Определение ИМ с отсчетом и с помехой. 3 страница

Уравнение Е = mc ² раскрывает источник энергии, используемый ядерной энергетикой, что является одним из самых наглядных и убедительных свидетельств верности СТО.

Пример решения задач

Задача. Чему равно релятивистское сокращение двухметрового стержня, который мог бы двигаться мимо нас со скоростью 0,6 с?

Решение. Согласно парадоксу длины:

.

Подставляя численные значения, получим:

Задачи

1. Электрон движется со скоростью 0,80 с. Масса покоя электрона равна 9,1 · 10^{-31 кг. Определить массу движущегося электрона, его энергию покоя, а также полную и кинетическую энергию.}

2. Тело движется со скоростью 2 · 10⁸ м/с. Во сколько раз увеличится при этом его плотность?

3. Ракета движется относительно неподвижного наблюдателя со скоростью v = 0,99 с. Какое время пройдет по часам неподвижного наблюдателя, если по часам, движущимся вместе с ракетой, прошел один год? Как изменятся линейные размеры тел в ракете (в направлении ее движения) для неподвижного наблюдателя? Как изменится плотность вещества в ракете для этого наблюдателя?

4. Масса покоя протона равна 1,67 · 10^{-27 кг. Синхрофазотрон сообщает протонам энергию 1,6 · 10-9} Дж. Во сколько раз такие протоны тяжелее обычных?

Резюме

СТО показала, что материальный мир неизмеримо разнообразнее и богаче, чем люди могли себе представить, исходя лишь из обыденного опыта. Учет в СТО релятивистских эффектов приводит к неожиданным с точки зрения классической механики парадоксам, многие из которых к настоящему времени получили экспериментальное подтверждение. СТО устанавливает границы применимости классической механики.

Контрольные вопросы

1. Какую взаимосвязь между энергией и массой установила СТО?

2. Чему равна длина тела, летящего со скоростью света относительно неподвижного наблюдателя?

Литература

1. Блохинцев Д.И. Пространство и время в микромире. – М., 1970.

2. Лозовский В.Н., Лозовский С.В. Концепции современного естествознания. Учебное пособие для вузов. – Новочеркасск, 1999.

3. Спиридонов О.П. Фундаментальные физические постоянные. – М.: Высшая школа, 1991.

Практическая работа 22
Элементы общей теории относительности (ОТО)

Вводная часть

В 1916 г. А. Эйнштейн опубликовал статью «Основы общей теории относительности» (ОТО). Эта теория установила единство, взаимосвязь и взаимообусловленность пространства, времени и тяготения – одного из фундаментальных взаимодействий в природе. В ОТО классическая механика Ньютона является предельным частным случаем и справедлива для движения тела в относительно слабых гравитационных полях.

ОТО – современная теория тяготения, связывающая его с кривизной четырехмерного пространства-времени. В природе нет гравитационно-нейтральных тел. Поэтому любой эталон прямой, например, луч света, не обладает в поле тяготения свойствами прямой линии. Таким образом, в гравитационном поле нет объектов, которые можно было бы, как в евклидовой геометрии, отождествить с прямыми. Поэтому геометрию нашего пространства естественно считать неевклидовой.

Дополнительная информация. Гравитационное взаимодействие влияет на движение не только массивных тел, но и света. Фотон (квант света), распространяясь в поле Земли вверх, совершает работу против силы тяжести и поэтому теряет энергию. Энергия фотона пропорциональна его частоте, которая также падает. Этот эффект – красное смещение – предсказан А. Эйнштейном еще в 1907 г., но из-за несовершенства измерительной техники экспериментально был обнаружен лишь через полвека. Еще один эффект, предсказанный Эйнштейном, - отклонения луча света в поле Солнца, составляющее угол в 1,75’’.

С точки зрения квантовой теории гравитации, квантами поля тяготения являются гипотетические элементарные частицы – гравитоны. Гравитационные волны имеют малую амплитуду. За косвенное подтверждение их существования американским физикам Р. Хялси и Дж. Тейлору присуждена Нобелевская премия 1993 г.

Из многих физических предсказаний ОТО значительный интерес представляют теоретические исследования состояния равновесия звезд. Их изучение составляет основную цель данной работы.

