تعاملات ضعیف چیست و چه ویژگی هایی دارد؟ تعامل ضعیف توسعه دیدگاه های علمی در مورد برهمکنش ذرات قبل از ایجاد تکاملی نظریه "یکپارچگی بزرگ"

فسفر در چندین تغییر آلوتروپیک شناخته شده است: سفید، قرمز، بنفش و سیاه. در عمل آزمایشگاهی با تغییرات سفید و قرمز مواجه می شویم.

فسفر سفید یک جامد است. که در شرایط عادیمایل به زرد، نرم و ظاهرشبیه موم است به راحتی اکسید شده و مشتعل می شود. فسفر سفید سمی است و سوختگی های دردناکی روی پوست ایجاد می کند. برای فروش فسفر سفیدبه شکل چوب هایی با طول های مختلف با قطر 0.5-2 می آید سانتی متر.

فسفر سفید به راحتی اکسید می شود و به همین دلیل در ظروف شیشه ای تیره که به دقت مهر و موم شده اند در اتاق هایی با نور کم و نه خیلی سرد در زیر آب ذخیره می شود (برای جلوگیری از ترک خوردن شیشه ها به دلیل یخ زدن آب). مقدار اکسیژن موجود در آب و فسفر اکسید کننده بسیار کم است. 7-14 است میلی گرمدر هر لیتر آب

هنگامی که در معرض نور قرار می گیرد، فسفر سفید به رنگ قرمز تبدیل می شود.

با اکسیداسیون آهسته، فسفر سفید می درخشد و با اکسیداسیون شدید، مشتعل می شود.

فسفر سفید با موچین یا انبر فلزی گرفته می شود. تحت هیچ شرایطی نباید آن را با دستان خود لمس کنید.

در صورت سوختگی با فسفر سفید، محل سوخته را با محلول AgNO 3 (1:1) یا KMnO 4 (1:10) بشویید و بانداژ مرطوب آغشته به همان محلول ها یا محلول 5٪ سولفات مس را بمالید. سپس زخم را با آب شسته و پس از صاف کردن اپیدرم، بانداژ وازلین را با متیل ویولت بمالید. برای سوختگی شدید با پزشک مشورت کنید.

محلول های نیترات نقره، پرمنگنات پتاسیم و سولفات مس فسفر سفید را اکسید کرده و در نتیجه اثر مخرب آن را متوقف می کند.

در صورت مسمومیت با فسفر سفید یک قاشق چایخوری محلول سولفات مس 2 درصد را به صورت خوراکی مصرف کنید تا زمانی که استفراغ ایجاد شود. سپس با استفاده از آزمون Mitscherlich بر اساس لومینسانس، وجود فسفر تعیین می شود. برای انجام این کار، آب اسیدی شده با اسید سولفوریک به استفراغ فرد مسموم اضافه می شود و در تاریکی تقطیر می شود. هنگامی که محتوای فسفر مشاهده می شود، درخشش بخار مشاهده می شود. دستگاه مورد استفاده فلاسک Wurtz است که به لوله کناری آن یک یخچال Liebig متصل شده و از آنجا محصولات مقطر وارد گیرنده می شود. اگر بخار فسفر به محلول نیترات نقره هدایت شود، رسوب سیاهی از نقره فلزی رسوب می کند که طبق معادله ای که در آزمایش احیای نمک های نقره با فسفر سفید داده شده است، تشکیل می شود.

قبلا 0.1 جیفسفر سفید یک دوز کشنده برای بزرگسالان است.

فسفر سفید را با چاقو یا قیچی در ملات چینی زیر آب برش دهید. هنگام استفاده از آب در دمای اتاق، فسفر خرد می شود. بنابراین بهتر است استفاده شود آب گرم، اما نه بیشتر از 25-30 درجه. پس از برش فسفر به آب گرماو منتقل می شود آب سردیا با یک جریان آب سرد خنک کنید.

فسفر سفید یک ماده بسیار قابل اشتعال است. بسته به غلظت اکسیژن هوا در دمای 36-60 درجه مشتعل می شود. بنابراین، هنگام انجام آزمایش ها، برای جلوگیری از تصادف، لازم است هر دانه آن را در نظر گرفت.

خشک کردن فسفر سفید با استفاده سریع از آزبست نازک یا کاغذ صافی روی آن و جلوگیری از اصطکاک یا فشار انجام می شود.

اگر فسفر مشتعل شود با ماسه، حوله مرطوب یا آب خاموش می شود. اگر فسفر سوزانده شده روی یک ورق کاغذ (یا آزبست) باشد، این ورق نباید لمس شود، زیرا فسفر مذاب در حال سوختن می تواند به راحتی ریخته شود.

فسفر سفید در 44 درجه ذوب می شود و در 281 درجه می جوشد. فسفر سفید در زیر آب ذوب می شود، زیرا فسفر مذاب در تماس با هوا مشتعل می شود. با همجوشی و سرد شدن بعدی، فسفر سفید را می توان به راحتی از زباله ها بازیابی کرد. برای انجام این کار، ضایعات فسفر سفید حاصل از آزمایش‌های مختلف، که در یک بوته چینی با آب جمع‌آوری شده‌اند، در یک حمام آب گرم می‌شوند. اگر تشکیل یک پوسته روی سطح فسفر مذاب قابل توجه است، کمی HNO 3 یا مخلوط کروم اضافه کنید. پوسته اکسید می شود، دانه های کوچک به هم می پیوندند وزن مجموعو پس از سرد شدن با جریان آب سرد یک تکه فسفر سفید به دست می آید.

بقایای فسفر هرگز نباید در سینک ریخته شود، زیرا تجمع آن در خم های زانویی لوله های تخلیه می تواند باعث سوختگی کارگران تعمیر شود.

