Zece substanțe neobișnuite cu proprietăți unice pe planetă... Capacitățile fizice neobișnuite ale substanțelor Cea mai explozivă substanță
Dacă credeți că chimia este o știință foarte plictisitoare, atunci vă sfătuiesc să vă uitați mai departe la 7 reacții chimice foarte interesante și neobișnuite care vă vor surprinde cu siguranță. Poate gif-urile din continuarea postarii te vor convinge si vei inceta sa te gandesti ca chimia este plictisitoare;) Haideti sa privim mai departe.
Acid bromic hipnotizant
Potrivit științei, reacția Belousov-Zhabotinsky este „oscilativă reacție chimică„, în timpul căruia „ionii metalelor de tranziție catalizează oxidarea diverșilor agenți reducători, de obicei organici, cu acid bromic în acid. mediu acvatic„, ceea ce face posibilă „observarea cu ochiul liber formarea unor structuri spațio-temporale complexe”. Acest explicatie stiintifica un fenomen hipnotic care apare atunci când arunci puțin brom într-o soluție acidă.
Acidul transformă bromul într-o substanță chimică numită bromură (care capătă o culoare complet diferită), iar bromura se transformă rapid înapoi în brom, deoarece spiridușii științei care trăiesc în interiorul ei sunt niște idioți încăpățânați. Reacția se repetă din nou și din nou, permițându-vă să urmăriți la nesfârșit mișcarea unor structuri incredibile sub formă de valuri.
Substanțele chimice transparente devin instantaneu negre
Întrebare: Ce se întâmplă dacă amestecați sulfit de sodiu, acid citric și iodură de sodiu?
Răspunsul corect este mai jos:
Când amestecați ingredientele de mai sus în anumite proporții, rezultatul final este un lichid capricios care începe să devină limpede la culoare și apoi devine brusc negru. Acest experiment se numește Ceasul cu Iod. Pur și simplu, această reacție apare atunci când anumite componente se combină în așa fel încât concentrația lor se modifică treptat. Dacă atinge un anumit prag, lichidul devine negru.
Dar asta nu este tot. Schimbând proporția de ingrediente, aveți ocazia să obțineți reacția opusă:
În plus, folosind diverse substanțeși formule (de exemplu, ca opțiune - reacția Briggs-Rauscher), puteți crea un amestec schizofrenic care își va schimba constant culoarea de la galben la albastru.
Crearea plasmei în cuptorul cu microunde
Vrei să faci ceva distractiv cu prietenul tău, dar nu ai acces la o grămadă de substanțe chimice obscure sau la cunoștințele de bază necesare pentru a le amesteca în siguranță? Nu dispera! Tot ce aveți nevoie pentru acest experiment sunt struguri, un cuțit, un pahar și un cuptor cu microunde. Deci, luați un strugure și tăiați-l în jumătate. Împărțiți din nou una dintre bucăți în două părți cu un cuțit, astfel încât aceste sferturi să rămână legate prin coajă. Puneți-le în cuptorul cu microunde și acoperiți cu un pahar cu susul în jos, porniți cuptorul. Apoi faceți un pas înapoi și priviți cum extratereștrii fură boabele tăiate.
De fapt, ceea ce se întâmplă în fața ochilor tăi este una dintre modalitățile de a crea o cantitate foarte mică de plasmă. Încă de la școală, știi că există trei stări ale materiei: solidă, lichidă și gazoasă. Plasma este în esență al patrulea tip și este un gaz ionizat obținut prin supraîncălzirea gazului obișnuit. Sucul de struguri se dovedește a fi bogat în ioni și, prin urmare, este unul dintre cele mai bune și mai accesibile mijloace pentru a efectua experimente științifice simple.
Cu toate acestea, aveți grijă când încercați să creați plasmă în cuptorul cu microunde, deoarece ozonul care se creează în interiorul sticlei cantitati mari poate fi toxic!
Aprinderea unei lumânări stinse printr-o dâră de fum
Puteți încerca acest truc acasă fără riscul de a vă exploda sufrageria sau întreaga casă. Aprinde o lumânare. Suflați-l și aduceți imediat focul pe dâra de fum. Felicitări: ai făcut-o, acum ești un adevărat maestru al focului.
Se dovedește că există un fel de dragoste între foc și ceara de lumânare. Și acest sentiment este mult mai puternic decât crezi. Nu contează în ce stare se află ceara - lichidă, solidă, gazoasă - focul o va găsi în continuare, o va depăși și o va arde în iad.
Cristale care strălucesc atunci când sunt zdrobite
Iată o substanță chimică numită europium tetrakis, care prezintă efectul triboluminiscenței. Cu toate acestea, este mai bine să vezi o dată decât să citești de o sută de ori.
Acest efect apare atunci când corpuri cristaline prin transformarea energiei cinetice direct în lumină.
Dacă vrei să vezi toate acestea cu ochii tăi, dar nu ai europium tetrakis la îndemână, nu contează: chiar și cel mai obișnuit zahăr va fi potrivit. Doar stați într-o cameră întunecată, puneți câteva cuburi de zahăr într-un blender și bucurați-vă de frumusețea artificiilor.
În secolul al XVIII-lea, când mulți oameni credeau asta fenomene științifice cauzate de fantome sau vrăjitoare sau fantome de vrăjitoare, oamenii de știință au folosit acest efect pentru a-și bate joc de „simplii muritori” mestecând zahăr în întuneric și râzând de cei care au fugit de ei ca focul.
Monstru infernal care iese dintr-un vulcan
Tiocianatul de mercur(II) este o pulbere albă aparent nevinovată, dar odată ce i-ai dat foc, se transformă imediat într-un monstru mitic, gata să te devoreze pe tine și pe întreaga lume.
A doua reacție, ilustrată mai jos, este cauzată de arderea dicromatului de amoniu, având ca rezultat formarea unui vulcan în miniatură.