Ход работы

1. Познакомьтесь с понятием второй космической скорости, т.е. такой скорости, которой должно обладать тело, чтобы преодолеть притяжение гравитационно связанной с ним массы (планета, звезда) и свободно удалиться от нее («уйти в бесконечность»). Эта скорость для шара с массой М и радиусом R определяется следующим образом:

Для Земли (М = 5,98 · 10²⁴кг и R =6,37 · 10⁶м) после подстановки численных значений v = 11 км/с.

2. Рассчитайте вторую космическую скорость для объектов, если известны собственный их радиус (R) и плотность:

а) Солнца 6,96 · 10⁸м и 1,40 · 10³ кг/м³;

б) Юпитера 7,01 · 10⁷м и 1,33 · 10³ кг/м³;

в) Луны 1,74 · 10⁶м и 3,34 · 10³ кг/м³;

г) астероида Цереры 5,0 · 10⁵м и 2,29 · 10³ кг/м³;

Объем шара выразите формулой:

Из анализа полученных результатов, очевидно, что с ростом отношения M/R растет v. Для постоянной массы это будет происходить при уменьшении R, т.е. при сжатии тела. Однако увеличению v и, соответственно уменьшению R препятствует предел скорости, которая, согласно СТО, не может быть больше скорости света в вакууме с.

Соответствующий предельный радиус R_гр, называется гравитационным радиусом; сфера радиуса R _гр, описанная вокруг центра массы тела, - сферой Шварцшильда. Гравитационный радиус – это радиус сферы, внутри которой сила тяготения, созданная массой, лежащей внутри этой сферы, стремится к бесконечности:

3. Рассчитайте R_гр для примеров из задания 2. Гипотетическое тело, сжатое до размеров сферы Шварцшильда, называется «черной дырой» или «коллапсаром». Такие объекты не обнаруживаются непосредственно, т.к. никакие материальные носители, обладающие массой и энергией, не могут покинуть пределов сфер. Отсюда понятен термин «черные», т.е. несветящиеся. Внешние материальные носители поглощаются коллапсаром «безвозвратно», отсюда термин «черная дыра».

Дополнительная информация. Если радиус светила становится меньше гравитационного, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет. Такие объекты могут быть обнаружены лишь косвенными методами, один из которых основывается на следующем факте.

Межзвездный газ при падении в поле тяготения «черной дыры» образует быстро вращающийся диск, при этом часть огромной кинетической энергии частиц переходит в рентгеновское излучение, по которому коллапсар может быть обнаружен. Другой способ косвенного обнаружения – системы двойных звезд с одним видимым партнером, отличающимся траекторией, характерной для общего поля тяготения. В настоящее время известно несколько двойных систем, в которых масса невидимого партнера оценивается в 5-8 солнечных. Предположительно это и есть коллапсары. «Черные дыры» предполагаются в качестве источников активности ядер галактик и квазаров. Одно из самых поразительных предсказаний ОТО – полная остановка времени в очень сильных полях тяготения. Предполагается, что при падении пробного тела на «черную дыру» оно будет достигать гравитационного радиуса по часам удаленного наблюдателя бесконечно долго, но по часам на самом пробном теле это время конечно. Масса «черных дыр» в центре галактик предполагается от нескольких млн. масс Солнца (наша Галактика) до нескольких млрд солнечных масс (галактика М87).

Формула R _гр не ставит никаких ограничений для массы М, однако нижний ее предел обусловлен максимальной плотностью вещества, известной в земных условиях (плотность ядер атомов):

ρ _яд=10¹⁴ г/см³

Для сравнения:

· плотность Земли – 5,5 г/см³

· плотность Солнца – 1,4 г/см³

Выведите формулу для гравитационной плотности ρ_гр (плотность однородного шара, ограниченного сферой Шварцшильда) и рассчитайте это значение для Солнца.

Объем шара выразите формулой:

где R = R _гр Солнца; М = 1,99 · 10³⁰ кг.

Сравните с фактической плотностью Солнца, сделайте вывод, может ли наша звезда быть кандидатом в «черную дыру»?

4. Поскольку ρ_гр пропорционально , то для произвольной звезды справедливо следующее соотношение:

где М ₁ и М ₂ – масса Солнца и звезды соответственно.

Исходя из приведенной формулы, найдите линейное соотношение М ₂ /М ₁, которое обеспечивает гравитационную плотность не выше ядерной.