تجربه. ذوب و فوق سرد کردن فسفر سفید مذاب.یک تکه فسفر سفید به اندازه یک نخود در یک لوله آزمایش با آب قرار داده می شود. لوله آزمایش در شیشه ای قرار می گیرد که تقریباً تا بالا با آب پر شده است و در حالت عمودی در یک گیره سه پایه محکم می شود. شیشه کمی گرم می شود و با استفاده از دماسنج دمای آب لوله آزمایش تعیین می شود که در آن فسفر ذوب می شود. پس از اتمام ذوب، لوله آزمایش به یک لیوان آب سرد منتقل شده و انجماد فسفر مشاهده می شود. اگر لوله آزمایش ثابت باشد، در دمای کمتر از 44 درجه (تا 30 درجه) فسفر سفید در حالت مایع باقی می ماند.

حالت مایع فسفر سفید که در زیر نقطه ذوب آن سرد می‌شود، حالت فوق‌سرد شدن است.

پس از پایان آزمایش، برای سهولت در استخراج فسفر، مجدداً آن را ذوب کرده و لوله آزمایش را با سوراخ به سمت بالا در یک ظرف با آب سرد غوطه ور می کنند.

تجربه. یک تکه فسفر سفید را به انتهای سیم وصل کنید.برای ذوب و جامد کردن فسفر سفید، از یک بوته چینی کوچک با فسفر و آب استفاده کنید. آن را در یک لیوان با آب گرم و سپس سرد قرار می دهند. برای این منظور مفتول آهنی یا مسی به طول 30-25 بگیرید سانتی مترو قطر 0.1-0.3 سانتی متر. هنگامی که سیم در فسفر جامد فرو می رود، به راحتی به آن می چسبد. در صورت عدم وجود بوته، از لوله آزمایش استفاده می شود. اما به دلیل صاف نبودن سطح لوله آزمایش، گاهی اوقات برای استخراج فسفر لازم است آن را بشکنید. برای حذف فسفر سفید از سیم، آن را در یک لیوان آب گرم فرو کنید.

تجربه. تعریف وزن مخصوصفسفردر 10 درجه وزن مخصوص فسفر 1.83 است. تجربه این امکان را فراهم می‌کند تا بررسی شود که فسفر سفید سنگین‌تر از آب و سبک‌تر از H2SO4 غلیظ است.

هنگامی که قطعه کوچکی از فسفر سفید با آب و H 2 SO 4 غلیظ (وزن مخصوص 1.84) به لوله آزمایش وارد می شود، مشاهده می شود که فسفر در آب فرو می رود، اما روی سطح اسید شناور می شود و به دلیل ذوب شدن گرمای آزاد شده هنگام غلیظ شدن H 2 SO در آب حل می شود.

برای ریختن H 2 SO 4 غلیظ در یک لوله آزمایش با آب، از یک قیف با گردن بلند و باریک که به انتهای لوله آزمایش می رسد استفاده کنید. اسید را بریزید و قیف را با احتیاط از لوله آزمایش خارج کنید تا باعث مخلوط شدن مایعات نشود.

در پایان آزمایش، محتویات لوله آزمایش را با یک میله شیشه ای مخلوط کرده و از بیرون با جریان آب سرد خنک می کنند تا فسفر سفت شود تا بتوان آن را از لوله آزمایش خارج کرد.

هنگام استفاده از فسفر قرمز، مشاهده می شود که نه تنها در آب، بلکه در H 2 SO 4 غلیظ نیز غرق می شود، زیرا وزن مخصوص آن (2.35) از وزن مخصوص آب و اسید سولفوریک غلیظ بیشتر است.

فسفر سفید، درخشش

به دلیل اکسیداسیون آهسته که حتی در دماهای معمولی رخ می دهد، فسفر سفید در تاریکی می درخشد (از این رو نام "درخشنده" نامیده می شود. یک ابر درخشان مایل به سبز در اطراف یک تکه فسفر در تاریکی ظاهر می شود، که وقتی فسفر نوسان می کند، حرکتی موج مانند می کند.

فسفرسانس (درخشش فسفر) با اکسیداسیون آهسته بخار فسفر توسط اکسیژن موجود در هوا به فسفر و انیدرید فسفر با انتشار نور، اما بدون انتشار گرما توضیح داده می شود. در این حالت، ازن آزاد می‌شود و هوای اطراف آن یونیزه می‌شود (آزمایش آهسته سوزاندن فسفر سفید را ببینید).

فسفرسانس به دما و غلظت اکسیژن بستگی دارد. در دمای 10 درجه سانتی گراد و فشار معمولی فسفرسانس ضعیف اتفاق می افتد و در غیاب هوا اصلاً ایجاد نمی شود.

موادی که با ازن واکنش می دهند (H 2 S، SO 2، Cl 2، NH 3، C 2 H 4، روغن سقز) باعث تضعیف یا متوقف کردن کامل فسفرسانس می شوند.

دگرگونی انرژی شیمیاییدر نور "شیمی-لومینسانس" نامیده می شود.

تجربه. مشاهده درخشش فسفر سفید.اگر در تاریکی تکه ای از فسفر سفید را که در یک لیوان است و کاملاً با آب پوشانده نشده است مشاهده کنید، متوجه درخشش مایل به سبز خواهید شد. در این حالت، فسفر مرطوب به آرامی اکسید می شود، اما مشتعل نمی شود، زیرا دمای آب کمتر از نقطه اشتعال فسفر سفید است.