Ei bine, ce se întâmplă dacă le amesteci pe cele două menționate mai sus chimicaleși le-a dat foc? Vezi singur.
Cu toate acestea, nu încercați aceste experimente acasă, deoarece atât tiocianatul de mercur(II), cât și dicromatul de amoniu sunt extrem de toxice și vă pot dăuna grav sănătății dacă sunt arse. Aveți grijă de dumneavoastră!
Flux laminar
Dacă amesteci cafeaua cu lapte, vei ajunge cu un lichid pe care este puțin probabil să-l mai poți separa vreodată în componentele sale constitutive. Și asta se aplică tuturor substanțelor care sunt în stare lichidă, nu? Corect. Dar există un astfel de lucru precum fluxul laminar. Pentru a vedea această magie în acțiune, puneți doar câteva picături de coloranți multicolori într-un recipient transparent cu sirop de porumb și amestecați totul cu grijă...
... și apoi amestecați din nou în același ritm, dar acum în direcția opusă.
Fluxul laminar poate apărea în orice condiții și folosind diferite tipuri de lichide, dar în acest caz, acest fenomen neobișnuit se datorează proprietăților vâscoase ale siropului de porumb, care, atunci când este amestecat cu coloranți, formează straturi multicolore. Deci, dacă executați la fel de atent și încet acțiunea în direcția opusă, totul va reveni la locul inițial. E ca și cum ai călători înapoi în timp!
opțiunea „cea mai extremă”. Sigur, cu toții am auzit povești despre magneți suficient de puternici pentru a răni copiii din interior și acizi care îți vor trece prin mâini în câteva secunde, dar există și mai multe versiuni „extreme” ale acestora.
1. Cea mai neagră materie cunoscută omului
Ce se întâmplă dacă stivuiți marginile nanotuburilor de carbon una peste alta și alternați straturi ale acestora? Rezultatul este un material care absoarbe 99,9% din lumina care îl lovește. Suprafața microscopică a materialului este neuniformă și aspră, ceea ce refractă lumina și este, de asemenea, o suprafață slabă reflectorizante. După aceea încearcă să folosești nanotuburi de carbon ca supraconductori într-o anumită ordine, făcându-i excelenti absorbanți de lumină și aveți o adevărată furtună neagră. Oamenii de știință sunt serios nedumeriți de potențialele utilizări ale acestei substanțe, deoarece, de fapt, lumina nu se „pierde”, substanța ar putea fi folosită pentru a îmbunătăți dispozitive optice precum telescoape și chiar poate fi folosită pentru celulele solare care funcționează cu o eficiență de aproape 100%.
2. Cea mai inflamabilă substanță
O mulțime de lucruri ard cu o viteză uimitoare, cum ar fi spuma de polistiren, napalm, și acesta este doar începutul. Dar dacă ar exista o substanță care ar putea arde pământul? Pe de o parte, aceasta este o întrebare provocatoare, dar a fost pusă ca punct de plecare. Trifluorura de clor are reputația îndoielnică de a fi o substanță oribil de inflamabilă, chiar dacă naziștii credeau că substanța este prea periculoasă pentru a fi folosită. Atunci când oamenii care discută despre genocid cred că scopul lor în viață nu este să folosească ceva pentru că este prea letal, aceasta susține o manipulare atentă a acestor substanțe. Se spune că într-o zi s-a vărsat o tonă de substanță și a început un incendiu, iar 30,5 cm de beton și un metru de nisip și pietriș au ars până s-a calmat totul. Din păcate, naziștii au avut dreptate.
3. Cea mai otrăvitoare substanță
Spune-mi, ce ți-ar plăcea cel mai puțin să ai pe față? Aceasta ar putea fi cea mai mortală otravă, care ar ocupa pe bună dreptate locul 3 printre principalele substanțe extreme. O astfel de otravă este într-adevăr diferită de ceea ce arde prin beton și de cel mai puternic acid din lume (care va fi inventat în curând). Deși nu este în întregime adevărat, cu toții ați auzit fără îndoială de la comunitatea medicală despre Botox și, datorită acestuia, cea mai mortală otravă a devenit faimoasă. Botoxul folosește toxina botulină, produsă de bacteria Clostridium botulinum și este foarte mortal, cantitatea unui grăunte de sare fiind suficientă pentru a ucide o persoană de 200 de kilograme. De fapt, oamenii de știință au calculat că pulverizarea a doar 4 kg din această substanță este suficientă pentru a ucide toți oamenii de pe pământ. Un vultur ar trata probabil un șarpe cu clopoței mult mai uman decât această otravă ar trata o persoană.
4. Cea mai fierbinte substanță
Există foarte puține lucruri pe lume cunoscute de om ca fiind mai fierbinți decât suprafata interioaraîncălzit recent în cuptorul cu microunde Hot Pocket, dar acest lucru pare să doboare și acest record. Creată prin ciocnirea atomilor de aur la aproape viteza luminii, substanța se numește „supă” de cuarc-gluoni și atinge o nebunie de 4 trilioane de grade Celsius, care este de aproape 250.000 de ori mai fierbinte decât substanța din interiorul Soarelui. Cantitatea de energie eliberată în coliziune ar fi suficientă pentru a topi protoni și neutroni, care în sine are caracteristici pe care nici nu le-ai bănui. Oamenii de știință spun că acest material ne-ar putea oferi o imagine despre cum a fost nașterea universului nostru, așa că merită să înțelegem că supernovele minuscule nu sunt create pentru distracție. Cu toate acestea, vestea cu adevărat bună este că „ciorba” a ocupat o trilionime dintr-un centimetru și a durat o trilionime dintr-o trilionime dintr-o secundă.
