Александр Никонов - Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям
Для того, чтобы понять Вселенную в макромасштабе, с ее огромными звездами, невообразимыми расстояниями и скопищами галактик, нам придется нырнуть в микромир – мир самых крохотных частиц. Потому что из них и состоит Вселенная.
Вы готовы совершить это увлекательное путешествие в глубины материи? Если да, ныряем! Только воздуху набрать не забудьте…
Вы, конечно, слышали об атомах. Атомы – самые мельчайшие неделимые частички вещества. Например, самая маленькая крупинка золота, которая только возможна. Почему я для примера выбрал золото? Не только потому, что золото (как и все прочие химические элементы) родилось в недрах звезд, но и потому, что я очень люблю золото. А кто не любит? Кроме того, золото – простое химическое вещество, такие вещества называют химическими элементами. Химических элементов, то есть простых веществ в мире меньше сотни. Они все собраны в особую табличку, которая называется таблицей Менделеева. Золото и все прочие металлы, а также углерод, азот, кислород, фосфор, сера и др. – это примеры простых веществ, то есть химических элементов.
Кроме простых веществ, коих меньше сотни, практически все, что вас окружает в комнате и в мире – это вещества сложные. Они сделаны из простых, то есть из химических элементов, и представляют собой сборные конструкции. Например, соль у вас на столе в солонке сделана из двух элементов – металла натрия и газа хлора (найдите их в таблице Менделеева). Химическая формула поваренной соли так и читается – «натрий хлор» (NaCl).
Вода сделана из двух простых газов – кислорода и водорода.
И если самая мелкая неделимая частичка простого вещества (химического элемента) называется атомом, то самая мелкая частичка сложного вещества, например соли или воды, называется молекулой.
Еще раз: самая мелкая неделимая частичка простого вещества – атом. Самая мелкая неделимая частичка сложного (сборного) вещества – молекула.
А почему я назвал ее неделимой, если она сборная? Ну, вот, например, молекула воды, то есть самая маленькая частичка воды, которая только возможна, собрана, как конструктор, из двух атомов водорода и одного атома кислорода (химики записывают это так: Н2О). Если она собрана, так ее и разобрать можно! А дядя-автор почему-то говорит, что молекула воды неделима.
Она неделима в том смысле, что если мы ее разберем, разделим, то это уже не будет вода. Это будут водород и кислород. Вы можете собрать из детского конструктора машинку. И это будет машинка. Но если вы свою машинку разберете, машинки уже не будет. А будут одни только детальки конструктора. Которые когда-то были машинкой.
Так и со сложными веществами – если их молекулу (мельчайшую частичку вещества) разделить, останутся только детальки, то есть атомы простейших химических веществ, элементов. Атомы химических элементов – это детальки мирового конструктора, из которого собрано практически все, что нас окружает. Трудно встретить в мире в чистом виде детальки, то есть химические элементы. Ну кольцо мамино золотое. Алюминиевая ложка или медная проволока. Кусочек свинца. Ртуть в градуснике. Газ неон в неоновой лампе… Еще постараться надо, чтобы простейшие вещества вокруг себя найти! Займитесь этим как-нибудь на досуге вместе с папой или мамой. А я вам в качестве подсказки дам табличку дядюшки Менделеева. В этой табличке собраны все простейшие вещества во Вселенной. Не так уж их и много, как видите. И многие из них вам наверняка знакомы. Поковыряйтесь там на досуге…
Знаменитая и самая лучшая в мире таблица дедушки Менделеева. Уважаемый был аксакал. Взял и смел все простейшие химические элементы (от слова «элементарный», то есть простой) в одну табличку на радость детям и химикам.
Ну и для того, чтобы у вас потом химия легче в школе пошла, я вам сразу приведу тут несколько примеров сложных веществ, а затем вернемся вновь на нашу проторенную колею.
Вот как устроена молекула воды (Н2О). В ней просто сцеплены друг с другом один атом кислорода и два атома водорода:
Н – О – Н
А вот как просто устроена поваренная соль для супа и картошки – один атом натрия и один атом хлора:
Na – Cl
Сахар любите? Молекула сахара устроена гораздо сложнее! Химическая формула сахара такова: С12Н22О11. То есть самая маленькая частичка сахара состоит из 12 атомов углерода, 22 атомов водорода и 11 атомов кислорода. Но как они расположены в пространстве?
А вот так, как на рисунке ниже.