درخشش فسفر سفید را می توان پس از اینکه یک تکه فسفر سفید برای مدت کوتاهی در معرض هوا قرار گرفت مشاهده کرد. اگر چند تکه فسفر سفید را داخل یک فلاسک روی پشم شیشه بریزید و فلاسک را با دی اکسید کربن پر کنید، انتهای لوله خروجی را تا پایین فلاسک زیر پشم شیشه پایین بیاورید و سپس فلاسک را کمی گرم کنید و آن را در داخل پشم شیشه قرار دهید. یک ظرف با آب گرم، سپس در تاریکی می توانید تشکیل یک شعله سرد مایل به سبز کم رنگ را مشاهده کنید (می توانید با خیال راحت دست خود را در آن قرار دهید).

تشکیل یک شعله سرد با این واقعیت توضیح داده می شود که دی اکسید کربنی که از فلاسک خارج می شود، بخارات فسفر را به داخل می برد که در هنگام تماس با هوا در دهانه فلاسک شروع به اکسید شدن می کنند. فسفر سفید در فلاسک مشتعل نمی شود زیرا در جو است دی اکسید کربن. در پایان آزمایش، فلاسک با آب پر می شود.

هنگام توصیف تجربه تولید فسفر سفید در اتمسفر هیدروژن یا دی اکسید کربن، قبلاً ذکر شد که انجام این آزمایشات در تاریکی امکان مشاهده درخشش فسفر سفید را فراهم می کند.

اگر کتیبه ای با گچ فسفر روی دیوار، یک ورق مقوا یا کاغذ بسازید، به لطف فسفرسانس کتیبه مدت زمان طولانیدر تاریکی قابل مشاهده باقی می ماند

چنین کتیبه ای را نمی توان روی آن گذاشت تخته سیاهاز آنجایی که پس از این گچ معمولی به آن نمی چسبد و تخته باید با بنزین یا حلال استئارین دیگر شسته شود.

گچ فسفر از حل کردن فسفر سفید مایع در استئارین مذاب یا پارافین به دست می آید. برای انجام این کار، تقریباً دو قسمت وزنی استئارین (تکه های شمع) یا پارافین را به یک قسمت وزنی فسفر سفید خشک در یک لوله آزمایش اضافه می کنند، لوله آزمایش را با پشم پنبه می پوشانند تا از ورود اکسیژن جلوگیری شود و با حرارت دادن با آن گرم می شود. تکان دادن مداوم پس از اتمام ذوب، لوله آزمایش با جریان آب سرد خنک می شود، سپس لوله آزمایش شکسته شده و جرم یخ زده خارج می شود.

گچ فسفر در زیر آب ذخیره می شود. هنگام استفاده، یک تکه از چنین گچ در کاغذ مرطوب پیچیده می شود.

گچ فسفر را می توان با افزودن تکه های کوچک فسفر سفید خشک شده به پارافین (استئارین) ذوب شده در یک فنجان چینی نیز بدست آورد. اگر پارافین هنگام افزودن فسفر مشتعل شود، با پوشاندن فنجان با یک تکه مقوا یا آزبست خاموش می شود.

پس از مدتی سرد شدن، محلول فسفر موجود در پارافین را در لوله های آزمایش خشک و تمیز ریخته و با جریان آب سرد خنک می کنند تا به صورت توده جامد درآید.

پس از این، لوله های آزمایش شکسته می شوند، گچ برداشته می شود و در زیر آب ذخیره می شود.

انحلال پذیری فسفر سفید

فسفر سفید کمی در آب محلول است، کمی در الکل، اتر، بنزن، زایلن، متیل یدید و گلیسیرین محلول است. به خوبی در دی سولفید کربن، کلرید گوگرد، تری کلرید فسفر و تری برومید، تتراکلرید کربن حل می شود.

تجربه. انحلال فسفر سفید در دی سولفید کربن.دی سولفید کربن مایعی بی رنگ، بسیار فرار، قابل اشتعال و سمی است. بنابراین هنگام کار با آن از استنشاق بخارات آن خودداری کنید و تمام مشعل های گاز را خاموش کنید.

سه یا چهار قطعه فسفر سفید به اندازه نخود با تکان دادن ملایم در یک لیوان با 10-15 حل می شود. میلی لیتردی سولفید کربن

اگر یک تکه کاغذ صافی کوچک را با این محلول مرطوب کرده و در هوا نگه دارید، کاغذ پس از مدتی مشتعل می شود. این به این دلیل اتفاق می افتد که دی سولفید کربن به سرعت تبخیر می شود و فسفر سفید ریز آسیاب شده باقی مانده روی کاغذ به سرعت در دمای معمولی اکسید می شود و به دلیل گرمای ایجاد شده در طول اکسیداسیون مشتعل می شود. (معلوم است که دمای اشتعال مواد مختلف به درجه آسیاب شدن آنها بستگی دارد.) این اتفاق می افتد که کاغذ مشتعل نمی شود، بلکه فقط کاراکتر می شود. کاغذ مرطوب شده با محلول فسفر در دی سولفید کربن، با استفاده از انبر فلزی در هوا نگه داشته می شود.

این آزمایش با دقت انجام می شود تا قطرات محلول فسفر موجود در دی سولفید کربن روی زمین، روی میز، روی لباس یا دست نریزد.

اگر محلول به دستتان رسید، سریع آن را با آب و صابون و سپس با محلول KMnO 4 بشویید (برای اکسیده شدن ذرات فسفر سفیدی که روی دست‌هایتان می‌آیند).

محلول فسفر موجود در دی سولفید کربن باقی مانده پس از آزمایش در آزمایشگاه ذخیره نمی شود، زیرا می تواند به راحتی مشتعل شود.