5. Cel mai caustic acid
Acidul este o substanță teribilă, unul dintre cei mai înfricoșători monștri din cinema a primit sânge acid pentru a-l face și mai groaznic decât o simplă mașină de ucidere (Alien), așa că este înrădăcinat în noi că expunerea la acid este un lucru foarte rău. Dacă „extratereștrii” ar fi umpluți cu acid fluor-antimoniu, nu numai că ar cădea adânc prin podea, dar fumurile emise de cadavrele lor ar ucide tot ce îi înconjoară. Acest acid este de 21019 ori mai puternic decât acid sulfuricși se poate scurge prin sticlă. Și poate exploda dacă adaugi apă. Și în timpul reacției sale, se eliberează vapori toxici care pot ucide pe oricine din cameră.
6. Cel mai exploziv exploziv
De fapt, acest loc este în prezent împărțit de două componente: HMX și heptanitrocubane. Heptanitrocubanul există în principal în laboratoare și este similar cu HMX, dar are o structură cristalină mai densă, care are un potențial mai mare de distrugere. HMX, pe de altă parte, există în cantități suficient de mari încât poate amenința existența fizică. Este folosit în combustibil solid pentru rachete și chiar pentru detonatoarele de arme nucleare. Și ultimul este cel mai rău, pentru că, în ciuda cât de ușor se întâmplă în filme, începerea reacției de fisiune/fuziune care are ca rezultat nori nucleari strălucitori și strălucitori care arată ca ciuperci nu este o sarcină ușoară, dar HMX o face perfect.
7. Cea mai radioactivă substanță
Apropo de radiații, merită menționat că tijele verzi strălucitoare de „plutoniu” prezentate în The Simpsons sunt doar ficțiune. Doar pentru că ceva este radioactiv nu înseamnă că strălucește. Merită menționat deoarece poloniul-210 este atât de radioactiv încât strălucește albastru. Fostul spion sovietic Alexander Litvinenko a fost indus în eroare să i se adauge substanța în mâncare și a murit de cancer la scurt timp după aceea. Acest lucru nu este ceva despre care doriți să glumiți; strălucirea este cauzată de aerul din jurul materialului care este afectat de radiații și, de fapt, obiectele din jurul acestuia se pot încălzi. Când spunem „radiații” ne gândim, de exemplu, la reactor nuclear sau o explozie în care are loc de fapt o reacție de fisiune. Aceasta este doar eliberarea de particule ionizate și nu divizarea scăpată de control a atomilor.
8. Cea mai grea substanță
Dacă credeai că cea mai grea substanță de pe Pământ sunt diamantele, a fost o presupunere bună, dar inexactă. Acesta este un nanorod de diamant proiectat tehnic. Aceasta este de fapt o colecție de diamante la scară nanometrică, cu cel mai scăzut grad de compresie și cea mai grea substanță, cunoscută omului. De fapt, nu există, dar ar fi destul de util, deoarece înseamnă că într-o zi ne-am putea acoperi mașinile cu acest material și am putea scăpa de el atunci când are loc o coliziune a trenului (nu este un eveniment realist). Această substanță a fost inventată în Germania în 2005 și probabil va fi folosită în aceeași măsură ca și diamantele industriale, cu excepția faptului că noua substanță este mai rezistentă la uzură decât diamantele obișnuite.
9. Cea mai magnetică substanță
Dacă inductorul ar fi o bucată mică neagră, atunci ar fi aceeași substanță. Substanța, dezvoltată în 2010 din fier și azot, are puteri magnetice cu 18% mai mari decât deținătorul recordului anterior și este atât de puternică încât i-a forțat pe oamenii de știință să reconsidere modul în care funcționează magnetismul. Persoana care a descoperit această substanță s-a distanțat de studiile sale, astfel încât niciun alt om de știință să nu-și poată reproduce munca, deoarece s-a raportat că un compus similar a fost dezvoltat în Japonia în trecut în 1996, dar alți fizicieni nu l-au putut reproduce, așa că această substanță. nu a fost acceptat oficial. Nu este clar dacă fizicienii japonezi ar trebui să promită că vor face Sepuku în aceste circumstanțe. Dacă această substanță poate fi reprodusă, ar putea însemna noul secol electronice eficiente și motoare magnetice, posibil crescute în putere cu un ordin de mărime.
10. Cea mai puternică superfluiditate
Superfluiditatea este o stare a materiei (fie solidă sau gazoasă) care apare la temperaturi extrem de scăzute, are o conductivitate termică ridicată (fiecare uncie din acea substanță trebuie să fie exact la aceeași temperatură) și fără vâscozitate. Heliul-2 este cel mai tipic reprezentant. Cana de heliu-2 se va ridica spontan și se va vărsa din recipient. Heliul-2 se va scurge și prin alte materiale solide, deoarece lipsa completă de frecare îi permite să curgă prin alte găuri invizibile prin care heliul obișnuit (sau apa, de exemplu) nu s-ar scurge. acest caz). Heliul-2 nu intră în starea sa corectă la numărul 1, de parcă ar avea capacitatea de a acționa singur, deși este și cel mai eficient conductor termic de pe Pământ, de câteva sute de ori mai bun decât cuprul. Căldura se mișcă atât de repede prin Helium-2 încât se deplasează în valuri, cum ar fi sunetul (cunoscut de fapt ca „al doilea sunet”), mai degrabă decât să fie disipată, unde pur și simplu se mișcă de la o moleculă la alta. Apropo, forțele care controlează capacitatea heliului-2 de a se târâi de-a lungul peretelui sunt numite „al treilea sunet”. Este puțin probabil să obțineți ceva mai extrem decât o substanță care necesită definirea a 2 noi tipuri de sunet.
Cum funcționează „brainmail” - transmiterea mesajelor de la creier la creier prin Internet
10 mistere ale lumii pe care știința le-a dezvăluit în sfârșit 10 întrebări principale despre Univers la care oamenii de știință caută răspunsuri chiar acum 8 lucruri pe care știința nu le poate explica Mister științific de 2.500 de ani: de ce căscăm Este posibil să realizezi abilitățile supereroilor cu ajutorul tehnologiei moderne? Atom, luciu, nuctemeron și încă șapte unități de timp despre care nu ați auzit
Putem râde de strămoșii noștri, care considerau praful de pușcă ca fiind magie și nu înțelegeau ce sunt magneții, totuși, chiar și în epoca noastră iluminată, există materiale create de știință, dar similare cu rezultatul vrăjitoriei adevărate. Aceste materiale sunt adesea dificil de obținut, dar merită.
