Почему молекулы воды притягиваются друг к другу?

Анонимный вопрос
  · 1,6 K
Вы знаете ответ на этот вопрос?
Поделитесь своим опытом и знаниями
Войти и ответить на вопрос
1 ответ
подумываю стать крутым программистом, но пока что просто пеку хлебушек
Молекулы воды (H2O) связаны между собой водородной связью (которая образуется между электроотрицательным атомом (кислорода О, на примере) и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом). При чем, эти молекулы являются полярными (полярная ковалентная связь, электронное облако связи смещено к атому с большей... Читать далее
Комментировать ответ…
Читайте также

По Эйнштейну, чем ближе тело или частица к скорости света, тем огромнее становится его масса. И вот,в Большом адронном коллайдере, протоны и ионы, движутся почти со скоростью света, и что это значит?

Susanna Kazaryan
Топ-автор
18,3K
Сусанна Казарян, США, Физик

Релятивистской массы нет в природе и, согласно релятивистской механике Эйнштейна, масса остаётся инвариантной и равной массе покоя всегда, независимо от скорости (недоверчивым сюда).

Темп роста энергии частицы (E) с ростом скорости β = v/c (в единицах скорости света c) получен мною здесь. Если тело обладало скоростью β₁ = 0,9 при энергии Е₁, то для достижения скорости β₂ = 0,9...999 (n девятoк после запятой), потребуется энергия E₂ = (3,16)ⁿ⁻¹⋅Е₁. Получается, что с каждой новой девяткой в величине скорости (β), энергия должна быть увеличена в 3,16 раз. Таким образом, неограниченный рост числа девяток (n) в численном значении скорости (β), приводит к неограниченному росту энергии.

Mаксимальная скорость зарегистрированного материального объекта (протона), ускоренного до околосветовых скоростей в космическом пространстве, равна β = 0,9...999 (всего 23 девятки), а соответствующая энергия, E ~ 10¹¹ ГэВ. Области в галактиках и механизмы ускорения до этих скоростей пока неизвестны. Максимальные энергии столкновения протонов, достигнутые на ускорителе БАК (LHC) в ЦЕРН, равны 1,3×10⁴ ГэВ, что в системе отсчёта неподвижной мишени соответствует энергии протона = 9×10⁷ ГэВ или скорости протона β = 0,999 999 999 999 9999 (16 девяток). В обоих случаях масса протона остаётся неизменной и равной массе покоя, 0.938 ГэВ.

Согласно релятивистской механике, со скоростью света (β = 1) могут лететь только безмассовые частицы (фотоны), но и у них есть недостаток − они не могут лететь медленнее.

14 июля  · 12,3 K
Прочитать ещё 11 ответов

Согласно теории Большого взрыва, вся материя была сжата в одной точке. Тогда почему там не образовалась черная дыра?

Копирайтер для B2B. Пишу яркие продающие тексты на сложные темы.

Правильно сказать так: решения уравнений ОТО в приложении к начальным условиям Вселенной дают бесконечности. Математически это называется сингулярность. А вот что там было физически - об этом науке неизвестно. Физики в настоящий момент примерно представляют, что происходило в первые доли секунды (вплоть до 10^-43 с) после Большого взрыва, а также имеют ряд гипотез, объясняющих, как именно этот Большой взрыв мог произойти. Но чтобы вот так однозначно заявить, что дескать материя вся была в одной точке - такого физического описания не существует. Это упрощение.

В целом таймлайн примерно такой:

Точка 0 - Большой взрыв. В рамках теории ОТО не моделируется, потому что все решения уходят в бессмысленные бесконечности. Как, кстати, и сингулярности черных дыр.

Период от 0 до планковского времени (10^-43 с). Все четыре основных взаимодействия (сильное, слабое, электромагнитное и гравитация) были объединены. Поскольку в настоящий момент теоретически выполнено объединение только для трех из четырех взаимодействий, то адекватного научного описания событий в эту эпоху не существует. Это одна из главных проблем космологии на сегодняшний день.