تبدیل فسفر سفید به قرمز

فسفر سفید طبق معادله به قرمز تبدیل می شود:

P (سفید) = P (قرمز) + 4 کیلو کالری.

نصب برای تولید فسفر سفید از قرمز: لوله راکتور 1، لوله 2 که از طریق آن دی اکسید کربن وارد لوله راکتور می شود. لوله هواکش 3 که در آن بخارات فسفر سفید به همراه دی اکسید کربن از لوله آزمایش خارج شده و با آب سرد می شوند.

تبدیل فسفر سفید به قرمز با حرارت دادن، قرار گرفتن در معرض نور و وجود آثار ید بسیار تسریع می شود. جیید در 400 جیفسفر سفید). ید با ترکیب شدن با فسفر، فسفر یدید را تشکیل می دهد که در آن فسفر سفید حل می شود و با آزاد شدن گرما به سرعت به قرمز تبدیل می شود.

فسفر قرمز با حرارت دادن طولانی مدت فسفر سفید در یک ظرف بسته در حضور آثار ید در دمای 280-340 درجه به دست می آید.

هنگامی که فسفر سفید برای مدت طولانی در نور ذخیره می شود، به تدریج به رنگ قرمز تبدیل می شود.

تجربه. به دست آوردن مقدار کمی فسفر قرمز از سفید.در یک لوله شیشه ای 10-12 طولانی در یک انتها بسته شده است سانتی مترو قطر 0.6-0.8 سانتی متریک تکه فسفر سفید به اندازه معرفی کنید دانه گندمو یک کریستال بسیار کوچک ید. لوله مهر و موم شده و در یک حمام هوا روی یک سینی ماسه آویزان می شود، سپس تا دمای 280-340 درجه حرارت داده می شود و تبدیل فسفر سفید به قرمز مشاهده می شود.

تبدیل جزئی فسفر سفید به قرمز را می توان با گرم کردن آرام لوله آزمایش حاوی یک قطعه کوچک فسفر سفید و یک کریستال بسیار کوچک ید مشاهده کرد. قبل از شروع گرمایش، لوله آزمایش را با سوابی از پشم شیشه (آزبست یا معمولی) می‌بندند و یک سینی با ماسه در زیر لوله آزمایش قرار می‌دهند. لوله آزمایش به مدت 10-15 دقیقه (بدون جوشاندن فسفر) حرارت داده می شود و تبدیل فسفر سفید به قرمز مشاهده می شود.

فسفر سفید باقی مانده در لوله آزمایش را می توان با حرارت دادن با آن حذف کرد محلول غلیظقلیایی یا احتراق

تبدیل فسفر سفید به قرمز را می توان زمانی مشاهده کرد که قطعه کوچکی از فسفر در یک لوله آزمایش در فضایی از دی اکسید کربن تا دمای زیر جوش گرم شود.

سوزاندن فسفر سفید

هنگامی که فسفر سفید می سوزد، انیدرید فسفر تشکیل می شود:

P 4 + 5O 2 = 2 P 2 O 5 + 2 x 358.4 کیلو کالری.

شما می توانید احتراق فسفر را در هوا (آهسته و سریع) و زیر آب مشاهده کنید.

تجربه. آهسته سوزاندن فسفر سفید و ترکیب هوا.این آزمایش به عنوان روشی برای بدست آوردن نیتروژن توصیف نشد، زیرا اکسیژن موجود در هوا را به طور کامل متصل نمی کند.

اکسیداسیون آهسته فسفر سفید توسط اکسیژن اتمسفر در دو مرحله انجام می شود. در مرحله اول انیدرید فسفر و ازن بر اساس معادلات زیر تشکیل می شوند:

2P + 2O 2 = P 2 O 3 + O، O + O 2 = O 3.

در مرحله دوم، انیدرید فسفر به انیدرید فسفر اکسید می شود.

اکسیداسیون آهسته فسفر سفید با درخشش و یونیزه شدن هوای اطراف همراه است.

آزمایشی که نشان می دهد سوختن آهسته فسفر سفید باید حداقل سه ساعت طول بکشد. دستگاه مورد نیاز برای آزمایش در شکل 1 نشان داده شده است.

یک لوله مدرج با انتهای بسته، حاوی حدود 10 عدد میلی لیتراب. طول لوله 70 سانتی متر، قطر 1.5-2 سانتی متر. پس از پایین آوردن لوله مدرج، انگشت را از سوراخ لوله بردارید، آب داخل لوله و سیلندر را به همان سطح برسانید و به حجم هوای موجود در لوله توجه کنید. بدون اینکه لوله ها را بالاتر از سطح آب در سیلندر قرار دهید (به طوری که هوای اضافی وارد نشود)، داخل آن قرار دهید. فضای هواییلوله، یک تکه فسفر سفید که به انتهای یک سیم متصل است.

پس از سه تا چهار ساعت یا حتی دو تا سه روز، افزایش آب در لوله مشاهده می شود.

در پایان آزمایش، سیم حاوی فسفر را از لوله خارج کنید (بدون بالا بردن لوله از سطح آب در سیلندر)، آب داخل لوله و سیلندر را به یک سطح برسانید و به حجم هوای باقیمانده پس از اتمام آزمایش توجه کنید. اکسیداسیون آهسته فسفر سفید

تجربه نشان می‌دهد که در نتیجه اتصال اکسیژن به فسفر، حجم هوا به میزان یک پنجم کاهش می‌یابد که مطابق با محتوای اکسیژن موجود در هوا است.

تجربه. سوزاندن سریع فسفر سفیدبا توجه به این واقعیت که هنگامی که یک ترکیب فسفر با اکسیژن واکنش می دهد، آزاد می شود تعداد زیادی ازگرما، در هوا، فسفر سفید خود به خود مشتعل می شود و با شعله زرد مایل به سفید می سوزد و انیدرید فسفر را تشکیل می دهد - جامد ماده سفید، که بسیار پرانرژی با آب ترکیب می شود.