1. Metal care se topește în mâinile tale
Existența metalelor lichide precum mercurul și capacitatea metalelor de a deveni lichide la o anumită temperatură sunt bine cunoscute. Dar metalul solid care se topește în mâinile tale ca înghețata este un fenomen neobișnuit. Acest metal se numește galiu. Se topește la temperatura camerei și utilizare practică nepotrivit. Dacă așezi un obiect cu galiu într-un pahar cu lichid fierbinte, acesta se va dizolva chiar în fața ochilor tăi. În plus, galiul poate face aluminiul foarte fragil - este suficient să așezi o picătură de galiu pe o suprafață de aluminiu.
2. Gaz capabil să rețină obiecte solide
Acest gaz este mai greu decât aerul și, dacă umpleți un recipient închis cu el, se va așeza pe fund. La fel ca apa, hexafluorura de sulf poate rezista mai putin obiecte dense, de exemplu, o barcă din folie. Gazul incolor va ține obiectul pe suprafața sa și va părea că barca plutește. Hexafluorura de sulf poate fi scoasă din recipient cu un pahar obișnuit - atunci barca se va scufunda ușor în fund.
În plus, datorită gravitației sale, gazul reduce frecvența oricărui sunet care trece prin el, iar dacă inhalați puțină hexafluorură de sulf, vocea ta va suna ca baritonul de rău augur al Dr. Evil.
3. Acoperiri hidrofobe
Tigla verde din fotografie nu este deloc jeleu, ci apă colorată. Este amplasat pe o placă plană, de-a lungul marginilor tratate cu un strat hidrofob. Acoperirea respinge apa, iar picăturile capătă o formă convexă. Există un pătrat perfect brut în mijlocul suprafeței albe și apa se adună acolo. O picătură plasată pe zona tratată va curge imediat în zona netratată și se va îmbina cu restul apei. Dacă scufundați un deget tratat cu un strat hidrofob într-un pahar cu apă, acesta va rămâne complet uscat și se va forma o „bulă” în jurul lui - apa va încerca cu disperare să scape din tine. Pe baza unor astfel de substanțe, este planificată crearea de îmbrăcăminte și sticlă hidrofugă pentru mașini.
4. Pulbere care explodează spontan
Nitrura de triiod arată ca o minge de murdărie, dar aparențele pot fi înșelătoare: materialul este atât de instabil încât o atingere ușoară a unui stilou este suficientă pentru a provoca o explozie. Materialul este folosit exclusiv pentru experimente - este periculos chiar să îl mutați dintr-un loc în altul. Când materialul explodează, produce un fum violet frumos. O substanță similară este fulminatul de argint - de asemenea, nu este folosit nicăieri și este potrivit doar pentru fabricarea bombelor.
Gheața fierbinte, cunoscută și sub numele de acetat de sodiu, este un lichid care se întărește la cel mai mic contact. Cu o simplă atingere, se transformă instantaneu dintr-o stare lichidă într-un cristal dur de gheață. Se formează modele pe întreaga suprafață, ca pe ferestre pe vreme geroasă, procesul continuă timp de câteva secunde până când întreaga substanță „îngheață”. Când este apăsat, se formează un centru de cristalizare, din care informațiile despre noua stare sunt transmise moleculelor de-a lungul lanțului. Desigur, rezultatul final nu este deloc gheață - așa cum sugerează și numele, substanța este destul de caldă la atingere, se răcește foarte lent și este folosită pentru a face plăcuțe de încălzire chimice.
6. Metal cu memorie
Nitinol, un aliaj de nichel și titan, are capacitatea impresionantă de a-și „aminti” forma inițială și de a reveni la ea după deformare. Tot ce are nevoie este puțină căldură. De exemplu, puteți arunca apă caldă pe aliaj, iar acesta va reveni la forma inițială, indiferent de cât de mult a fost distorsionat anterior. În prezent sunt dezvoltate metode pentru aplicare practică. De exemplu, ar fi rezonabil să faceți ochelari din un astfel de material - dacă se îndoaie accidental, trebuie doar să le puneți sub un jet de apă caldă. Desigur, nu se știe dacă mașinile sau orice altceva serios vor fi fabricate vreodată din nitinol, dar proprietățile aliajului sunt impresionante.
Majoritatea oamenilor pot numi cu ușurință cele trei stări clasice ale materiei: lichid, solid și gazos. Cei care știu puțină știință vor adăuga plasmă acestor trei. Dar, de-a lungul timpului, oamenii de știință au extins lista posibilelor stări ale materiei dincolo de aceste patru. În acest proces, am învățat multe despre Big Bang, sabiile laser și starea secretă a materiei ascunse în umilul pui.
Solidele amorfe sunt un subset destul de interesant al binecunoscutei stări solide. Într-un obiect solid normal, moleculele sunt bine organizate și nu au mult spațiu de mișcare. Acest lucru conferă solidului o vâscozitate ridicată, care este o măsură a rezistenței la curgere. Lichidele, pe de altă parte, au o structură moleculară dezorganizată care le permite să curgă, să se răspândească, să își schimbe forma și să ia forma recipientului în care se află. Solidele amorfe sunt undeva între aceste două stări. În timpul procesului de vitrificare, lichidele se răcesc, iar vâscozitatea lor crește până în punctul în care substanța nu mai curge ca un lichid, dar moleculele sale rămân dezordonate și nu capătă o structură cristalină ca solidele normale.