Предполагается, что плотность вещества т.н. нейтронных звезд на порядок выше ядерной, т.е. для них указанное соотношение может быть меньше и составлять ~ 3. Согласно ОТО, при 1,4 М ₁ ≤ M ₂≤ 3 M ₁ образуются нейтронные звезды, не являющиеся коллапсарами. Вещество таких звезд представлено очень плотно упакованными нейтронами, т.к. все свободные электроны вдавлены в протоны. Предполагаемая средняя плотность нейтронных звезд более 2 · 10¹⁷ кг/м³ при радиусе 10 км. Образование звезд такого типа сопровождается сбросом оболочки, что наблюдается как взрыв сверхновой. Согласно ОТО, при М ₂ > 3 М ₁ образуются истинные коллапсары, т.е. «черные дыры».

Дополнительная информация. В нашей Галактике за современное летоисчисление, т.е. за последние 2000 лет, вспышки сверхновой документально зафиксированы трижды: в XI, XVI, XVIII вв. Эти вспышки – самые грандиозные из известных человеку явлений. Предполагается, что при вспышке сверхновых образуются наиболее тяжелые химические элементы до трансурановых включительно. По образному сравнению П. Дэвиса (1985), чайная ложка вещества нейтронной звезды весит больше всех континентов Земли, время там течет вдвое медленнее земного. В доступных наблюдению галактиках нейтронные звезды обнаруживают с 1967г., их отличие – быстрое изменение интенсивности излучения – мерцание, пульсация, отсюда – синоним «пульсар».По некоторым данным в нашей галактике с периодом в 10млн лет сверхновые вспыхивают в непосредственной близости от Солнца. Дозы космического излучения при этом могут превышать земные в 7 тыс. раз, что чревато резким усилением мутагенеза. Некоторые гипотезы рассматривают исчезновение динозавров как следствие «близкой» вспышки сверхновой.

Резюме

ОТО – завершенная физическая теория, дающая однозначные ответы и предсказания для реально осуществимых экспериментов и наблюдений. В рамках ОТО удалось сформулировать проблему эволюции Вселенной. ОТО имеет свою область применения, вне которой лежат сверхсильные гравитационные поля, где важны квантовые эффекты.

Контрольные вопросы

1. Какие процессы происходят с длиной волны и ее частотой при усилении тяготения?

2. Правилен ли тезис, что конечный этап эволюции звезды однозначно определяется ее массой в период формирования?

Литература

1. Берков А.В., Кобзарев И.Ю. Приложение теории тяготения Эйнштейна к астрофизике и космологии. – М.: 1990.

2. Владимиров Ю.С. Пространство, время, гравитация. – М.: 1984.

3. Девис П. Суперсила. – М.: Мир, 1989.

4. Липовко П.О. Практикум по естествознанию. – Ростов-на-Дону, Феникс, 2001.

5. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие для вузов. – М.: Мир, 2000.

6. Силк Дж. Большой взрыв. – М.: Мир, 1982.

Практическая работа 23
Фундаментальный закон химии и его физический смысл

Вводная часть

Д.И. Менделеев открыл основной закон химии в то время (1869), когда атом считался неделимым, и о его внутреннем строении ничего не было известно. Периодический закон в формулировке Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Периодический закон – объективный закон природы, отражающий существование во Вселенной взаимосвязи между элементами.

В настоящее время известно, что химические свойства атомов зависят от строения их электронных оболочек (изображены в виде окружностей):

Максимальное число электронных оболочек в атоме равно 7, от того, на какой из них находится электрон, зависит его энергия, минимальная - на ближайшей к ядру К -оболочке.

Состояние электронов можно описать набором четырех квантовых чисел.

1. Главное квантовое число n определяет общую энергию электрона на данной орбитали, т.е. в пространстве вокруг ядра, в котором вероятность нахождения элементарной частица достаточно велика. Если электрон, входящий в состав атома, переходит с какого-то уровня на более глубокий, то он излучает один квант лучистой энергии – фотон. Таким образом, n показывает максимально возможное число квантов (1-7), которое может испустить электрон, перемещаясь последовательно с одной орбиту на другую в направлении к ядру атома. Под n = ∞ подразумевается, что электрону сообщена энергия, достаточная для его полного отделения от ядра (ионизация атома).