قبلاً ذکر شد که فسفر سفید در دمای 36-60 درجه مشتعل می شود. برای مشاهده اشتعال و احتراق خود به خودی آن، یک تکه فسفر سفید را روی ورقه ای از آزبست قرار می دهند و با یک زنگ شیشه ای یا یک قیف بزرگ می پوشانند که روی گردن آن یک لوله آزمایش قرار می گیرد.

فسفر را می توان به راحتی با یک میله شیشه ای گرم شده در آب داغ آتش زد.

تجربه. مقایسه دمای اشتعال فسفر سفید و قرمزدر یک انتهای یک صفحه مسی (طول 25 سانتی متر، عرض 2.5 سانتی مترو ضخامت 1 میلی متر) یک تکه کوچک فسفر سفید خشک شده بریزید و روی دیگر آن یک توده کوچک فسفر قرمز بریزید. صفحه روی یک سه پایه قرار می گیرد و در همان زمان مشعل های گازی تقریباً به همان اندازه به دو سر صفحه آورده می شود.

فسفر سفید بلافاصله مشتعل می شود و فسفر قرمز فقط زمانی که دمای آن تقریباً به 240 درجه برسد.

تجربه. اشتعال فسفر سفید در زیر آب.یک لوله آزمایش آب حاوی چند تکه کوچک فسفر سفید در یک لیوان قرار داده می شود آب گرم. هنگامی که آب در لوله آزمایش تا 30-50 درجه گرم می شود، جریانی از اکسیژن از طریق لوله به داخل آن جریان می یابد. فسفر مشتعل می شود و می سوزد و جرقه های درخشان را پخش می کند.

اگر آزمایش در خود شیشه (بدون لوله آزمایش) انجام شود، شیشه روی سه پایه نصب شده روی سینی با ماسه قرار می گیرد.

کاهش نمک نقره و مس با فسفر سفید

تجربه.هنگامی که یک تکه فسفر سفید با محلول نیترات نقره به یک لوله آزمایش اضافه می شود، رسوب نقره فلزی مشاهده می شود (فسفر سفید یک عامل کاهش دهنده انرژی است):

P + 5AgNO 3 + 4H 2 O = H 3 PO 4 + 5Ag + 5HNO 3.

اگر فسفر سفید با محلول سولفات مس به لوله آزمایش اضافه شود، مس فلزی رسوب می کند:

2P + 5CuSO 4 + 8H 2 O = 2H 3 PO 4 + 5H 2 SO 4 + 5Cu.

کتابخانه پاریس حاوی یک نسخه خطی در مورد کیمیاگری است که شرح می دهد کشف فسفر. بر اساس این سند، الخید بخیل اولین کسی بود که این عنصر را به شکل خالص آن جدا کرد.

او در قرن 12 زندگی می کرد. فسفرمرد آن را با تقطیر ادرار با آهک و. کیمیاگر این ماده درخشان را اسکاربوکل نامید. نام مدرنعنصر توسط هنینگ برند داده شده است.

او وصل شد کلمات یونانی"نور" و "حمل". آلمانی مجرد شد فسفر سفیددر سال 1669، شایستگی خود را با صحبت با جامعه علمی مستند کرد.

هنینگ برند نیز مانند آلکید باخیل از ادرار تبخیر شده استفاده می کرد، اما آن را با ماسه سفید گرم می کرد. در قرن هفدهم و حتی در قرن دوازدهم، درخشش ماده حاصل مانند یک معجزه به نظر می رسید. در میان معاصران برای فیزیکی خواص فسفریک نگاه متفاوت

فیزیکی و خواص شیمیاییفسفر

عنصر فسفردر اثر فرآیندهای اکسیداسیون می درخشد. تعامل با اکسیژن به سرعت رخ می دهد و احتراق خود به خود امکان پذیر است.

آزاد شدن سریع و فراوان انرژی شیمیایی منجر به تبدیل آن به انرژی نور می شود. این فرآیند حتی زمانی اتفاق می افتد دمای اتاق.

این راز درخشش است فسفر اکسیژنبه راحتی با تغییر رنگ سفید عنصر واکنش نشان می دهد. می توان آن را با موم و پارافین شمع اشتباه گرفت. این ماده قبلاً در دمای 44 درجه سانتیگراد ذوب می شود.

خواص فسفررنگ سفید با خواص دیگر اصلاحات عنصر متفاوت است. به عنوان مثال، آنها سمی نیستند.

فسفر بی رنگ سمی و نامحلول در آب است. به عنوان یک قاعده، اکسیداسیون پودر را مسدود می کند. بدون واکنش با آب، فسفر سفیدبه راحتی در مواد آلی، به عنوان مثال، دی سولفید کربن حل می شود.

در اولین اصلاح ماده فسفرکمترین متراکم بر متر مربعتنها 1800 گرم است. در عین حال، دوز کشنده برای انسان تنها 0.1 گرم است.

حتی سمی تر فسفر زرد. در واقع یک نوع سفید است، اما تصفیه نشده است. چگالی ماده یکسان است، اشتعال پذیری نیز یکسان است.

نقطه ذوب کمی پایین تر است - 34 درجه. این عنصر در 280 درجه سانتیگراد می جوشد. به دلیل آلاینده ها، دود غلیظی در هنگام احتراق آزاد می شود. فسفر زرد مانند فسفر سفید با آب واکنش نمی دهد.