Cel mai comun exemplu de solid amorf este sticla. De mii de ani, oamenii au făcut sticlă din dioxid de siliciu. Când producătorii de sticlă răcesc siliciul din starea sa lichidă, acesta nu se solidifică de fapt când scade sub punctul său de topire. Pe măsură ce temperatura scade, vâscozitatea crește și substanța pare mai dura. Cu toate acestea, moleculele sale rămân încă dezordonate. Și apoi sticla devine amorfă și tare în același timp. Acest proces de tranziție a permis artizanilor să creeze structuri de sticlă frumoase și suprareale.
Care este diferența funcțională dintre solidele amorfe și starea solidă normală? ÎN viata de zi cu zi nu este deosebit de vizibil. Sticla pare complet solidă până când o studiezi la nivel molecular. Iar mitul că sticla se scurge în timp nu merită un ban. Cel mai adesea, acest mit este susținut de argumentul că sticla veche din biserici pare mai groasă în partea de jos, dar acest lucru se datorează imperfecțiunilor procesului de suflare a sticlei la momentul creării sticlei. Cu toate acestea, studierea solidelor amorfe precum sticla este interesantă din punct de vedere științific pentru studierea tranzițiilor de fază și a structurii moleculare.
Fluide supercritice (fluide)
Majoritatea tranzițiilor de fază au loc la o anumită temperatură și presiune. Este cunoscut faptul că creșterea temperaturii va transforma în cele din urmă un lichid într-un gaz. Cu toate acestea, atunci când presiunea crește odată cu temperatura, lichidul face un salt în domeniul fluidelor supercritice, care au proprietățile atât ale unui gaz, cât și ale unui lichid. De exemplu, fluidele supercritice pot trece prin solide ca un gaz, dar pot acționa și ca solvent ca un lichid. Interesant este că un fluid supercritic poate fi făcut mai mult ca un gaz sau mai mult ca un lichid, în funcție de combinația de presiune și temperatură. Acest lucru a permis oamenilor de știință să găsească multe aplicații pentru fluidele supercritice.
Deși fluidele supercritice nu sunt la fel de comune ca solidele amorfe, probabil că interacționați cu ele la fel de des ca și cu sticla. Dioxidul de carbon supercritic este iubit de companiile producătoare de bere pentru capacitatea sa de a acționa ca un solvent atunci când reacționează cu hameiul, iar companiile de cafea îl folosesc pentru a produce cea mai bună cafea decofeinizată. Fluidele supercritice au fost, de asemenea, folosite pentru a face hidroliza mai eficientă și pentru a permite centralelor electrice să funcționeze la temperaturi mai ridicate. temperaturi ridicate. În general, probabil că folosiți produse secundare fluide supercritice în fiecare zi.
Gaz degenerat
În timp ce solidele amorfe se găsesc cel puțin pe planeta Pământ, materia degenerată se găsește doar în anumite tipuri de stele. Un gaz degenerat există atunci când presiunea externă a unei substanțe este determinată nu de temperatură, ca pe Pământ, ci de principii cuantice complexe, în special de principiul Pauli. Din această cauză, presiunea exterioară a substanței degenerate va fi menținută chiar dacă temperatura substanței scade la zero absolut. Sunt cunoscute două tipuri principale de materie degenerată: materie degenerată prin electroni și materie degenerată prin neutroni.
Materia degenerată electronic există în principal la piticele albe. Se formează în miezul unei stele atunci când masa de materie din jurul nucleului încearcă să comprima electronii nucleului la o stare de energie mai mică. Cu toate acestea, conform principiului Pauli, două particule identice nu pot fi în aceeași stare de energie. Astfel, particulele „împing” materia în jurul nucleului, creând presiune. Acest lucru este posibil doar dacă masa stelei este mai mică de 1,44 mase solare. Când o stea depășește această limită (cunoscută sub numele de limită Chandrasekhar), pur și simplu se prăbușește într-o stea neutronică sau o gaură neagră.
Când o stea se prăbușește și devine stea neutronică, nu mai are materie electron-degenerata, este formata din materie neutron-degenerata. Deoarece o stea neutronică este grea, electronii fuzionează cu protonii din miezul ei pentru a forma neutroni. Neutroni liberi (neutronii nu sunt legați în nucleul atomic) au un timp de înjumătățire de 10,3 minute. Dar în miezul unei stele neutronice, masa stelei permite neutronilor să existe în afara nucleelor, formând materie degenerată de neutroni.
Pot exista și alte forme exotice de materie degenerată, inclusiv materia ciudată, care poate exista sub forma stelară rară a stelelor cuarci. Stelele cuarci sunt o etapă între o stea neutronică și o gaură neagră, în care cuarcii din nucleu sunt decuplați și formează o supă de quarci liberi. Nu am observat încă acest tip de stele, dar fizicienii le recunosc existența.
Superfluiditatea
Să ne întoarcem pe Pământ pentru a discuta despre superfluide. Superfluiditatea este o stare a materiei care există în anumiți izotopi de heliu, rubidiu și litiu răcite până aproape de zero absolut. Această stare este similară cu un condensat Bose-Einstein (condens Bose-Einstein, BEC), cu câteva diferențe. Unele BEC sunt superfluide, iar unele superfluide sunt BEC, dar nu toate sunt identice.
Heliul lichid este cunoscut pentru superfluiditatea sa. Când heliul este răcit până la „punctul lambda” de -270 de grade Celsius, o parte din lichid devine superfluid. Dacă răcești majoritatea substanțelor până la un anumit punct, atracția dintre atomi depășește vibrațiile termice din substanță, permițându-le să formeze o structură solidă. Dar atomii de heliu interacționează unii cu alții atât de slab încât pot rămâne lichizi la o temperatură aproape de zero absolut. Se dovedește că la această temperatură caracteristicile atomilor individuali se suprapun, dând naștere la proprietăți ciudate de superfluiditate.