2. Орбитальное квантовое число l характеризует энергетическое состояние электрона на данном уровне. Электроны одной и той же оболочки могут двигаться по орбитали разного типа, в связи с чем выделяют подоболочки, число которых равно n. Каждый тип орбит, образующих подоболочку, характеризуется числом l, которое может изменяться от 0 до n -1. Для подоболочек используют обозначения буквами s, p, d, f, соответствующими l, равному 0, 1, 2, 3.

3. Магнитное квантовое число m характеризует состояние электрона, обусловленное его орбитальным магнитным моментом, и определяет ориентацию орбитали в пространстве. Таким образом, орбитальный момент импульса электрона квантуется не только по величине, но и по направлению. Как и другие квантовые числа, m является целым и может иметь 2 l +1 значений (от – ℓ до + ℓ).

4. Квантовое спиновое число (магнитное спиновое число) s может иметь лишь два значения (+1/2 или -1/2). Спин – собственный момент импульса частицы, не связанный с движением в пространстве. Каждый электрон, входящий в состав атома, еще и вращается, как планета на орбите, вокруг своей оси. Угловая скорость вращения одинакова для всех электронов Вселенной. Единственное, чем могут различаться электроны, находящиеся в одном атоме, - это направление вращения вокруг своей оси.

Построение электронных оболочек атомов подчиняется трем основным правилам:

1. Принцип Паули (запрет Паули): в атоме не может быть электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми.

2. Принцип наименьшей энергии: в атоме в основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной. Меньшим значениям соответствует меньшее значение суммы n+ℓ. В том случае, когда для двух подоболочек суммы значений n, l равны, сначала идет заполнение подоболочек с меньшим значением n (правила Клечковского).

3. Правило Хунда: при данном значении l, т.е. в пределах определенной подоболочки, электроны располагаются таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным.

Дополнительная информация. Еще до 30-х годов ХХв. Периодическая система состояла из 88 элементов, с учетом свободных клеток в ней было всего 92 места. В 1940 г. был получен первый трансурановый элемент – нептуний, затем в лабораторных условиях были зарегистрированы еще 15 элементов с атомными номерами до 107. Все элементы с атомными номерами более 100 и массовыми числами свыше 257 получают только в ускорителях. Периодическая система является научной основой изучения важнейших свойств элементов и их соединений, играет определенную роль в учении о естественной и искусственной радиоактивности. Полностью на Периодической системе построены гео- и космохимия.

Ход работы

1. Познакомьтесь с принципом расчета количества электронов в оболочке в соответствии с принципом Паули. Формула имеет вид Z (n)=2n². Определите сколько электронов может находится в оболочках К, L, M, N?

Формула распределения электронов по состояниям выводится из принципа Паули. Определите, сколько электронов может находиться в состоянии s, p, d, f?

2. Напишите электронную формулу атома свинца ₈₂ Pb, используя правила построения электронных оболочек.

3. Познакомьтесь с принципом деления электронов на семейства в зависимости от того, какая подоболочка заполняется последней:

1) s- элементы; электронами заполняется s -подоболочка внешней оболочки. К ним относятся два элемента каждого периода. С учетом групповой принадлежности к ним относятся элементы первой и второй главной подгрупп, а также гелий;

2) р -элементы; электронами заполняется р -подоболочка внешней оболочки. Это последние шесть элементов во втором – шестом периодах. С учетом групповой принадлежности к ним относятся элементы III-VIII главной подгрупп, кроме гелия;

3) d -элементы; электронами заполняется d -подоболочка второй снаружи оболочки; на внешней остается 1 или 2 электрона. Эти элементы называются также переходными, т.к. в периодах (начиная с 4-го) они располагаются между s- и р -элементами. С учетом групповой принадлежности d-элементы образуют побочные подгруппы;

4) f -элементы; электронами заполняется f -подоболочка третьей снаружи оболочки; на внешней остается 2 электрона. Это лантаноиды и актиноиды, вынесенные за пределы таблицы.

4. Напишите электронные формулы двух любых s -элементов. Обратите внимание, что внешняя оболочка содержит ns ^a электронов, где а – номер группы, n – периода. Какие свойства характерны для s-элементов (кроме Н и Не)?

5. Напишите электронные формулы двух любых р -элементов. Обратите внимание на структуру их внешнего энергетического уровня - ns ² np ^(a-2). Какие свойства характерны для благородных газов в связи со строением их внешней электронной оболочки?

