворов газов требуется уточнение.

Молекулы некоторых газов, таких как кислород и водород, попадая в воду, слипаются там со всеми соседними молекулами воды одинаково, не отдавая предпочтения ни одной из них.

В этих случаях нет характерного для растворов налипания одних молекул на другие.

А вот молекулы серного ангидрида и аммиака ведут себя иначе.

Серный ангидрид (триоксид серы SO3) в нормальных условиях – жидкость, но молекулы его очень часто отрываются от неё и также часто возвращаются к ней. Поэтому вблизи поверхности жидкого ангидрида плотность его газообразных молекул очень высокая.

Точно также ведут себя молекулы воды.

Объясняется это явление тем, что у молекул серного ангидрида и у молекул воды есть стороны, в направлении которых тепловые волны не создаются, и этими сторонами молекулы не отталкиваются от соседей.

Такими «спокойными» сторонами молекулы ангидрида и воды легко соединяются между собой и оседают в жидкость, будь то вода или жидкий ангидрид.

Слипаются молекулы серного ангидрида с молекулами воды в разной пропорции, но наиболее вероятное соотношение – одна к одной.

Слипшиеся молекулы можно рассматривать как новообразованную молекулу, хотя при испарении она также легко распадается на исходные.

Больше всего на раствор похоже соединение аммиака с водой, только в качестве растворителя теперь выступает не вода, а конденсированный (жидкий) аммиак - его молекулы налипают на молекулу воды. При полном насыщении на каждую из них присоединяются по четыре молекулы аммиака: (OHm)(NH3)4.

14. Молекулы коллоидных веществ

Правильнее говорить не о коллоидных веществах, а о коллоидном состоянии веществ.

Если раздробить любое вещество (твёрдое или жидкое) на очень мелкие частицы, состоящие из не более чем сотен молекул, и распылить их в воздухе или размешать в жидкостях, то получим коллоидные смеси.

Воздушные коллоидные смеси называются аэрозолями; жидкостные – золями, суспензиями, эмульсиями; полужидкостные – пенами.

Измельчённые частицы, распределённые в воздухе или в жидкостях, не осаждаются и остаются во взвешенном состоянии на протяжении долгого времени. В воздухе они удерживаются на весу тепловыми волнами окружающих частиц, а в жидкостях – за счёт слипания с прилегающими молекулами среды.

Поэтому жидкостные коллоиды очень похожи на обычные растворы, только в качестве ядер молекул растворов теперь выступают в них измельчённые частицы коллоидных веществ.

Коллоидную структуру имеют всевозможные клеи, белки, полимеры, крахмал, кровь. И даже обычную питьевую воду следует представлять как коллоид, так как в ней в виде взвесей присутствуют самые разные измельчённые вещества.

И вот эти коллоидные частицы можно рассматривать как молекулы – они сохраняются неизменными в процессе течения.

Очень похожи на коллоиды и самозагустевающие жидкости. При долгом хранении в спокойном состоянии таких веществ, как керосин, их молекулы объединяются в группы, подстраиваясь в них друг к другу и скрепляясь дополнительными усилиями.

В результате образуются сгустки молекул; обычно они оседают на дно. Эти сгустки сохраняются потом даже во время течения и поэтому могут считаться молекулами.

Разрушают их только сильные механические воздействия, например при продавливании под большим давлением сквозь узкие щели.


15. Молекулы пластичных веществ

Пластичные вещества во многом похожи на жидкости; они, как и жидкости, могут течь, но крайне медленно.

Типичными представителями пластичных веществ являются сырая глина, пластилин и, как ни странно, металлы. Правда, металлы обычно называют не пластичными, а ковкими, но это – одно и то же.

Отличие пластичных веществ от жидкостей состоит в том, что смещение молекул в них относительно друг друга происходит не под действием земного тяготения, а при силовом воздействии.

И это воздействие может быть разным: сырая глина и пластилин разминаются руками, а кусок свинца расплющить можно только ударами молотка.

Будем считать, что молекулы слабопластичных веществ (которые разминаются руками) сохраняются неизменными в процессе пластической деформации.