Superfluidele nu au vâscozitate internă. Superfluidele plasate într-o eprubetă încep să se strecoare pe părțile laterale ale eprubetei, sfidând aparent legile gravitației și tensiune superficială. Heliul lichid se scurge ușor, deoarece poate aluneca chiar și prin găuri microscopice. Superfluiditatea are și proprietăți termodinamice ciudate. În această stare, substanțele au entropie termodinamică zero și conductivitate termică infinită. Aceasta înseamnă că două superfluide nu pot fi distincte termic. Dacă adăugați căldură unei substanțe superfluide, aceasta o va conduce atât de repede încât se formează valuri de căldură care nu sunt caracteristice lichidelor obișnuite.
Condens Bose-Einstein
Condensul Bose-Einstein este probabil una dintre cele mai faimoase forme obscure de materie. În primul rând, trebuie să înțelegem ce sunt bosonii și fermionii. Un fermion este o particulă cu spin semiîntreg (cum ar fi un electron) sau o particulă compusă (precum un proton). Aceste particule se supun principiului de excludere Pauli, care permite existența materiei degenerate de electroni. Un boson, totuși, are spin întreg și mai mulți bosoni pot ocupa aceeași stare cuantică. Bosonii includ orice particule purtătoare de forță (cum ar fi fotonii), precum și unii atomi, inclusiv heliu-4 și alte gaze. Elementele din această categorie sunt cunoscute ca atomi bosonici.
În anii 1920, Albert Einstein s-a bazat pe munca fizicianului indian Satyendra Nath Bose pentru a propune uniforma noua materie. Teoria originală a lui Einstein a fost că, dacă ai răci anumite gaze elementare la o temperatură cu o fracțiune de grad peste zero absolut, funcțiile lor de undă s-ar fuziona pentru a crea un „superatom”. O astfel de substanță va prezenta efecte cuantice la nivel macroscopic. Dar abia în anii 1990 au apărut tehnologiile necesare pentru a răci elementele la asemenea temperaturi. În 1995, oamenii de știință Eric Cornell și Carl Wieman au reușit să combine 2.000 de atomi într-un condensat Bose-Einstein care a fost suficient de mare pentru a fi văzut cu un microscop.
Condensații Bose-Einstein sunt strâns legate de superfluide, dar au și propriul set de proprietăți unice. De asemenea, este amuzant că BEC poate încetini viteza normală a luminii. În 1998, omul de știință de la Harvard Lene Howe a reușit să încetinească lumina la 60 de kilometri pe oră prin strălucirea unui laser printr-o probă BEC în formă de trabuc. În experimentele ulterioare, grupul lui Howe a reușit să oprească complet lumina din BEC prin oprirea laserului pe măsură ce lumina trecea prin eșantion. Acestea au deschis un nou domeniu de comunicații bazat pe calculul luminos și cuantic.
metale Jahn–Teller
Metalele Jahn-Teller sunt cel mai nou copil din lumea stărilor materiei, deoarece oamenii de știință au reușit să le creeze cu succes pentru prima dată doar în 2015. Dacă experimentele sunt confirmate de alte laboratoare, aceste metale ar putea schimba lumea, deoarece au proprietăți atât de izolator, cât și de supraconductor.
Oamenii de știință conduși de chimistul Cosmas Prassides au experimentat prin introducerea rubidiului în structura moleculelor de carbon-60 (cunoscute în mod obișnuit sub numele de fulerene), ceea ce a făcut ca fulerenele să capete o nouă formă. Acest metal este numit după efectul Jahn-Teller, care descrie modul în care se poate schimba presiunea formă geometrică molecule în configurații electronice noi. În chimie, presiunea se realizează nu numai prin comprimarea a ceva, ci și prin adăugarea de noi atomi sau molecule la o structură preexistentă, modificându-i proprietățile de bază.
Când grupul de cercetare al lui Prassides a început să adauge rubidiu la moleculele de carbon-60, moleculele de carbon s-au schimbat de la izolatori la semiconductori. Cu toate acestea, datorită efectului Jahn-Teller, moleculele au încercat să rămână în configurația veche, creând o substanță care a încercat să fie un izolator, dar care avea proprietățile electrice ale unui supraconductor. Tranziția dintre izolator și supraconductor nu a fost niciodată luată în considerare până când au început aceste experimente.
Lucrul interesant despre metalele Jahn-Teller este că devin supraconductori la temperaturi ridicate (-135 grade Celsius, mai degrabă decât 243,2 grade obișnuite). Acest lucru îi aduce mai aproape de niveluri acceptabile pentru producția de masă și experimentare. Dacă se confirmă, putem fi cu un pas mai aproape de a crea supraconductori care funcționează la temperatura camerei, care, la rândul lor, vor revoluționa multe domenii ale vieții noastre.
Materia fotonică
Timp de multe decenii, s-a crezut că fotonii erau particule fără masă care nu interacționează între ele. Cu toate acestea, în ultimii câțiva ani, oamenii de știință de la MIT și Harvard au descoperit noi modalități de a „da” masă ușoară – și chiar de a crea „” care să sară unul de celălalt și să se leagă împreună. Unii au considerat că acesta este primul pas către crearea unei sabie laser.
Știința materiei fotonice este puțin mai complicată, dar este destul de posibil de înțeles. Oamenii de știință au început să creeze materie fotonică experimentând cu gaz rubidiu suprarăcit. Când un foton trage prin gaz, acesta reflectă și interacționează cu moleculele de rubidiu, pierzând energie și încetinind. La urma urmei, fotonul părăsește norul foarte încet.
Lucruri ciudate încep să se întâmple când treci doi fotoni printr-un gaz, creând un fenomen cunoscut sub numele de bloc Rydberg. Când un atom este excitat de un foton, atomii din apropiere nu pot fi excitați în același grad. Atomul excitat se găsește pe calea fotonului. Pentru ca un atom din apropiere să fie excitat de un al doilea foton, primul foton trebuie să treacă prin gaz. Fotonii nu interacționează în mod normal între ei, dar atunci când întâlnesc un bloc Rydberg, se împing reciproc prin gaz, schimbând energie și interacționând unul cu celălalt. Din exterior, fotonii par să aibă masă și să acționeze ca o singură moleculă, deși sunt de fapt fără masă. Când fotonii ies din gaz, ei par să vină împreună, ca o moleculă de lumină.