6. Напишите электронные формулы двух любых d -элементов. Структура их внешнего энергетического уровня имеет вид - ns ² (n -1) d ^1-10. Какие свойства характерны для d -элементов в связи со строением их внешней электронной оболочки?

Резюме

Теория строения атомов объясняет сущность явления периодичности. Возрастание зарядов ядер обуславливает периодическое повторение строения внешнего энергетического уровня, т.е. оболочки. Так как свойства элементов, в основном, зависят от числа электронов на внешнем уровне, то и их свойства периодически повторяются. В этом заключается физический смысл Периодического закона. Главной характеристикой атома является положительный заряд ядра. В связи с этим претерпела изменение и трактовка Периодического закона, современная формулировка которого такова: свойства химических элементов, а также формы и свойства соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов. Такая формулировка вскрывает физический смысл периодичности в изменении свойств химических элементов. Объяснение фундаментального закона химии и природы химических взаимодействий на основе достижений физики является не только примером взаимообогащения наук, но лишний раз демонстрирует единство материального мира.

Контрольные вопросы

1. Почему относительные массы большинства элементов в Периодической системе – дробные числа?

2. Можно ли разложить атом на более мелкие части с помощью химических реакций?

Литература

1. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. – М., 2000.

2. Пиментел Дж., Кунрод Дж. Возможности химии сегодня и завтра. – М., 1992.

3. Поллер З. Химия на пути в третье тысячелетие. – М., 1982.

Практическая работа 24
Элементы космологии

Вводная часть

Из астрономических наблюдений за удаленными галактиками следует, что наша Вселенная расширяется. Закон Хаббла (1929) гласит: все галактики во Вселенной удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними:

v = H · r_r

где v – скорость разлета; r _r – расстояние между галактиками; Н – постоянная Хаббла (одна из мировых констант).

Величина Н рассчитана очень приблизительно и колеблется в пределах 50 – 100 км/с · Мnк. При расчете обычно используют среднее значение равное:

Н = 75 км/с · Мnк.

Постоянная Хаббла Н =1/Т, где Т – время жизни нашей Вселенной. Таким образом, Н – величина, обратная времени. В связи со значительными колебаниями Н возраст Вселенной оценивают в 10 – 20 млрд. лет. Чаще используют среднюю цифру – 15 млрд. лет.

Определение скорости удаления галактик в астрономических наблюдениях основано на эффекте Доплера и измерении красного смещения всех линий в спектре излучения объекта. Значения длин волн, которые принимает наблюдатель в случае покоящегося (λ ₀) или движущегося (λ) излучающего источника, различны, их разность дает т.н. доплеровское смещение волны:

Δλ = λ - λ₀

При скорости объектов, значительно меньшей скорости света, справедливо выражение:

(λ - λ₀)/ λ₀ = z = v/c

где z – относительное смещение спектральной линии («красное смещение»); v – скорость объекта, излучающего свет.

Сдвиг линий в красную область спектра (красное смещение) дает z > 0 и соответствует удалению объекта.

Когда v приближается к скорости света (с), пользуются формулой специальной теории относительности:

Эта формула показывает, что, если v стремится к с, красное смещение может становиться сколь угодно большим.

Дополнительная информация. Суть эффекта Доплера – зависимость частоты волнового импульса при движении источника волн относительно наблюдателя. Это явление иллюстрирует изменение звука предупреждающего сигнала проходящего мимо поезда. Эффект Доплера можно не только «услышать», но и увидеть, периодически погружая палец в воду и равномерно перемещая его в одном направлении. Следуя друг за другом, гребни волн будут сгущаться в направлении движения пальца и становиться более разреженными с другой стороны. Таким образом, длина в направлении вперед станет меньше, в направлении назад – больше обычной. Эффект Доплера имеет место для всех типов волн – звуковых в атмосфере, упругих в твердом теле, световых и волн на воде.

Пример решения задач

Задача. Относительное красное смещение для одной из галактик составляет 0,001. Определите смещение для голубой линии водорода (λ ₀ = 486,1 нм). Какова скорость движения галактики по лучу зрения в направлении наблюдателя? Каково расстояние до излучающего источника?

Решение. По условию z >0, т.е. галактика удаляется. Смещение длины волны Δλ определяют по формуле:

Δλ/λ_{0 =} z

Δλ= z · λ₀ = 0,001·486,1 нм = 0, 486 нм.