Условно разделим усилия слипания атомов, как и в случае с жидкостями, на сильные и слабые, и договоримся считать молекулообразующими только сильные слипания.

У металлов (у однородных, чистых металлов и у сплавов) атомы слипаются также не одинаково, и при ковке некоторые из них сохраняют свои связи неизменными. Это – так называемые зёрна металлов; их можно рассматривать как молекулы.

Размеры этих зёрен в процессе пластической деформации могут изменяться – либо в сторону укрупнения, либо, наоборот, в сторону измельчения.

Некоторые межатомные связи при этом могут укрепляться, а другие – ослабляться. Ослабление может доходить до полного разрыва связей. Именно этим объясняется шелушение металлов при ковке и волочении.

Зёрна металлов, принятые нами как молекулы, могут разрушаться под воздействием сильных ударов. Впрочем, очень сильные удары могут разрушать не только молекулы, но и сами атомы, доводя их до распада.

16. Молекулы твёрдых веществ

Будем иметь в виду - твёрдые хрупкие вещества, такие как сахар и пищевая соль (в кристаллическом виде) или обычный речной песок.

Некоторые из них – растворимы (сахар, соль), другие – нет (речной песок).

В отношении растворимых твёрдых веществ можно сказать так: их молекулами являются те группы атомов, которые образуют ядра молекул растворов.

В отношении же конкретно соли и сахара можно положиться на наше языковое восприятие: молекулой соли является наименьшая частица вещества, сохраняющая солёный вкус; а у сахара – сладкий вкус.

Но наиболее общим подходом к определению молекул твёрдых веществ можно считать следующий: будем измельчать твёрдое вещество до тех пор, пока сохранится соотношение атомов в измельчённых частицах.

У речного песка соотношение атомов силициума и кислорода – один к двум, и молекула его – SiO2.

Молекула сахара – значительно крупнее; в ней насчитывается 45 атомов. Соотношение различных атомов в ней такое: 12 атомов углерода + 22 атома водорода + 11 атомов кислорода, и молекула его – C12H22O11.


17. Молекулы плёнок и сплавов

В частности имеются в виду – поверхностные плёнки и сплавы металлов.

Такие металлы, как алюминий, цинк, хром, бериллий, магний и некоторые другие, соединяясь с кислородом, покрываются поверхностными плёнками, изолирующими лежащие под ними атомы.

Формируются плёнки следующим образом. Поверхностные атомы металлов (того же алюминия) уложены неплотно и соединяются (слипаются) между собой небольшими участками своих жёлобов.

Атомы кислорода накладываются на них и заполняют пустоты между ними. Своими прилипающими участками атомы кислорода прикрепляются к атомам металлов. В результате на поверхности металлов образуется плотная и прочная плёнка толщиной в один атом.

Атомы металлов и кислорода чередуются в этих плёнках в разных направлениях и по всей поверхности.

Чередование характеризуется соотношением атомов металлов и кислорода.

На каждые два атома алюминия в плёнке приходятся три атома кислорода. Такое же сочетание – у плёнки хрома. У цинка и бериллия на каждый атом металла приходится по одному атому кислорода, а у магния – по два.

Разделить плёнку на отдельные участки, которые выглядели бы как молекулы, - невозможно.

Остаётся просто договориться считать молекулами плёнок – соотношение атомов в них.

Получим такие условные молекулы: у алюминия – O3Al2; у хрома –O3Cr2; у цинка – OZn; у бериллия – OBe; у магния – O2Mg.

Подобная картина – у сплавов, только различные атомы в них рассосредоточены по всему объёму сплава.

Для сведения, сплавы бывают не только металлическими. Гранит, базальт, силикатные стёкла, металлургические шлаки - тоже сплавы.

Перемежающиеся атомы изменяют свойства таких веществ в широких пределах: упрочняют или, наоборот, снижают их прочность; увеличивают температуру плавления или понижают её; повышают электропроводность или уменьшают её.

Содержание компонентов сплава обычно указывается в процентах (%), но, по подобию с поверхностными плёнками, их соотношение можно отразить в молекуле.