نیز وجود دارد فسفر قرمز. اولین بار در سال 1847 دریافت شد. شروتر شیمیدان اتریشی تغییر رنگ سفید عنصر را تا 500 درجه در فضایی از مونوکسید کربن گرم کرد.

واکنش در یک فلاسک مهر و موم شده انجام شد. معلوم شد که نوع فسفر حاصل از نظر ترمودینامیکی پایدار است. این ماده فقط در برخی از فلزات مذاب حل می شود.

مشتعل شدن اتم فسفرتنها زمانی که جو تا 250 درجه سانتیگراد گرم می شود می تواند. جایگزین اصطکاک فعال یا ضربه قوی است.

رنگ فسفر قرمز نه تنها مایل به قرمز، بلکه بنفش نیز هست. هیچ درخششی وجود ندارد. تقریبا هیچ سمی وجود ندارد. اثر سمیاصلاح قرمز عنصر حداقل است. بنابراین، فسفر قرمز مایل به قرمز به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود.

اصلاح ماقبل آخر عنصر سیاه است. در سال 1914 به دست آمد، پایدارترین است. این ماده دارای درخشندگی فلزی است. سطح فسفر سیاه براق است، شبیه به.

این اصلاح برای هیچ حلالی قابل اشتعال نیست. توده فسفرمشکی بزرگترین است، همانطور که چگالی آن است. این ماده از رنگ سفید در فشار 13000 اتمسفر "متولد" می شود.

اگر فشار به سطوح بسیار بالا برسد، اصلاح نهایی و فلزی عنصر ظاهر می شود. چگالی آن تقریباً به 4 گرم در سانتی متر مکعب می رسد. فرمول فسفرتغییر نمی کند، بلکه دگرگون می شود سلول کریستالی. مکعبی می شود. ماده شروع به هدایت می کند برق.

کاربرد فسفر

اکسید فسفربه عنوان یک عامل تولید کننده دود عمل می کند. با احتراق، اصلاح زرد عنصر یک حجاب ضخیم ایجاد می کند که در صنایع دفاعی مفید است.

به طور خاص، فسفر به گلوله های ردیاب اضافه می شود. با پشت سر گذاشتن ردی از دود، آنها به شما امکان می دهند جهت و دقت ارسال ها را تنظیم کنید. "مسیر" برای یک کیلومتر حفظ می شود.

در صنایع نظامی، فسفر جای خود را پیدا کرد و همچنین یک محترقه. این عنصر برای اهداف صلح آمیز نیز این نقش را ایفا می کند. بنابراین، اصلاح قرمز در ساخت کبریت استفاده می شود. آنها توسط بخار روغن کاری می شوند. فسفر-گوگردیعنی سولفید عنصر پانزدهم.

کلرید فسفر در تولید نرم کننده ها مورد نیاز است. این نام به افزودنی هایی است که باعث افزایش انعطاف پذیری پلاستیک و سایر پلیمرها می شوند. کشاورزان نیز کلرید می خرند. این ماده را با حشره کش ها مخلوط می کنند.

از آنها برای از بین بردن آفات در مزارع، به ویژه حشرات استفاده می شود. کاشت ها نیز با سم پاشی می شوند. در حال حاضر یک دوئت در آنها وجود دارد کلسیم فسفریا فسفیدها

اگر حشرات با کمک مخلوط فسفر کشته شوند، گیاهان رشد می کنند. بله، زوج ها نیتروژن - فسفرو پتاسیم فسفر- کودهای منظم عنصر 15 کاشت را تغذیه می کند، رشد آنها را تسریع می کند و بهره وری را افزایش می دهد. فسفر نیز برای انسان ضروری است.

حدود 800 گرم از آن در استخوان ها، زنجیره های نوکلئیک و پروتئین ها پنهان است. بی جهت نیست که این عنصر ابتدا با تقطیر ادرار استخراج شد. ذخایر بدن نیاز به پر کردن روزانه به مقدار 1.2-1.5 گرم دارد. آنها با غذاهای دریایی، حبوبات، پنیر و نان عرضه می شوند.

اسیدهای فسفرآنها همچنین به طور مصنوعی به محصولات اضافه می شوند. برای چی؟ رقیق شده اسید فسفریکبه عنوان یک تقویت کننده طعم برای شربت ها، مارمالادها و نوشیدنی های گازدار عمل می کند. اگر محصول حاوی E338 باشد، ما در مورددر مورد ترکیبی که شامل پانزدهمین عنصر جدول تناوبی است.

کاربرد فسفرطبیعت با درخشش آن ارتباطی نداشت. انسان دقیقاً روی این خاصیت متمرکز شد. بنابراین، سهم شیراز ذخایر عنصر برای تولید رنگ استفاده می شود. ترکیبات مخصوص خودروها نیز از آنها در برابر خوردگی محافظت می کند. رنگ ها نیز برای سطوح براق اختراع شده اند. گزینه هایی برای چوب، بتن، پلاستیک وجود دارد.

بسیاری از محصولات مصنوعی نمی توانند بدون عنصر 15 کار کنند. مواد شوینده. آنها حاوی منیزیم فسفریون های آن را متصل می کند.

در غیر این صورت، اثربخشی ترکیبات کاهش می یابد. بدون عنصر 15 کیفیت برخی از فولادها نیز کاهش می یابد. اساس آنها است اهن. فسفر- فقط .

افزودنی استحکام آلیاژ را افزایش می دهد. در فولادهای کم آلیاژ، فسفر برای تسهیل فرآیند و افزایش مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز است.

استخراج فسفر

در جدول تناوبی، فسفر پانزدهمین است، اما از نظر فراوانی در زمین یازدهم است. این ماده حتی در خارج از سیاره نیز نادر نیست. بنابراین، شهاب سنگ ها حاوی 0.02 تا 0.94 درصد فسفر هستند. همچنین در نمونه های خاک گرفته شده از ماه یافت شد.

