Александр Никонов - Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

Людям всегда свойственно тревожиться за свое будущее, и они постоянно задаются такого рода опасливыми вопросами по поводу разных ископаемых и прочих запасов. А что будет, когда закончится нефть? А что будет, когда закончится газ? Металлические руды? Не помрем ли мы?.. Но никогда до полного исчерпания и помирания дело не доходит, потому что с помощью ума и природной сообразительности человечество каждый раз находит замену тающему на глазах ресурсу. Сначала люди делали орудия труда и охоты из камня под названием кремень. Но не успели его запасы исчерпаться, как человечество изобрело плавку металла… Сначала жгли в печах дерево, а когда Европа «облысела» почти до конца, нашли новое топливо – уголь. Не успел кончиться уголь, стали использовать нефть в качестве топлива…

Так было и с селитрой. Человечество решительно не погибло, а просто стало производить азотные удобрения из воздуха, где этого азота полным-полно.

Этот яркий представитель инертных газов был открыт в конце XIX века специалистом в области физической химии Рамзаем. Инертными называют все газы, стоящие в 8 столбике таблицы Менделеева – аргон, криптон, гелий, ксенон, радон, поскольку все они обладают одинаковым свойством инертности, то есть весьма неохотно вступают в химические реакции с другими элементами. Атомы этих газов настолько «ленивые» на реакции, что даже между собой не дружат – их молекулы, в отличие от привычных нам газов, состоят всего из одного атома. И все эти газы открыл головастый Рамзай (некоторые, правда, совместно с физиками Рэлеем и Резерфордом).

Если инертным газом заполнить стеклянную трубку и подать на ее концы напряжение, газ в трубке начнет светиться. Цвет свечения зависит от сорта газа: неон, например, горит оранжевым. Подобные трубки эти получили название газоразрядных, но чаще их называют просто неоновыми лампами. Такие лампы стали применять в рекламе, поскольку, во-первых, это красиво; а во-вторых, удобно – трубки можно гнуть в виде букв, делая светящиеся завлекательные надписи.

Мы живем в железном веке, и этим все сказано. До железного человечество жило в веках бронзовом и медном, а еще раньше полуголые дикари бегали по планете с каменными орудиями, поэтому их эпоха называлась каменным веком. Какой отсюда вывод? Железо круче! Из железа с небольшим содержанием углерода (до 2 %) делают сталь, которую не зря называют хлебом промышленности.

На самой заре железного века железа было мало и оно ценилось дороже золота. Причем если золото находили уже готовым – в виде самородков, то железо приходилось с помощью высоких температур восстанавливать из природной ржавчины – руды. Преимущества железа были людьми быстро оценены – высокие прочность и твердость. Поэтому производство железа неустанно развивалось, и через некоторое время стоимость железа упала намного ниже стоимости золота.

Между прочим, почти весь лес в Европе в свое время извели не столько для отопления жилищ, сколько для нужд металлургии, так как древесный уголь использовался при выплавке стали.

Железо используется человеком не только «снаружи», но и «изнутри» – именно оно придает нашей крови красный цвет и участвует в процессе переноса по организму живительного окислителя – кислорода. При недостатке железа в организме наступает анемия, то есть упадок сил. Железа в человеке около 4 граммов.

Алюминия на планете много. Но и он когда-то стоил дороже золота, потому что сначала этот металл добывался не промышленным, а лабораторным способом, в небольших количествах, для изучения. Будучи впервые полученным, алюминий немало поразил просвещенную публику – никто не ожидал, что металл может быть таким легким! Посмотрев, где в таблице Менделеева находится алюминий, вы и сами можете в этом убедиться – он располагается ближе к левому верхнему углу. Если атомный вес железа 55 единиц, то алюминия – всего 26.

После первого появления, в силу редкости и дороговизны из алюминия стали делать ювелирные украшения и ложки с вилками. Это сейчас алюминиевые ложки – признак бедности и солдатчины, их никто не любит. А сто с лишним лет назад алюминиевая посуда считалась высшим шиком, с нее ели только особы королевской крови.

Однако потом были придуманы способы промышленной добычи, и алюминий начали изготавливать десятками и сотнями тысяч тонн. Из-за его легкости алюминий широко применяют в авиации, из него делают электропровода и посуду.

В организме человека содержится ничтожное количество алюминия. Его роль в организменных процессах не вполне понятна, но известно, что в результате дефицита этого элемента у животных возникают задержки роста, начинаются проблемы с размножением, теряется координация движений. У людей дефицита этого микроэлемента не наблюдалось. Зато наблюдалось обратное – его избыток. И вот избыточные дозы алюминия весьма опасны для здоровья. Алюминий токсичен и может вызывать поражение костной ткани, почек, нервной системы, при его избытке ухудшается память, могут развиться такие опасные заболевания, как болезнь Альцгеймера.

Это желтовато-белое, мягкое, легковоспламеняемое и чертовски ядовитое вещество, которое может светиться в темноте. Последнее – самое интересное свойство фосфора, которое принесло ему славу. Свечение фосфора принципиально отличается от свечения радия, поскольку ни о каком распаде, ни о какой радиации в случае с фосфором речь не идет. Фосфор светится просто потому, что активно реагирует с кислородом воздуха (по сути, медленно горит) с выделением лучистой энергии. Он может даже самовоспламениться на воздухе, поэтому фосфор хранят в воде.

Несмотря на свою крайнюю ядовитость, фосфор является необходимым элементом для строительства нашего тела; при этом понятно, что получаем мы его вместе с пищей не в чистом виде, а в составе неядовитых соединений. Впервые фосфор был выделен алхимиками из человеческой мочи более трехсот лет назад, что как раз говорит о большом содержании фосфора в организме.

Немецкий алхимик Геннинг Бранд в поисках золота обратил внимание на человеческую мочу, задавшись резонным вопросом: а не золото ли придает моче столь красивый желтоватый цвет? Геннинг начал мочу кипятить, выпаривать, смешивать с другими веществами. Вонища стояла, ужас!.. Никакого золота он в результате этих операций не получил, конечно, но зато добыл белое, светящееся в темноте вещество. Которое хитрый Бранд превратил в золото другим способом – не химическим, а психологическим. Ведь до этого человечество никаких самосветящихся веществ не знало. Поэтому Бранд немедленно стал показывать вновь открытое вещество богачам в качестве огромного достижения. Богачи немало удивлялись и давали изобретателю деньги золотыми монетами на дальнейшие исследования.