Aplicația practică a materiei fotonice este încă discutabilă, dar cu siguranță va fi găsită. Poate chiar sabii laser.
Suprauniformitate dezordonată
Când încearcă să determine dacă o substanță se află într-o stare nouă, oamenii de știință se uită la structura substanței, precum și la proprietățile acesteia. În 2003, Salvatore Torquato și Frank Stillinger de la Universitatea Princeton au propus o nouă stare a materiei cunoscută sub numele de suprauniformitate dezordonată. Deși această frază pare un oximoron, în esență sugerează tip nou o substanță care apare dezordonată când este privită îndeaproape, dar este hiperomogenă și structurată de departe. O astfel de substanță trebuie să aibă proprietățile unui cristal și a unui lichid. La prima vedere, acest lucru există deja în plasme și hidrogen lichid, dar recent oamenii de știință au descoperit exemplu firesc unde nimeni nu se aştepta: într-un ochi de găină.
Puii au cinci conuri în retină. Patru detectează culoarea și unul este responsabil pentru nivelurile de lumină. Cu toate acestea, spre deosebire de ochiul uman sau de ochii hexagonali ai insectelor, aceste conuri sunt distribuite aleatoriu, fără o ordine reală. Acest lucru se întâmplă deoarece conurile din ochiul unui pui au zone de excludere în jurul lor, iar acestea nu permit ca două conuri de același tip să fie în apropiere. Datorită zonei de excludere și formei conurilor, acestea nu pot forma structuri cristaline ordonate (ca în cazul solidelor), dar atunci când toate conurile sunt considerate ca unul, ele par să aibă un model foarte ordonat, așa cum se vede în imaginile Princeton de mai jos. Astfel, putem descrie aceste conuri din retina unui ochi de pui ca fiind lichide la o inspecție mai atentă și ca solid când sunt privite de departe. Aceasta este diferită de solidele amorfe pe care le-am discutat mai sus, deoarece acest material superomogen va acționa ca un lichid, iar amorful solid- Nu.
Oamenii de știință încă investighează această nouă stare a materiei, deoarece poate fi, de asemenea, mai comună decât se credea inițial. Acum, oamenii de știință de la Universitatea Princeton încearcă să adapteze astfel de materiale superomogene pentru a crea structuri auto-organizate și detectoare de lumină care răspund la lumina cu o anumită lungime de undă.
Rețele de șiruri
În ce stare a materiei este vidul spațiului? Majoritatea oamenilor nu se gândesc la asta, dar în ultimii zece ani, Xiao Gang-Wen din Massachusetts Institutul de Tehnologieși Michael Levine de la Harvard au propus o nouă stare a materiei care ne-ar putea conduce la descoperirea particulelor fundamentale după electron.
Calea spre dezvoltarea unui model de fluid șir de rețea a început la mijlocul anilor 90, când un grup de oameni de știință a propus așa-numitele cvasiparticule, care păreau să apară într-un experiment când electronii au trecut între doi semiconductori. A fost o zarvă pentru că cvasiparticulele se comportau ca și cum ar avea o sarcină fracțională, ceea ce părea imposibil pentru fizica de atunci. Oamenii de știință au analizat datele și au sugerat că electronul nu este o particulă fundamentală a Universului și că există particule fundamentale pe care nu le-am descoperit încă. Această muncă le-a adus Premiul Nobel, dar mai târziu s-a dovedit că o eroare în experiment s-a strecurat în rezultatele muncii lor. Cvasiparticulele au fost convenabil uitate.
Dar nu toate. Wen și Levin au luat ca bază ideea cvasiparticulelor și au propus o nouă stare a materiei, starea string-net. Principala proprietate a acestui stat este intricarea cuantică. Ca și în cazul suprauniformității dezordonate, dacă te uiți la materia rețelei șirurilor de aproape, arată ca o colecție dezordonată de electroni. Dar dacă o priviți ca o structură întreagă, veți vedea o ordine înaltă datorită proprietăților cuantice încurcate ale electronilor. Wen și Lewin și-au extins apoi munca pentru a acoperi alte particule și proprietăți de încurcare.
Lucrând prin modele computerizate ale noii stări a materiei, Wen și Levin au descoperit că capetele rețelelor șirurilor ar putea produce o varietate de particule subatomice, inclusiv legendarele „cvasiparticule”. O surpriză și mai mare a fost că atunci când materialul din rețea de șir vibrează, o face în conformitate cu ecuațiile lui Maxwell pentru lumină. Wen și Levin au propus că cosmosul este umplut cu rețele de șiruri de particule subatomice încurcate și că capetele acestor rețele de șiruri reprezintă particulele subatomice pe care le observăm. Ei au sugerat, de asemenea, că fluidul string-net ar putea asigura existența luminii. Dacă vidul spațiului este umplut cu fluid, ne-ar putea permite să combinăm lumina și materia.
Acest lucru poate părea foarte exagerat, dar în 1972 (cu zeci de ani înainte de propunerile de plasă de sfoară), geologii au descoperit un material ciudat în Chile - herbertsmithite. În acest mineral, electronii formează structuri triunghiulare care par să contrazică tot ceea ce știm despre modul în care electronii interacționează între ei. În plus, această structură triunghiulară a fost prezisă de modelul de rețea șir, iar oamenii de știință au lucrat cu herbertsmithite artificial pentru a confirma cu exactitate modelul.
Plasmă cuarc-gluon
Vorbind despre ultima stare a materiei de pe această listă, luați în considerare starea care a început totul: plasmă cuarc-gluon. ÎN universul timpuriu starea materiei diferă semnificativ de cea clasică. În primul rând, un mic fundal.