نمایندگان زمینی عنصر دویستمین ماده معدنی هستند که توسط طبیعت بر اساس آن ایجاد شده است. فسفر به صورت خالص یافت نمی شود. حتی در لیتوسفر با ارتوفسفات نشان داده می شود، یعنی به بالاترین درجه اکسید می شود.

برای جداسازی عنصر خالص، صنعتگران با فسفات کلسیم کار می کنند. از فسفریت ها و وتوراپاتیت ها به دست می آید. اینها 2 ماده معدنی غنی از عنصر 15 هستند. پس از واکنش احیا، 100 درصد فسفر باقی می ماند.

عامل کاهنده کک است، یعنی کربن. کلسیم، در این مورد، با ماسه متصل می شود. کارشناسان همه این کارها را در کوره های الکتریکی انجام می دهند. یعنی فرآیند آزادسازی فسفر الکتروترمال است.

به این ترتیب فسفر سفید یا زرد بدست می آید. این همه به درجه تصفیه بستگی دارد. آنچه برای تبدیل یک محصول به تغییرات قرمز، سیاه و فلزی باید انجام شود در فصل "خواص شیمیایی و فیزیکی عنصر" توضیح داده شده است.

قیمت فسفر

شرکت‌ها و فروشگاه‌هایی وجود دارند که در زمینه عرضه این محصولات تخصص دارند مواد اولیه شیمیایی. فسفر معمولا در بسته بندی های 500 گرمی و کیلوگرمی عرضه می شود. برای اصلاح قرمز با وزن 1000 گرم حدود 2000 روبل می خواهند.

فسفر سفید کمتر عرضه می شود و تقریباً 30-40٪ ارزان تر است. اصلاحات مشکی و فلزی گران هستند و معمولاً به سفارش از طریق شرکت های تولیدی بزرگ فروخته می شوند.

گوگرد کریستالی دی اکسید گوگرد(در کریستال)

گوگرد

گوگرد S - سخت، شکننده، زرد ماده کریستالیبا نقطه ذوب 119.3 درجه سانتی گراد. اما این گوگرد را با گوگرد موجود در کبریت اشتباه نگیرید. سر کبریت ها عمدتاً حاوی مواد پیچیده ای است که یکی از آنها کلرات پتاسیم (KClO3) است که می تواند به طور خود به خود با اصطکاک یا دما مشتعل شود. گوگرد- یک ماده ساده و در اینجا به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده سر کبریت وجود دارد.

اصلاحات گوگرد:

دو تغییر در گوگرد وجود دارد: گوگرد شکنندهو گوگرد پلاستیکی. در دمای 113 درجه سانتیگراد گوگرد کریستالی به یک مایع زرد و آبکی ذوب می شود. گوگرد مذاب در دمای 187 درجه سانتیگراد بسیار چسبناک می شود و به سرعت تیره می شود. در عین حال تغییر می کند وضعیت ساختاری. و اگر گوگرد را تا 445 درجه سانتیگراد گرم کنید، به جوش می آید. با ریختن گوگرد در حال جوش در یک جریان نازک در آب سرد، می توانید بدست آورید گوگرد پلاستیکی- اصلاح لاستیک مانند متشکل از زنجیره های پلیمری. در این حالت گوگرد قادر است بدون فروریختن تغییر شکل داده و کشیده شود. اما به محض اینکه چندین روز در هوا بماند، دوباره به یک ماده شکننده تبدیل می شود.

گوگرد یک دی الکتریک است. می تواند به عنوان یک عایق حرارتی عمل کند.

گوگرد تقریباً تمام فلزات را به جز طلا طلا، پلاتین پلاتین و روتنیم Ru به راحتی اکسید می کند. گوگرد قلیایی (سدیم سدیم، پتاسیم پتاسیم، لیتیوم لی، کلسیم کلسیم) را اکسید می کند و فلزات قلیایی خاکی(آلومینیوم، منیزیم منیزیم). روی ایر گوگرد کریستالیبا شعله آبی می سوزد و دی اکسید گوگرد SO 2 (گاز با بوی خفه کننده نامطبوع) تشکیل می دهد. هنگامی که گوگرد در هیدروژن سوزانده می شود، تولید می کند گاز سمی- سولفید هیدروژن

بسیاری از محصولات هنگامی که خراب می شوند، بوی خاصی از سولفید هیدروژن متصاعد می کنند. از گوگرد به صورت صنعتی برای تولید اسید سولفوریک استفاده می شود. اکسید کننده دی اکسید گوگرد SO 2 در یک محیط غنی شده با اکسیژن به دست می آید تری اکسید گوگرد SO 3 یک مایع شفاف چسبناک است.

انیدرید سولفوریکیا تری اکسید گوگرد SO 3 در دمای اتاق یک مایع بی رنگ و به راحتی فرار (t نقطه جوش = 45 درجه سانتیگراد) است که با گذشت زمان به یک اصلاح آزبست مانند متشکل از کریستال های ابریشمی براق تبدیل می شود. الیاف انیدرید سولفوریکفقط در یک ظرف در بسته پایدار است. با جذب رطوبت از هوا، آنها به مایع غلیظ و بی رنگ - اولئوم (از لاتین oleum - "روغن") تبدیل می شوند. اگرچه به طور رسمی اولئوم را می توان به عنوان محلول SO 3 در H 2 SO 4 در نظر گرفت.

دی اکسید گوگردیک اثر سفید کننده قوی از خود نشان می دهد: به عنوان مثال، اگر یک گل رز قرمز در ظرف حاوی دی اکسید گوگرد SO 2 قرار داده شود، رنگ خود را از دست می دهد.