Основными компонентами нержавеющей стали являются: железо (Fe) – 74 %; хром (Cr) – 18 % и никель (Ni) – 8 %. Условная молекула такого сплава – Fe9Cr2Ni. Отличительная особенность сплава отражена в его названии – нержавеющий.

Можно привести другой пример – сплав с очень низкой температурой плавления – всего 68 градусов. Он состоит из висмута (Bi) -50 %, свинца (Pb) – 25 %, олова (Sn) – 12,5 % и кадмия (Cd) – 12,5 %. Условная молекулы такого сплава – Bi4Pb2SnCd.

18. Формулы молекул

Формулы молекул бывают разные; одну и ту же молекулу можно изобразить по-разному. Одно у них общее – атомы отображаются латинскими буквами.

Самая простая формула отражает атомарный состав молекулы и количество входящих в неё атомов. Количество указывается в виде индексов. Если атом – один, то индекс не указывается.

Молекулу воды можно изобразить как H2O; читается – аш-два-о. Из формулы видно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ни соразмерности атомов, ни их построение в данной формуле не отражены.

Ту же молекулу можно изобразить как (H2)O, подчёркивая тем самым молекулярное строение атомов водорода; читается – аш молекулярный-о. Молекулярный водород обозначается как Hm; с учётом этого формула молекулы воды примет вид HmO.

Если учитывать соразмерности атомов, то формулу молекулы воды следует изображать как OHm - к крупному атому кислорода прикреплена мелкая молекула водорода.

Молекула метана (болотного газа) состоит из одного атома углерода и четырёх атомов водорода. Формула состава этой молекулы выглядит как CH4.

Два атома водорода здесь объединены в молекулу; поэтому формулу можно уточнить – CHmH2. Атом углерода C в этом соединении внешне похож на латинскую букву U. Молекула водорода Hm укладывается во впадину, а два отдельных атома водорода H и H присоединяются к вершинам. Представим это соединение лежащим на боку; ему больше будет соответствовать формула C(Hm)H2.

Сложные молекулы, как правило, собираются из более простых молекул с последовательным многоступенчатым присоединением каждой из них. Общая формула может отражать и состав исходных молекул и порядок их соединения.

Покажем это на примере молекулы серной кислоты; формула её молекулы состава – H2SO4.

Эта молекула состоит из двух отдельных молекул: серного ангидрида – SO3 и воды – OHm. Их наличие можно отразить в формуле с помощью скобок: H2SO4 = (SO3)(OHm).

В свою очередь, молекула воды включает в себя молекулу водорода Hm: OHm = (O(H2)). А молекулу серного ангидрида можно даже разложить на две ступени: состоящей из молекулы сернистого газа SO2: SO3 = ((SO2)O), а та включает молекулу кислорода O2: SO2 = (S(O2)).

В общей сложности формула молекулы серной кислоты примет вид:

H2SO4 = ((S(O2))O)(O(H2)

В таком изображении формул виден не только порядок формирования крупных молекул, но и то, в какой последовательности они разрушаются. При нагреве молекула серной кислоты в первую очередь распадается на молекулу серного ангидрида и молекулу воды.

Если воду нагревать дальше, то её молекулы будут распадаться на атомы кислорода и молекулы водорода. И уж при очень сильном нагреве молекулы водорода распадутся на атомы. Такое состояние вещества называется плазмой.

Подобное будет происходить и с молекулами серного ангидрида при его дальнейшем нагреве. При достаточно высокой температуре он распадается на сернистый газ и атомарный кислород. Если температуру нагрева повышать и дальше, сернистый газ начнёт распадаться на молекулярный кислород и серу. Дальнейший нагрев породит плазму – только атомарное состояние вещества.

Если требуется отобразить в формуле порядок жёлобового слипания, то молекулу серной кислоты можно представить как

H2SO4 = S(_(O2(_(O(_(O_(Hm = S((O2((O((O((Hm

Скобки в этой формуле являются символами жёлобов.

Количество скобок в формуле можно сократить:

H2SO4 = S(O2(O(O(Hm

Рассмотренные изображения молекул вписываются в строку; поэтому их можно назвать строчными.

