Проделаем опыт. Нам понадобятся кусок пластилина, стеариновая свеча и электрокамин. Поставим пластилин и свечу на равных расстояниях от камина. По некоторого времени часть стеарина расплавится (станет жидкостью), а часть – останется в виде твердого кусочка. Пластилин за то же время лишь немного размягчится. Еще через некоторое время весь стеарин расплавится, а пластилин – постепенно "разъедется" по поверхности стола, все более и более размягчаясь.
Итак, существуют тела, которые при плавлении не размягчаются, а из твердого состояния превращаются сразу в жидкость. Во время плавления таких тел всегда можно отделить жидкость от еще не расплавившейся (твердой) части тела. Эти тела – кристаллические. Существуют также твердые тела, которые при нагревании постепенно размягчаются, становятся все более текучими. Для таких тел невозможно указать температуру, при которой они превращаются в жидкость (плавятся). Эти тела называют аморфными.
Проделаем следующий опыт. В стеклянную воронку бросим кусок смолы или воска и оставим в теплой комнате. По примерно месяца окажется, что воск принял форму воронки и даже начал вытекать из нее в виде "струи". В противоположность кристаллам, которые почти вечно сохраняют собственную форму, аморфные тела даже при невысоких температурах обладают текучестью. Поэтому их можно рассматривать как очень густые и вязкие жидкости.
Строение аморфных тел. Исследования при электронного микроскопа, а также при рентгеновских лучей свидетельствуют, что в аморфных телах не наблюдается строгого порядка в расположении их частиц. Сравним расположение частиц в кристаллическом кварце и в аморфном кварце. Эти вещества состоят из одних и тех же частиц – молекул оксида кремния SiO2.
Кристаллическое состояние кварца получается, если расплавленный кварц охлаждать медленно. Если же охлаждение расплава будет быстрым, то молекулы не успеют "выстроиться" в стройные ряды, и получится аморфный кварц.
Частицы аморфных тел непрерывно и беспорядочно колеблются. Они чаще, чем частицы кристаллов могут перескакивать с места на место. Этому и то, что частицы аморфных тел расположены неодинаково плотно: между ними имеются пустоты.
Кристаллизация аморфных тел. С течением времени (несколько месяцев, лет) аморфные вещества самопроизвольно переходят в кристаллическое состояние. Например, сахарные леденцы или свежий мед, оставленные в покое в теплом месте, через несколько месяцев становятся непрозрачными. Говорят, что мед и леденцы "засахарились". Разломив леденец или зачерпнув мед ложкой, мы действительно увидим образовавшиеся кристаллики сахара.
Самопроизвольная кристаллизация аморфных тел свидетельствует, что кристаллическое состояние вещества является более устойчивым, чем аморфное. Межмолекулярная теория объясняет это так. Межмолекулярные силы притяжения-отталкивания заставляют частицы аморфного тела перескакивать преимущественно туда, где имеются пустоты. В результате возникает более упорядоченное, чем прежде расположение частиц, то есть образуется поликристалл.
Плавление аморфных тел.
По мере возрастания температуры энергия колебательного движения атомов в твёрдом теле возрастает и, наконец, наступает такой момент, когда связи между атомами начинают разрываться. При этом твердое тело переходит в жидкое состояние. Такой переход называется плавлением. При фиксированном давлении плавление происходит при строго определённой температуре.
Количество тепла, необходимое для превращения единицы массы вещества в жидкость при температуре плавления, называют удельной теплотой плавления λ .
Для плавления вещества массой m необходимо затратить количество теплоты равное:
Q = λ · m.
Процесс плавления аморфных тел отличается от плавления кристаллических тел. При повышении температуры аморфные тела постепенно размягчаются, становятся вязкими, до тех пор, пока не превратятся в жидкость. Аморфные тела в противоположность кристаллам не имеют определенной температуры плавления. Температура аморфных тел при этом изменяется непрерывно. Это происходит потому, что в аморфных твердых телах, как и в жидкостях, молекулы могут перемещаться друг относительно друга. При нагревании их скорость увеличивается, увеличивается расстояние между ними. В результате тело становится все мягче и мягче, пока не превратится в жидкость. При отвердевании аморфных тел их температура также понижается непрерывно.
В веке основным топливом являлись дрова. Даже в наше время дрова как топливо имеют еще большое значение, особенно для отопления зданий в сельских местностях. Сжигая дрова в печах, трудно представать себе, что мы, по существу дела, используем энергию, полученную от Солнца, находящегося на расстоянии около 150 миллионов километров от Земли. Тем не менее именно так и обстоит дело.
Ясный ответ на поставленные вопросы дал выдающийся русский ученый К. А. Тимирязев. Оказывается, развитие почти всех растений возможно только под действием солнечных лучей. Жизнь подавляющего большинства растений от маленькой травки и до мощного эвкалипта, достигающего 150 метров высоты и 30 метров по окружности ствола, основана на восприятии солнечных лучей. Зеленые листья растений содержат особое вещество — хлорофилл. Это вещество дает растениям важное свойство: поглощать энергию солнечных лучей, разлагать за счет этой энергии углекислый газ, являющийся соединением углерода и кислорода, на его составные части, т. е. на углерод и кислород, и образовывать в своих тканях органические вещества, из которых собственно и состоят ткани растений. Это свойство растений без преувеличения можно назвать замечательным, так как благодаря ему растения оказываются превращать вещества неорганической природы в органические вещества. Кроме того, растения поглощают из воздуха углекислый газ, являющийся продуктом деятельности живых существ, промышленности и вулканической деятельности, и насыщают воздух кислородом, без которого, как известно, невозможны процессы дыхания и горения. Именно поэтому, между прочим, зеленые насаждения являются необходимыми для жизни человека.
Убедиться в том, что листья растений поглощают углекислый газ и разделяют его на углерод и кислород, легко с очень простого опыта.
Представим себе, что в пробирке находится вода с растворенным в ней углекислым газом и зеленые листья какого-нибудь дерева или травы. Вода, содержащая углекислый газ, имеет очень широкое распространение: в жаркий день именно эта вода, именуемая газированной, очень приятна для утоления жажды.
Вернемся, однако, к нашему опыту. Через некоторое время на листьях можно заметить небольшие пузырьки, которые по мере их образования поднимаются и скапливаются в верхней части пробирки. Если этот газ, полученный на листьях, собрать в отдельный сосуд и затем внести в него слегка тлеющую лучину, то она вспыхнет ярким пламенем. По этому признаку, а также по ряду других можно установить, что мы имеем дело с кислородом. Что касается углерода, то он усваивается листьями и из него образуются органические вещества — ткани растений, химическая энергия которых, представляющая собой преобразованную энергию солнечных лучей, выделяется при горении в виде теплоты.
1 цилиндр: цена деления 10 мл; объем воды 130 мл.
2 цилиндр: цена деления 1 мл; объем воды 37 мл.
3 цилиндр: цена деления 5 мл; объем воды 180 мл.
4 цилиндр: цена деления 0,1 мл; объем воды 8,9 мл.
5 цилиндр: цена деления 2 мл; объем воды 94 мл.