Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул - Кейт Бибердорф

Чтобы избежать этой неловкой ситуации, я покупаю купальники с содержанием нейлона и лайкры. И если у меня есть возможность приобрести купальник из переработанного нейлона, то я выберу его. В процессе переработки одежды старые полимеры разрушаются под действием высоких температур и высокого давления. Тем не менее, когда дело касается покупки купальника, для меня важнее его посадка и то, как хорошо он будет держаться на моем теле.

Моего мужа совершенно не заботит то, как сидят на нем пляжные шорты. Он просто хочет носить что-то легкое и водоотталкивающее, поэтому покупает шорты из полиэстера и спандекса. Вода буквально скатывается с его шорт; однако ему нужно использовать шнурки, чтобы шорты не упали, поскольку ткани в них обладают разной эластичностью.

Когда мы приезжаем к океану, я везде вижу одежду из спандекса. Купальники, гидрокостюмы, велосипедные джерси, одежда для пляжного волейбола, пляжные накидки… Если приглядеться, то эти волокна можно обнаружить даже в шляпках.

Но почему мы носим шляпки и накидки на пляже? От чего мы пытаемся защититься? Дело в очень вредном солнечном свете, провоцирующем рак. Но что такое свет? Это тоже химия? Да! По правде говоря, все, что вы видите, взаимодействует со светом. Красная книга в углу комнаты излучает видимый свет в красной области светового спектра, а ваша фиолетовая рубашка излучает свет в фиолетовой области. Свет от лампы или экрана мобильного телефона представляет собой инфракрасное излучение (ИКИ) или тепловое излучение (именно поэтому они нагреваются). А если ваши шторы открыты, то вы подвергаетесь ультрафиолетовому излучению. Итак, если вы не сидите в полной темноте, вы так или иначе взаимодействуете со светом.

Ученые исследуют свет уже достаточно давно. В те времена, когда считалось, что мир состоит из четырех элементов: огня, воды, воздуха и земли, греческий философ Эмпедокл сделал предположение, что из наших глазных яблок вырывается огонь, освещающий окружающие нас предметы и позволяющий нам видеть.

У этой теории имелось множество недостатков, и самым главным было то, что если наши глаза стреляли огнем, то мы должны были видеть в темноте. Между прочим, именно Эмпедокл стал автором идеи того, что мир состоит из четырех элементов. Он ошибался в обоих случаях; как мы знаем, у людей нет стреляющих огнем глаз, как у Циклопа из «Людей Икс».

И только в 1600-х годах французский философ Рене Декарт предположил, что свет похож на волну. В то время Леонардо да Винчи уже выяснил, что звук распространяется волнами; поэтому Декарт логично предположил, что свет может распространяться подобным образом. Одна эта идея полностью изменила наше представление о всех атомных элементах, включая протоны, электроны и нейтроны, а также их способности одновременно существовать и в форме частиц, и в форме волн.

Когда я говорю о волнах, пожалуйста, представляйте океанскую волну. Волна всегда исходит от какого-то источника энергии (например, гидроцикла или лодки), а затем распространяется по воде, пока не достигнет земли или не обойдет остров. Если мы говорим о звуковых волнах, это значит, что они могут огибать препятствия (к примеру, стены), так как мы можем слышать таймер духовки на кухне, находясь в другой комнате. Человеку не нужно видеть таймер или находиться рядом с ним, чтобы услышать его сигнал.

Теория того, что свет распространяется как волна, имела какой-то вес, потому что объясняла, почему свет проходит через разные жидкости с разной скоростью. Но если бы свет вел себя как звук, то он точно так же должен был бы огибать препятствия на своем пути. Главная проблема этой теории заключалась в том, что мы не сможем увидеть луч фонарика через кирпичную стену. Несмотря на то, что свет частично вел себя как волна, ученые понимали, что волновая теория не совсем подходит для объяснения света.

Всего несколько лет спустя английский физик Исаак Ньютон посмертно опубликовал работу малоизвестного французского философа, в которой рассматривались недостатки волновой теории света. Этот философ, Пьер Гассенди, утверждал, что свет больше похож на частицу, чем на волну, ведь он ведет себя как предмет с массой. В некотором смысле его догадки оказались правдивы – и это стало основной того, что сейчас мы называем фотоном, – однако данная теория также имела и ряд недостатков.

Если свет представлял собой частицу, то логично было бы предположить, что стена не будет пропускать все формы света. Ведь стена останавливает все, что имеет массу, например бейсбольный мяч. Мы не можем подкинуть мяч и ждать, когда он пройдет сквозь стену; то же самое касается и света, поскольку он не может проходить сквозь препятствия или огибать их. Да, с какой-то стороны эти суждения кажутся правдой; но это совершенно не объясняет преломления света, из-за которого получается радуга, или то, как свет, к примеру, огибает края двери. Если бы свет состоял из тысяч крошечных частиц, движущихся по прямой, такие явления были бы невозможны.

Чтобы не растягивать и так длинную и запутанную историю, давайте перенесемся в 1920-е годы, когда французский физик Луи де Бройль предположил, что вся материя обладает свойствами волн и частиц. Именно так люди узнали о корпускулярно-волновом дуализме.

Корпускулярно-волновой дуализм – это один из фундаментальных принципов химии, так как с его помощью можно объяснить, почему в определенных условиях частицы (например, протоны, нейтроны и электроны) действуют как волны. Мы можем использовать «волновую механику» для предсказания расположения электронов в атоме или молекуле и из полученной информации узнать все, что необходимо знать о солнечном свете.

Помните, в первой части книги мы рассматривали атомные орбитали? Все s, p, d и f-орбитали выводятся из одного уравнения (уравнения Шрёдингера), полученного из корпускулярно-волнового дуализма. По правде говоря, при решении данного уравнения у вас получится число (строка в периодической таблице) и буква (орбиталь) для определенного электрона. Это был первый раз, когда ученые практически точно смогли определить энергию электрона и его положение относительно ядра. А все благодаря нашему дорогому другу, австрийско-ирландскому физику Эрену Шрёдингеру.

Теория корпускулярно-волнового дуализма применялась не только к материи, она казалась вполне подходящей для объяснения упомянутых выше свойств солнечного света.

Ученые выяснили, что свет на Земле (в том числе и на пляже) исходит от солнца в виде электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение – это общий термин, обозначающий любую форму энергии, перемещающуюся (или излучающуюся) в электромагнитном поле. Энергия в пространстве движется в виде двух перпендикулярных волн (электрической и магнитной); отсюда и произошло название