Кроме строчного одномерного представления формул молекул, используются и другие – плоские, двумерные (как сложный рисунок на листе бумаги) и даже объёмные, трёхмерные (на экране компьютера). Компьютерные, трёхмерные формулы особенно необходимы для изображения крупных молекул органических веществ и для отображения хода химических процессов.

В общем нет никаких запретов на иное представление молекул; главное в этих представлениях – наглядность и простота понимания.

19. Электроны на молекулах

Электроны возникают при разрушении атомов и являются осколками (обрывками) атомов. Их можно сравнить с пылью, которая возникает при разрушении твёрдых предметов. И как пыль оседает на предметы, так и электроны оседают на молекулы.

Все молекулы буквально облеплены ими; на каждой молекуле могут скопиться десятки, сотни и даже тысячи электронов.

Прилипают они к жёлобам молекул.

Есть электроны и неприлипшие, свободные. Они заполняют межмолекулярные пространства.

Между теми и другими идёт постоянный обмен: слабо прилипшие электроны срываются с жёлобов и становятся свободными, а какие-то свободные электроны оседают и прилипают к жёлобам.

Этот процесс похож на испарение воды: одни её молекулы срываются с поверхности воды и превращаются в пар; другие из пара оседают на ту же поверхность.

В результате срыва электронов с жёлобов и оседания их на жёлобах выравнивается их удельное давление. В нормальных условиях, когда нет никаких превращений одних молекул в другие, удельное давление электронов – одинаковое во всём веществе.

Следует напомнить, что между собой атомы и мелкие молекулы соединяются теми же жёлобами, к которым могут прилипать электроны.

Так что если какие-то жёлобы заняты электронами, то эти электроны препятствуют слипанию атомов и молекул.

Если атомы и молекулы всё же слипаются какими-то участками своих жёлобов, то они выдавливают с этих участков находившиеся там электроны.

Выдавленные электроны образуют блуждающие группы. Эти группы электронов могут атаковать соседние атомы и молекулы и внедряться между ними.

Возможно и обратное явление – при разрыве жёлобового соединения (например под напором тепловых колебаний) вскрываются участки слипания, на которых нет электронов. Эти участки будут стремиться оттягивать электроны с других жёлобов. Появляется местный, почти точечный, недостаток электронов.

Блуждающая группа электронов и недостаток их создают перепады электронного давления, которые действуют на соседние молекулы и действуют по-разному.

Блуждающая группа может образовывать, своего рода, электронный клин.

Внедряясь этим клином между соседними слипшимися атомами и молекулами, эта группа разъединяет их.

Недостаток электронов, наоборот, упрочняет слипание атомов и молекул.

Когда нет никаких активных химических превращений, тоесть в спокойном состоянии веществ, возникновение блуждающих групп и недостаток электронов – явления крайне редкие.

Но в химических процессах (в ходе перестроения молекул) действия блуждающих групп электронов и их недостаток оказываются одними из решающих. Особенно это касается тех веществ, молекулы которых не образуют токопроводящие цепочки жёлобов.

Металлы такие цепочки имеют; по ним электроны могут перемещаться и распределяться по всем молекулам вещества, и поэтому металлы в меньшей степени подвержены воздействию электронов.

Говоря о налипших на молекулы электронах, следует обратить внимание на возможную неравномерность распределения электронов на каждом в отдельности атоме и на каждой в отдельности молекуле: с какой-то стороны у них электронов больше, с какой-то меньше. И сама неравномерность изменяется от несущественной до значительной.

Такое неравномерное распределение электронов вызывает поворачивающие усилия на атомах и молекулах при движении электронов. Разворот атомов и молекул отражается на ходе химических процессов.

Неравномерного распределения электронов не может быть только на атомах металлов: электроны распределяются на них по всей длине контурных жёлобов. Нет его и на некоторых молекулах.


К началу

К списку статей

На Главную


 
 
  © Все права защищены 2012-2015г.
Дизайн «ООО Системы будущего».
Сопровождение сайта www.OvoFix.ru
 
125480 г. Москва ул. Планерная д.3 кор.3 "Аэроэкология"
+79857623942 +74959442622 +79099929596 +79099929594
narod-akademia.com