Ну, собственно, вот мы всю химию и прошли почти что! Основы науки, так сказать, заложены в небольшую детскую голову. Но в ней, наверное, назрел вопрос:
– Дяденька! Вот неделимые молекулы, оказывается, можно разобрать на отдельные детальки-атомы, уничтожив собранное вещество. А атомы можно разобрать? Можно разломать простейшие химические вещества – элементы, эти детали мирового конструктора?
Молекула сахара, друзья мои. Довольно сложная конструкция, не правда ли?
Ах, какой хороший вопрос! Какой чудесный ребенок!
Конечно, можно! И результат будет тем же – при разборке атома элементарного вещества оно перестанет существовать как вещество. Останутся от него только совсем микроскопические деталюшки.
Какие?
Отвечаю. И здравствуй, микромир!..
Если разломать любое простейшее вещество из таблицы батюшки Менделеева, мы получим всего-навсего три детальки. Три детальки! Я вам расскажу, конечно, что это за детальки, но вы только вдумайтесь в поразительность этой информации! Нас с вами окружают тысячи тысяч разных веществ. В основном, это сложные, составные вещества, типа сахара, их молекулы собираются из веществ простых, элементарных, «неразборных». Их уже не тысячи, а всего несколько десятков, и все они представлены в таблице Менделеева. А эти элементарные вещества – детали мирового конструктора, в свою очередь, состоят из трех микродеталек. То есть, по сути, весь мир, который мы наблюдаем вокруг себя – мамы и папы, дома и кошки, шкафы и носки, собаки и валенки, игрушки и деревяшки, какашки и промокашки[2], козявки и слитки золота, вода и воздух… короче, все это сделано всего лишь из трех крохотных деталюшек в разных сочетаниях.
Ну, разве что солнечный свет не состоит из них.
Но о том, что такое свет, мы поговорим чуть позже.
Итак, что же это за три детальки такие, из которых сделано все-все-все? Первая деталька называется электрон.
Вы, наверное, слышали это слово. Тот самый электрический ток, который мы успешно добываем из розетки, вставляя туда вилку электроприбора, представляет собой поток электронов, текущий по металлическим проводам, как вода по трубе. Электрончики бегут внутри электроприбора и свершают полезную работу, примерно так же, как совершает полезную работу поток воды в реке, крутя колесо водяной мельницы.
Электроны – самые маленькие и легкие частички. Их главная особенность – электрический заряд. Что такое электрический заряд? Это просто свойство частицы притягиваться или отталкиваться от другой частицы, которая тоже имеет заряд.
Существует два типа заряда – положительный (плюс +) и отрицательный (минус -). Эти плюсы и минусы обычно пишут на батарейках, обозначая с какого конца батарейки положительный заряд, а с какой отрицательный. Если у двух частичек заряды одинаковые (обе заряжены положительно или обе заряжены отрицательно), частички отталкиваются друг от друга. Если заряды разные (одна частичка заряжена положительно, другая отрицательно), частички притягиваются друг к другу.
А если одна частица заряжена, а другая не заряжена или обе не заряжены? Тогда электрического взаимодействия между ними не будет.
Все электроны заряжены отрицательно. Такое у них свойство. А вторая частица, вторая деталька мирового конструктора – протон – заряжена положительно.
Поскольку заряд является свойством частицы, его нельзя у частицы отнять, невозможно «разрядить» электрон оставив его без заряда, а заряд куда-то унести, как невозможно отнять у красного мячика его «красноту» и отдельно от мячика ее унести. Отдельно от вещества заряда не бывает! Заряд всегда овеществлен, он олицетворен в электроне (минус) и протоне (плюс). Если какое-то тело заряжено отрицательно, значит в нем избыток электронов. А если положительно – избыток протонов.
На рисунке все прекрасно видно: одноименно заряженные частицы отталкиваются, разноименно заряженные – притягиваются.
Протон имеет по величине такой же заряд, что и электрон, но он гораздо больше электрона. Электрон в сравнении с протоном все равно, что воробышек по сравнению с орлом или, скажем, Земля по сравнению с Солнцем. Протон почти в две тысячи раз тяжелее электрона. И поскольку частицы эти имеют разный по знаку заряд, они притягиваются. Но это вовсе не значит, что электрон падает на протон и лежит на нем, блаженно улыбаясь и покряхтывая от радости. Никогда! Электрон начинает кружиться вокруг протона, как планета вокруг звезды.
