Ūdenī izmestais cukura gabals pēc brīža pazūd - tas kļūst neredzams. Bet ko nozīmē šie pazīstamie vārdi?
Ūdens saldā garša un smarža, kas izplatījās visā telpā, skaidri norāda, ka ne cukurs, ne odekolonu aromātiskās vielas nepazuda. Kas notika ar izšķīdušo cukuru un iztvaicēto odekolonu?
Līdzīgi jautājumi radās cilvēkiem, tiklīdz viņi iemācījās pārdomāt apkārtējās dabas parādības. Kas notiek ar šķidrumu, kad tas iztvaiko? Kāpēc cietās vielas karsējot pārvēršas šķidrumos un atdziestot atkal sacietē? Kā izskaidrot, ka sildot, ķermeņi izplešas, palielinās tilpums? Tam visam bija nepieciešama atbilde, un tas aizņēma cilvēka interesējošo prātu. Un jau pirms daudziem tūkstošiem gadu radās ideja, ka visas vielas sastāv no mazākām un tāpēc neredzamām daļiņām.
Izšķīstot, viela sadalās neredzamās daļiņās, kuras sajauc ar tām pašām neredzamām ūdens daļiņām. Šķidruma daļiņas nokrīt no tās virsmas un aizlidoja, izkliedējot apkārtējā telpā - šķidrums iztvaiko. Tas pats notiek ar jebkuru iztvaikojošu šķidrumu.
Cietās daļiņās daļiņas ir cieši saistītas, bet siltuma ietekmē saikne starp tām vājina un cietā viela pārvēršas šķidrumā. Ķermeņi karsējoties paplašinās, jo palielinās attālums starp neredzamām daļiņām, no kurām tās sastāv.Pieņēmums par šādu vielu “granulētu” struktūru ļāva izskaidrot ļoti daudzas un ļoti dažādas parādības.
Sākumā tas bija tikai drosmīgs minējums. Tajos laikos zinātne vēl bija sākumstadijā un nevarēja nedz pierādīt neredzamo daļiņu esamību, nedz arī tās izpētīt. Bet pagāja gadsimtiem ilgi, un trieciens pārvērtās par stingri pamatotu zinātnisku teoriju. Tagad doktrīna par neredzamām daļiņām ir visu matērijas zinātņu pamatā. Zinātnieki ir atraduši pilnīgi neapstrīdami pierādījumus par šo daļiņu esamību un ir izstrādājuši ģeniālus, precīzus un uzticamus veidus, kā tos izpētīt.
Tātad, ūdenī izmestais cukurs sadalās neredzamās daļiņās. Šīs daļiņas sauc par molekulām. Molekulas ir ļoti mazas. Izmērīt tos ar parastajiem garuma mēriem - centimetriem vai milimetriem - ir tas pats, kas izmērīt matu biezumu kilometros. Neredzamo daļiņu pasaulē tiek pieņemtas to vienības. Šo garuma mēru sauc par angstromu (pēc tā zinātnieka vārda, kurš to piemēroja), un to apzīmē ar A. Tas ir vienāds ar simtdaļas simtdaļas no centimetra.
Molekulu skaits pat niecīgā vielas gabalā ir milzīgs. Iedomājieties, ka jūs iemetāt Baikāla ezerā vienu granulēta cukura graudu. Ja jūs tagad kārtīgi “maisīsit” ezeru tā, lai cukura molekulas vienmērīgi sadalītos visā tā tilpumā, tad katrā litrā Baikāla ūdens būs vairāk nekā divi simti cukura molekulu. Un, ja molekulas, kas veido vienu un to pašu niecīgo kristālu, varētu tikt sadalītas vienādi visiem cilvēkiem, kas dzīvo uz zemes, tad katram būtu divi miljardi molekulu.
Kāpēc vielu īpašības ir atšķirīgas?
Mēs zinām daudz dažādu vielu: sāli, krītu, cukuru, ūdeni, varu, dzelzi, spirtu, etiķi un tā tālāk. Mēs atšķiram šīs vielas pēc izskata, garšas, smaržas un citām raksturīgām pazīmēm, īpašībām. Rodas jautājums: kāpēc vielu īpašības ir atšķirīgas? Kāpēc, piemēram, alkohols ir viegli uzliesmojošs un ūdens - nedegošs? Kāpēc cukurs sakarsē, bet ne sāls?
Ja mēs varētu apsvērt desmitiem miljonu reižu palielinātas molekulas, mēs redzētu, ka molekulas, neatkarīgi no tā, cik mazas, ir veidotas no vēl mazākām daļiņām - atomiem. Atomi, kas veido molekulu, ir cieši savstarpēji saistīti un sakārtoti noteiktā secībā.
Salīdziniet ūdens molekulu ar cukura molekulu
Ūdens molekula sastāv tikai no trim atomiem, un ļoti sarežģītā cukura molekulā ir daudz vairāk, šo molekulu izmēri, svars, atomu savstarpējais izvietojums tajās ir atšķirīgs. Tas ir iemesls atšķirībai starp vielām; to īpašības ir atšķirīgas, jo katra viela sastāv no dažādām molekulām nekā visas pārējās vielas. Un tikai tik ilgi, kamēr vielas molekulas paliek nemainīgas, kamēr mainās to struktūra, viela paliek pati.
Izšķīdinot cukuru, mēs to sadalām atsevišķās molekulās, bet neiznīcinām, nesabojājam pašas molekulas, un cukurs paliek cukurs, saglabā savas īpašības (piemēram, saldo garšu). Nu, un ja jūs ejat tālāk un sadalāt molekulas? Kas tad kļūs par cukuru?
Nu, to var izdarīt!
Lai to izdarītu, vienkārši sasildiet cukuru. Tas izkusīs, kļūst tumšāks, no tā izdalīsies nepatīkami smakojošas gāzes, un drīz no cukura paliks tikai nedaudz gaišas porainas ogles.Augstas temperatūras ietekmē cukura molekulas sadalās, un cukurs pārvēršas vairākās citās vielās, kuru īpašības pilnīgi atšķiras no cukura īpašībām. Daži no tiem izplūst tvaiku un gāzu veidā, bet citi paliek oglekļa palieku veidā. Molekulu iznīcināšana noveda pie cukura iznīcināšanas, tā pārvēršanas citās vielās.
Molekulas nav tikai nenozīmīgi vielas graudi vai pilieni, kas atšķiras no lieliem gabaliņiem un pilieni tikai pēc lieluma. Starp vielas mazākajiem graudiem, kas sastāv tikai no dažām molekulām, un molekulu ir ievērojama atšķirība: graudus var sadalīt daļās, neiznīcinot pašu vielu, to nevar izdarīt ar molekulu.