Quarcii sunt particule elementare, pe care îl găsim în interiorul hadronilor (cum ar fi protonii și neutronii). Hadronii constau fie din trei quarci, fie din un quarc și un antiquarc. Quarcii au sarcini fracționale și sunt ținuți împreună de gluoni, care sunt particule de schimb ale forței nucleare puternice.
Nu vedem quarci liberi în natură, ci imediat după Big bangîntr-o milisecundă, au existat quarci și gluoni liberi. În acest timp, temperatura Universului a fost atât de ridicată încât quarcii și gluonii s-au mișcat aproape cu viteza luminii. În această perioadă, Universul a constat în întregime din această plasmă fierbinte de quarc-gluoni. După încă o fracțiune de secundă, Universul s-a răcit suficient pentru a se forma particule grele precum hadronii, iar quarcii au început să interacționeze între ei și gluonii. Din acel moment, a început formarea Universului pe care îl cunoaștem, iar hadronii au început să se lege de electroni, creând atomi primitivi.
Deja în universul modern Oamenii de știință au încercat să recreeze plasmă de quarc-gluon în acceleratoare mari de particule. În timpul acestor experimente, particulele grele, cum ar fi hadronii, s-au ciocnit între ele, creând o temperatură la care quarcii s-au separat pentru o perioadă scurtă de timp. În cursul acestor experimente, am învățat multe despre proprietățile plasmei cuarc-gluon, care era complet fără frecare și mai asemănătoare cu lichidul decât plasma obișnuită. Experimentele cu stări exotice ale materiei ne permit să învățăm multe despre cum și de ce s-a format Universul așa cum îl cunoaștem.
Pe baza materialelor de pe listverse.com
Substanțe uimitoare cu substanțe chimice interesante și proprietăți fizice care sunt create de știință.
Metal care se topește în mâinile tale.
Existența metalelor lichide precum mercurul și capacitatea metalelor de a deveni lichide la o anumită temperatură sunt bine cunoscute. Dar metalul solid care se topește în mâinile tale ca înghețata este un fenomen neobișnuit. Acest metal se numește galiu. Se topește la temperatura camerei și nu este potrivit pentru utilizare practică. Dacă așezi un obiect cu galiu într-un pahar cu lichid fierbinte, acesta se va dizolva chiar în fața ochilor tăi. În plus, galiul poate face aluminiul foarte fragil - este suficient să așezi o picătură de galiu pe o suprafață de aluminiu.
Un gaz capabil să rețină obiecte solide.
Acest gaz este mai greu decât aerul și, dacă umpleți un recipient închis cu el, se va așeza pe fund. La fel ca apa, hexafluorura de sulf poate rezista la obiecte mai puțin dense, cum ar fi o barcă din folie de tablă. Gazul incolor va ține obiectul pe suprafața sa și va părea că barca plutește. Hexafluorura de sulf poate fi scoasă din recipient cu un pahar obișnuit - atunci barca se va scufunda ușor în fund.
În plus, datorită gravitației sale, gazul reduce frecvența oricărui sunet care trece prin el, iar dacă inhalați puțină hexafluorură de sulf, vocea ta va suna ca baritonul de rău augur al Dr. Evil.
Acoperiri hidrofobe.
Tigla verde din fotografie nu este deloc jeleu, ci apă colorată. Este amplasat pe o placă plană, de-a lungul marginilor tratate cu un strat hidrofob. Acoperirea respinge apa, iar picăturile capătă o formă convexă. Există un pătrat perfect brut în mijlocul suprafeței albe și apa se adună acolo. O picătură plasată pe zona tratată va curge imediat în zona netratată și se va îmbina cu restul apei. Dacă scufundați un deget tratat cu un strat hidrofob într-un pahar cu apă, acesta va rămâne complet uscat și se va forma o „bulă” în jurul lui - apa va încerca cu disperare să scape din tine. Pe baza unor astfel de substanțe, este planificată crearea de îmbrăcăminte și sticlă hidrofugă pentru mașini.
Pulbere care explodează spontan.
Nitrura de triiod arată ca o minge de murdărie, dar aparențele pot fi înșelătoare: materialul este atât de instabil încât o atingere ușoară a unui stilou este suficientă pentru a provoca o explozie. Materialul este folosit exclusiv pentru experimente - este periculos chiar să îl mutați dintr-un loc în altul. Când materialul explodează, produce un fum violet frumos. O substanță similară este fulminatul de argint - de asemenea, nu este folosit nicăieri și este potrivit doar pentru fabricarea bombelor.
Gheață fierbinte.
Gheața fierbinte, cunoscută și sub numele de acetat de sodiu, este un lichid care se întărește la cel mai mic contact. Cu o simplă atingere, se transformă instantaneu dintr-o stare lichidă într-un cristal dur de gheață. Se formează modele pe întreaga suprafață, ca pe ferestre pe vreme geroasă, procesul continuă timp de câteva secunde până când întreaga substanță „îngheață”. Când este apăsat, se formează un centru de cristalizare, din care informațiile despre noua stare sunt transmise moleculelor de-a lungul lanțului. Desigur, rezultatul final nu este deloc gheață - așa cum sugerează și numele, substanța este destul de caldă la atingere, se răcește foarte lent și este folosită pentru a face plăcuțe de încălzire chimice.
Un metal cu memorie.
Nitinol, un aliaj de nichel și titan, are capacitatea impresionantă de a-și „aminti” forma inițială și de a reveni la ea după deformare. Tot ce are nevoie este puțină căldură. De exemplu, puteți arunca apă caldă pe aliaj, iar acesta va reveni la forma inițială, indiferent de cât de mult a fost distorsionat anterior. Metodele pentru aplicarea sa practică sunt în curs de dezvoltare. De exemplu, ar fi rezonabil să faceți ochelari din un astfel de material - dacă se îndoaie accidental, trebuie doar să le puneți sub un jet de apă caldă. Desigur, nu se știe dacă mașinile sau orice altceva serios vor fi fabricate vreodată din nitinol, dar proprietățile aliajului sunt impresionante.
