ГАЗ, ПРЕВРАТИВШИЙСЯ В ЖИДКОСТЬ

Психология и физиология восприятия информации

Жидкий азот находит сегодня широкое применение. Многие читатели журнала, вероятно, видели эту бесцветную дымящуюся жидкость.

Впервые жидкий азот был получен еще в конце прошлого века. Но долгие годы он находился, так- сказать, на нелегальном положении. Химикам никак не удавалось обосновать возможность его существования. Справилась с этим лишь квантовая механика.

Благодаря чему вещество переходит из газообразного состояния в жидкое? В газе частицы вещества движутся независимо друг от друга. В жидкости они уже взаимосвязаны. Какими же силами? Очевидно, не химическими: валентности атомов, слагающих молекулы, насыщены. Взаимосвязь молекул жидкости обусловлена электростатическими взаимодействиями.

Вот, скажем, хлористый водород. Его молекула образована атомами хлора и водорода. Атом хлора сильнее притягивает электроны, чем атом водорода, и пара общих электронов, обеспечивающая связь в молекуле, сильно смещена к хлору. Этот конец молекулы, куда сдвинулся электрон, приобретает избыток отрицательного заряда, а другой конец - избыток положительного. Такие молекулы называются полярными. Когда две полярные молекулы встречаются, они могут сцепиться, взаимно притягиваясь разноименно заряженными концами. Разумеется, при этом они должны двигаться достаточно медленно одна по отношению к другой, чтобы успеть наладить такой контакт. Мера скорости движения молекул - температура. Отсюда ясно, почему газообразные вещества сжижаются лишь при охлаждении до достаточно низких температур.

Но как быть с веществами, молекулы которых неполярны? Например, с азотом? Его молекула состоит из двух совершенно одинаковых атомов. И концы ее, стало быть, заряжены одинаково.

Недоумение по поводу азота развеяла квантовая механика. Точнее, одно из основополагающих ее правил - принцип неопределенности. Он, в частности, гласит, как мы уже знаем, что скорость и координату микрочастицы нельзя одновременно определить со сколь угодно высокой точностью. Произведение погрешностей в определении обеих величин всегда остается больше величины h.

Именно это соотношение никогда не позволяет электрону в атоме засиживаться на месте. Если бы существовало такое "место отдыха" для электрона, это означало бы, что положение частицы в пространстве может быть определено со сколь угодно высокой точностью. А тогда для соблюдения принципа неопределенности скорость электрона должна была бы возрастать до сколь угодно высоких значений. Но это невозможно. Ограниченность скорости и предписывает электрону размазанность в пространстве, постоянную изменчивость его местонахождения в любой молекуле.

Молекула азота не представляет собой исключения из этого общего правила. И поскольку ее электроны смещаются то к одному ее концу, то к другому, перегруженный ими конец на мгновение приобретает отрицательный заряд, а оголенный - положительный. Такой переменчивой полярности вполне хватает, чтобы молекулы азота сцеплялись друг с другом при достаточно низкой температуре. Правда, силы сцепления оказываются очень слабыми: азот обращается в жидкость при весьма глубоком охлаждении - до минус 196 С.

Сосуд с жидким азотом, таким образом, демонстрирует одно из важнейших начал квантовой механики - принцип неопределенности.

Главное меню

Зрительное восприятие

Слух, обоняние, вкус

О жажде

Что такое жажда

Головной мозг

Дополнительно