Великое объединение (от 10^-43 до 10^-36 с). В этот промежуток времени температура уже несколько снизилась (примерно до 10^27 К), квантовые эффекты поутихли, произошло отделение гравитационной силы. Название "великое объединение" обусловлено тем фактом, что при энергиях той эпохи три оставшихся взаимодействия сливаются в одно. На сегодняшний день существует несколько теорий Великого объединения, но живьем это объединение никто не наблюдал - энергии, необходимые для этого, лежат далеко за пределами возможностей современных ускорителей частиц.

Электрослабая эпоха (от 10^-36 до 10^-12 с). Вселенная продолжает расширяться, температура продолжает падать, и вот уже энергия снижается ниже предела электрослабого объединения, при котором сливаются вместе слабое взаимодействие и электромагнитное. В этом периоде есть много неясностей, хотя математические модели такого объединения существуют давно, еще академик Сахаров работал над нарушением CP-симметрии. Само нарушение электрослабой симметрии произошло ближе к концу этого периода. Считается, что именно нарушение симметрии электрослабого взаимодействия отвечает за разницу в количестве материи и антиматерии, наблюдаемую во Вселенной.

Инфляционный период (до 10^-32 с). Гипотетический процесс экспоненциального роста пространственной метрики Вселенной. За доли секунды (т.е. между 10^-33 и 10^-32 с) размеры Вселенной выросли в 10^26 раз в каждом из трех измерений. Именно инфляцией объясняется крупномасштабная однородность Вселенной. В мелком масштабе мы видим разнообразные галактики и звезды, но Вселенная в целом - место весьма однообразное. Без привлечения инфляционного периода объяснения этому наблюдаемому факту не было.

Эпоха кварков (до 10^-6 с). Температура снижается настолько, что начинают формироваться кварки. Сильное взаимодействие уже тоже отпочковалось, но температура еще слишком высокая, чтобы сформированные кварки могли объединиться в адроны (нейтроны или протоны, например). Как только энергия снизилась ниже энергии связи адронов, начала формироваться материя.

1 секунда. Температура снижается до нескольких миллиардов кельвинов. Нейтрино перестают взаимодействовать с материей. Примерно в это же время гравитация начинает формировать первые черные дыры. Размеры Вселенной все еще достаточно скромные, а плотность материи велика, поэтому в тех или иных местах Вселенной гипотетически могли образовываться первичные ЧД. Интересно, что эти ЧД могли состоять не из нейтронов и протонов, как обычные черные дыры, а из другой материи, например, тех же нейтрино. А значит, они могут оказаться как раз той таинственной темной материей, которая никак не обнаруживается, но вносит значительный гравитационный вклад в движение галактик.

2 секунды. Эпоха лептонов. В этот период во Вселенной доминировали электроны и другие частицы такого типа - лептоны. Большая часть адронов (т.е. протонов и нейтронов) уже аннигилировала с анти-адронами. А лептоны остались.

10 секунд. Эпоха фотонов. Лептоны тоже аннигилировали со своими анти-частицами с выделением фотонов. В этот период и по сей день во Вселенной начинают доминировать фотоны. Проще говоря, излучения сегодня "больше", чем материи.

20 минут. Формирование первых ядер атомов. Большая часть материи аннигилировала с антиматерией, но оставшейся все равно оказалось много. Температура снизилась до пределов, когда становится возможным ядерный синтез. Возникают первые элементы, в основном водород и его изотопы, но также гелий и литий. Наблюдение за старыми галактиками показывает, что число этих легких элементов в них согласуется с предсказанием теории Большого взрыва.

47,000 лет (и далее). Доминирование материи. В этот плотность материи настолько увеличивается, что гравитационный вклад в общую энергию Вселенной начинает преобладать. Расширение Вселенной замедляется. Примерно 9 миллиардов лет спустя, преобладать начинает темная энергия, и Вселенная вновь начинает расширяться ускоренно, что происходит и по сей день.

100,000 лет. Формируются первые молекулы. Речь, конечно, идет лишь о самых простых и стабильных молекулах, потому что температуры все еще зашкаливают по земным меркам.

