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

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.

Железо – Fe (26 p+, 29 n, 26 e-)

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.

Алюминий – Al (13 p+, 13 n, 13 e-)

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.

Фосфор – P (15 p+, 15 n, 15 e-)

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.

Через некоторое время Бранд продал секрет изготовления фосфора одному своем коллеге, и постепенно информация разошлась по Европе. Вскоре было обнаружено, что очень много фосфора содержится не только в моче, но и в костях и прочих тканях человека, а также других животных. И не только животных, – в растениях полно фосфора, именно поэтому рост сельскохозяйственных культур сильно ускоряют вносимые в почву фосфатные удобрения.

Ну, а сколько конкретно в человеческом теле этого химического элемента? Если принять массу тела за 70 кг, то фосфора в нем будет около килограмма, причем 90 % всего фосфора сосредоточено в костях в виде разных соединений. Любопытно, что при разложении трупов фосфор, находящий в тканях, может высвобождаться в виде бесцветного газа – фосфористого водорода. Он имеет свойство возгораться и при этом светиться слабеньким холодным пламенем. Днем такое пламя совершенно незаметно, а вот ночью… Ночью на кладбищах над свежими могилами порой можно наблюдать колеблющийся факел слабого свечения, похожий на привидение. Эти светящиеся «призраки» издревле пугали людей. Вы не были ночью на кладбище? Сходите, вдруг повезет, и вы станете свидетелем интересного физического явления.

Кальций – Ca (20 p+, 20 n, 20 e-)

Очень важный для человека металл и один из самых распространенных элементов на Земле. В природе кальций встречается не в чистом виде, как, например, самородное золото, а в виде солей, из которых состоят многие горные породы. Известняк, мел, мрамор – примеры таких пород.

Почти все наши стройматериалы – бетон, кирпич, цемент – содержат соединения кальция.

Ну, а раз кальция много в земной коре, его немало и внутри наших организмов, поскольку жизнь на Земле возникала из тех элементов, которые были в наличии. А как иначе?

В каждом взрослом человеке среднего веса содержится примерно 1,5 кг кальция, причем практически весь он сосредоточен в костях.

В наш организм кальций поступает с пищей и водой. Если в воде много солей кальция, она называется жесткой.

Калий – K (19 p+, 20 n, 19 e-)

Этот металл – брат кальция, в таблице Менделеева расположен рядом с ним. В чистом виде в природе калий тоже не встречается в силу своей активности – он так и норовит вступить с другими элементами в реакцию, образовав какие-нибудь соединения. Поэтому искусственно полученный чистый калий перевозят в специальных герметично запаянных банках, заполненных инертным газом.

Чистый калий применяют в химической промышленности, но брать его надо очень осторожно – в перчатках и маске, потому что калий воспламеняется буквально от капли воды. С большими же количествами калия вообще работают в специальных камерах, заполненных инертным газом. Дышать там нечем, поэтому приходится надевать специальные скафандры. Если же калий случайно загорится, тушить его водой, как вы понимаете, бесполезно – это все равно, что заливать костер бензином. Горящий калий гасят, засыпая его натриевой солью, то есть обычной поваренной солью, которую мы кладем в суп.

В нашем организме соли калия играют очень важную роль, они, например, участвуют в передаче сигнала по нервам. В организме среднего человека содержится примерно 150 г калия. Нехватка калия может привести к сердечному приступу.

При этом цианистый калий, то есть химическое соединение калия с углеродом и азотом, является одним из самых сильных ядов, известных человечеству. Достаточно нескольких крохотных крупинок этого опасного вещества, чтобы убить человека.