Скорость движения галактики:

v = z · c = 0,001 · 3 ·10⁸ м/с = 300 км/с.

Расстояние до галактики (на момент получения данных):

r = v/H = (300 км/с)/(75 км/с∙Мпк) = 4 Мпк.

Задачи

1. Определите скорость удаления галактики, если принятая для нее длина волны спектральной линии кальция составляет λ = 447 нм (λ ₀ = 395 нм).

2. Определите линейную скорость вращения точек на солнечном экваторе, если для зеленой линии водорода с λ₀ = 500 нмдоплеровское смещение равно 0,0035 нм.

3. При годичном движении Земли линии в спектрах звезд, к которым в данный момент направлено движение планеты, смещены в фиолетовую сторону. Определите скорость движения Земли, если для зеленой линии λ_{0 =} 500 нм смещение составляет 0,05 нм.

4. При измерении красного смещения в спектре одного из квазаров установлено, что оно равно 0,16. Определите скорость по лучу зрения, с которой изменяется его расстояние от Земли. Каково расстояние до излучающего источника на момент получения данных?

5. С какой скоростью летит космический корабль, если красный луч лазера, посланный с Земли, кажется космонавту зеленым? Длины волн красного и зеленого цвета составляют 620 и 550 нм. соответственно.

6. Определите скорость, с которой удаляются друг от друга галактики, разделенные расстоянием 10 Мпк.

Резюме

Спектральный анализ позволяет достаточно точно определить характер движения излучающего объекта (приближение или отдаление), его скорость и расстояние от нашей Галактики на момент получения исходных данных. Кроме того, пользуясь законом Хаббла, можно определить радиус Вселенной, т.е. расстояние до ее горизонта, привязывая последний к краевым галактикам, удаляющимся с наибольшей скоростью.

Контрольные вопросы

1. В каком направлении по отношению к наблюдателю движется космический источник, если регистрируется голубое смещение спектральных линий?

2. Определите значение Мпк в системе СИ.

Литература

1. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. – М.: Наука, 1988.

2. Силк Дж. Большой взрыв. – М.: Мир, 1982.

Практическая работа 25
Вода на земле

Вводная часть

В связи с повсеместным распространением воды на нашей планете ее часто рассматривают как «безобидную», инертную жидкость, занимающую большую часть поверхности Земли и пространство внутри живых организмов. Однако вода на Земле существует не в одном, а в трех состояниях – твердом, жидком и газообразном. Гидросфера (водная оболочка планеты) объединяет атмосферную влагу в парообразном состоянии, воду на поверхности земной коры (водоемы и ледники) и в ее толще (грунтовые воды), а также воду в живых организмах. На дне атмосферы и в гидросфере зародилась и протекает жизнь. Вода – не инертное, но в высшей степени реакционноспособное вещество, обладающее необычными свойствами и очень сильно отличающееся от большинства других жидкостей. Вода является наиболее распространенным на нашей планете соединением водорода и кислорода и выполняет ряд уникальных функций.

Ход работы

1. Познакомьтесь со строением молекулы воды, обеспечивающим ее уникальные физические свойства. По сравнению с другими жидкостями вода имеет необычно высокие температуры плавления и кипения, удельную теплоемкость, теплоту плавления, а также большое поверхностное натяжение.

Значительная прочность связей между молекулами в жидкой воде обусловлена электрической полярностью, являющейся результатом специфического распределения электронов в атомах электрона и водорода.

Кислород объединяет пару своих электронов с электронами водорода, при этом средний угол связей Н-О-Н лишь незначительно отличается от величины 109, 5⁰ – угла, соответствующего идеальному тетраэдрическому расположению четырех возможных sp ³ - орбиталей атома кислорода. Характерное расположение электронов в молекуле воды придает ей электрическую асимметрию – каждый из двух атомов водорода обладает частичным положительным зарядом (σ+), атом кислорода несет частичный отрицательный заряд (σ-). Таким образом, молекула воды хоть и не имеет суммарного заряда, но представляет собой электрический диполь, подобный магниту. Благодаря дипольному моменту, молекулы воды взаимодействуют друг с другом сильнее, чем у других веществ. Связи притяжения между молекулами воды определяются в основном их полярной природой. Этот тип электростатического взаимодействия называют водородной связью. Так как расположение электронов вокруг атома кислорода близко к тетраэдрическому, то каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя соседними.

Дата добавления: 2015-07-24