370,000 лет. Формируются первые электрически нейтральные атомы. Т.е. протоны начинают захватывать электроны. У этого процесса есть важное следствие: электрически нейтральному атому гораздо сложнее захватить пробегающий мимо фотон (для этого фотон должен передать энергию электрону на орбите). Т.е. фотоны с этого момента получают возможность путешествовать по Вселенной в виде излучения свободно. До этого Вселенная была непрозрачна для излучения. Вот это самое первичное фотонное излучение мы сейчас можем наблюдать в виде микроволнового реликтового излучения. В силу красного смещения, обусловленного расширением Вселенной, изначальный спектр тех фотонов сместился в микроволновую область. Наблюдаемое реликтовое излучение - это одно из самых сильных подтверждений теории Большого взрыва.

100-300 миллионов лет. Формируются первые звезды и крупномасштабные структуры. Первые звезды - это водород и гелий. Огромные, горячие и, увы, пока не обнаруженные напрямую.

350-500 миллионов лет. Первые галактики.

Вот как-то так.

28 июля  · 82,2 K
Прочитать ещё 57 ответов

Чем отличаются друг от друга молекулы льда и воды?

Химик. Пытаюсь сделать мир немножко лучше.  · chemfox.org

Сами молекулы ничем не отличаются, это по прежнему те же самые молекулы воды. Отличается то, как эти молекулы организованны друг относительно друга - межмолекулярное взаимодействие и порядок организации.

25 июля  · 1,4 K

Почему у серебра нет молекул— только атомы или ионы?

Экскурсовод по Петербургу

Если вы возьмёте отдельный атом серебра, то это будет одноатомная молекула. Это относится к любым металлам, их атомы связаны металлическими связями в монолит, но для простоты мы можем считать, что один атом - одна молекула, ибо практически в химических реакциях они реагируют сходным образом, например, серебро растворяется в азотной кислоте, что один атом, что миллиард, а мельчайшая частица вещества, которая несёт его хим. свойства и есть молекула.

5 мая 2015  · 1,2 K
Прочитать ещё 1 ответ

Почему молекула воды H2O?

E. Karell1,3K

@Андрей 40, тут важен механизм сцепления атомов в молекулы. Начать надо, наверное, со строения атома. Как Вы, наверное, знаете, если не углубляться в квантовую механику, а пользоваться простой планетарной моделью, то атомы состоят из ядер (положительно заряженных) и отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг ядер. Но вся штука в том, что они не просто так вращаются, а могут занимать только определенные орбиты, причем на каждой орбите может быть только определенное количество электронов. Сначала электроны занимают ближние к ядру орбиты, если на данную орбиту нельзя пустить больше электронов, то начинает заполняться следующая и т.д. Не будем сейчас обсуждать почему подходит не каждая орбита, а лишь строго определенные и почему для каждой орбиты существует предельно допустимое количество электронов - это отдельная тема. Для нас важно, что при таком заполнении орбит (или как их называют электронных оболочек), все внутренние оболочки оказываются заполенными, а если и остается свободное место для электронов, то только на внешней оболочке. Если внешняя оболочка оказывается заполнена полностью, то такие атомы очень трудно вступают в связь с другими. Пример - благородные газы (аргон, криптон, ксенон, неон, гелий). А вот если во внешней оболочке остаются вакансии, то атом может попробовать посадить на нее электрон из внешней оболочки другого атома, т.е. как бы занять из его оболочки электрон, чтобы заполнить свою оболочку. Тогда получается, что этот самый электрон начинает разрываться между двумя атомами и т.о. между этими атомами образуется связь, объединяющая их в молекулу. Так вот у атома кислорода есть вакансии для двух электронов во внешней оболочке, а у атома водорода всего один электрон. Вообще один. Он же, естественно во внешней оболочке. Вот и получается, что чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку, атому кислорода надо позаимствовать электроны у двух атомов водорода. Один - слишком мало, оболочка еще не будет заполнена и будет стремиться занять электрон еще где-нибудь, три - перебор, потому что завершив заполнение внешней оболочки атом кислорода теряет активность и третий атом водорода ему уже не нужен. Надеюсь, ответил на Ваш вопрос.

14 июня  · < 100