Движение молекул

Насколько малы молекулы и как много их в любом теле, можно видеть из такого примера. Представьте себе, что мы взяли стакан воды и при помощи особой краски переметили все находящиеся в этой воде молекулы.

Выльем этот стакан воды с мечеными молекулами в океан и перемешаем воду равномерно между всеми океанами, морями и реками мира. Если теперь в любом месте зачерпнуть стакан воды, то в нём окажется около сотни знакомых нам меченых молекул!

Молекулы так малы, что трудно представить себе их состоящими из ещё более мелких частиц. А между тем молекулы действительно состоят из ещё более мелких частиц, которые теперь и называются атомами.

Рис. 1. Если сложить вместе столько песчинок, сколько содержится молекул воздуха в одном кубическом сантиметре, то получится куча, которая закроет большой завод.

В нашей книжке, однако, мы будем рассматривать такие свойства тел и такие их изменения, при которых сложное устройство молекул никак не сказывается. Поэтому мы будем молекулы представлять себе в виде очень маленьких твёрдых шариков, не задумываясь о том, как они устроены.

Рис. 2. Так выглядят в электронном микроскопе молекулы одного сложного химического соединения.

Несмотря на то, что молекулы нельзя увидеть даже в самый сильный из обычных микроскопов, учёные нашли способы с полной достоверностью доказать их существование. А в недавнее время удалось построить замечательный прибор — электронный микроскоп, который увеличивает настолько сильно, что с его помощью можно увидеть и отдельные молекулы! На рисунке 2 изображена сделанная при помощи электронного микроскопа фотография молекул одного сложного химического соединения. Правда, такие молекулы являются гигантами в мире молекул. Обычно же молекулы настолько малы, что и в электронный микроскоп мы не можем их увидеть.

Каковы же свойства молекул?

«Первым и самым важным из прирождённых свойств материи является движение», — писали около 100 лет тому назад Маркс и Энгельс. Молекулы не находятся в покое, а непрестанно движутся.

Очевидно, и частицы воздуха, беспорядочно двигаясь, непрерывно ударяются, как бы обстреливают наши тела. Почему же мы не чувствуем этих ударов? Объяснение очень простое: молекулы, как мы знаем, чрезвычайно малы и легки, и наши органы чувств не воспринимают слабых ударов отдельных молекул. Не чувствуем же мы увеличения тяжести надетой на голову шляпы, когда на неё сядет комар. А комар состоит из многих миллиардов молекул!

Другое дело, если быстро движущаяся молекула ударяется об очень небольшую частицу, по размерам сравнимую с ней. В этом случае удар уже не пройдёт бесследно для частицы.

Каждый из вас не раз видел, конечно, как солнечный луч, попадая в тёмную комнату через щель ставня или неплотно задёрнутую штору, пронизывает воздух и делает видимым множество находящихся в нём мельчайших пылинок. Какое беспорядочное движение можно наблюдать при этом! Пылинки причудливо мечутся и кружатся, напоминая рой мошек в тёплый летний вечер. Такое же беспорядочное движение можно увидеть, если, вооружившись микроскопом, присмотреться к частичкам дыма обычной папиросы. И такое же причудливое движение совершают мельчайшие частицы, если поместить их в жидкость. Сложные запутанные узоры выписывают, например, частицы цветочной пыльцы, высыпанной в воду.

Пылинки неутомимы в своём движении! Сколько бы времени ни наблюдать — час, день, неделю, — пылинки с одинаковым усердием будут продолжать свою бесконечную пляску. В чём причина этого движения? Что заставляет частицы постоянно изменять свой путь, неожиданно бросаться в сторону, как будто наскочив на невидимое препятствие?

На первый взгляд, ответ очень прост: ведь окружающий нас воздух никогда не бывает полностью спокоен. Даже когда нет ощутимого ветра, и тогда движутся навстречу друг другу и взаимно перемешиваются потоки тёплого и холодного воздуха. Такие же тепловые потоки наблюдаются и в воде, нагретой в одном месте больше, чем в другом.

Не эти ли потоки, сталкиваясь друг с другом и взаимно перемешиваясь, заставляют пылинки двигаться? Ну, что же, это можно проверить! Возьмём стакан с водой, к которой подмешана цветочная пыльца, обмотаем его ватой, чтобы защитить и от нагревания и от охлаждения, и поставим на стол вдали от окна. Пройдёт несколько часов или, если хотите, дней, и вся жидкость сделается одинаково нагретой — тепловые потоки в ней исчезнут. Вероятно, и наши пылинки, не подгоняемые более, не движутся. Но вооружимся микроскопом, и мы снова увидим, что среди пылинок царит прежнее оживление; как и раньше, они беспорядочно мечутся, подгоняемые какой-то неведомой силой.

Значит, не перемешивание жидкости или газа, вызванное разной нагретостью его отдельных слоёв, — причина движения пылинок.