فسفر

این ماده می تواند به دو صورت وجود داشته باشد: فسفر قرمزو فسفر سفید(فسفر سفید نیز نامیده می شود فسفر زرد).

فسفر سفید (یا فسفر زرد) ماده ای سمی، بسیار واکنش پذیر، نرم و مومی شکل به رنگ زرد کم رنگ، محلول در دی سولفید کربن و بنزن است. در هوا، فسفر سفید در دمای 34 درجه سانتیگراد مشتعل می شود و با شعله سفید روشن می سوزد و اکسید فسفر را تشکیل می دهد. فسفر سفید در دمای 44.1 درجه سانتی گراد ذوب می شود و در تاریکی می درخشد. ممکن است در صورت تماس با پوست باعث سوختگی شدید شود.

بسیار سمی: دوز کشندهحدود 0.1 گرم (تقریباً همان سیانید پتاسیم- 0.12 گرم). به دلیل خطر احتراق خود به خود در هوا، فسفر سفید در زیر لایه ای از آب ذخیره می شود. و فسفر سیاه کمتر سمی هستند، زیرا غیر فرار و عملاً در آب نامحلول هستند. فسفر سفید از قبل در دمای اتاق است و سایر تغییرات فسفر هنگامی که گرم می شوند، با بسیاری از تغییرات فسفر واکنش نشان می دهند. مواد ساده: هالوژن ها (فلورین، کلر، برم، ید، استاتین)، اکسیژن، گوگرد، برخی فلزات. اگر فسفر سفید را بدون دسترسی به هوا تا دمای 300 درجه سانتیگراد گرم کنید، به تدریج به فسفر قرمز تبدیل می شود. فسفر قرمز – جامد، غیر سمی است، در تاریکی نمی درخشد و خود به خود مشتعل نمی شود.

نام فسفر قرمز به چندین تغییر اشاره دارد که از نظر چگالی و رنگ متفاوت است: از نارنجی تا قرمز تیره و حتی بنفش متغیر است. همه انواع فسفر قرمزغیر محلول در حلال های آلی، در مقایسه با فسفر سفید واکنش کمتری دارند (فسفر قرمز در هوا در دمای T> 200 درجه سانتیگراد مشتعل می شود)

آب فسفر را حل نمی کند. معمولاً در الکل اتیلیک حل می شود.

تحت فشار صدها اتمسفر، فسفر سیاه به دست می آید که خواص آن شبیه فلز است (رسانای برق و می درخشد). فسفر سیاهدارای شبکه کریستالی شبیه به فلزات.

چرا فسفر می درخشد؟

اگر می گویند فسفر می درخشد، فقط منظورشان است فسفر سفید! در مولکول خود (رأس یک هرم با قاعده مثلث)، هر رأس دارای یک جفت الکترون است که در خارج از سطح هرم خیالی قرار دارند. اتم های فسفر "باز" ​​هستند و به راحتی برای هر اتم عناصر دیگر - عوامل اکسید کننده (به عنوان مثال، اکسیژن هوا) قابل دسترسی هستند. در دسترس جفت الکترونفسفر به عنوان یک طعمه برای هر اتم دیگری که آماده اتصال الکترون دیگران است (دارای الکترونگاتیوی بالا) عمل می کند. فسفر سفید به دلیلی می درخشد - اکسید می شود - ابتدا اتم های اکسیژن بین اتم های فسفر قرار دارند. این تا زمانی اتفاق می افتد که تمام جفت های الکترون آزاد به اکسیژن متصل شوند. پس از این، فسفر سفید درخشش را متوقف می کند و تبدیل می شود اکسید فسفر P2O5.

اکسید فسفر یک ماده نسبتاً پایدار است، اما به طور فعال با آب واکنش می دهد و اسید متافسفریک HPO 3 و اسید اورتوفسفریک H 3 PO 4 را تشکیل می دهد.

اسیدهای فسفر

هنگامی که اکسید فسفر P2O5 در آب حل می شود، تشکیل می شود اسید اورتوفسفریک H3PO4. این اسید یکی از اسیدهای ضعیفبنابراین با اکثر فلزات واکنش نشان نمی دهد، بلکه فقط لایه اکسید روی سطح آنها را از بین می برد. اغلب هنگام تعمیر تجهیزات الکتریکی، لحیم کاری بردهای الکترونیکی و غیره استفاده می شود. او به طور اتفاقی است درمان خوببرای از بین بردن زنگ زدگی

فسفردو اسید تشکیل می دهد: یکی اسید اورتوفسفریک، دومی اسید است استعاری(HPO 3). اما اسید دوم یک ترکیب پایدار نیست و به سرعت اکسید می شود و اسید اورتوفسفریک را تشکیل می دهد.

زمان مانند رودخانه ای است که حوادث گذرا را حمل می کند و جریان آن قوی است. به محض اینکه چیزی در مقابل چشمان شما ظاهر می شود، قبلاً برده شده است و شما می توانید چیز دیگری را ببینید که به زودی نیز از بین خواهد رفت.

مارکوس اورلیوس

هر یک از ما تلاش می کنیم تا تصویری جامع از جهان، از جمله تصویری از کیهان، از کوچکترین ذرات زیر اتمی تا با بیشترین نسبت. اما قوانین فیزیک گاهی به قدری عجیب و غیرمعمول هستند که این کار برای کسانی که فیزیکدان نظری حرفه ای نشده اند ممکن است طاقت فرسا شود.

خواننده ای می پرسد:

اگرچه این نجوم نیست، شاید شما راهنماییم کنید. نیروی قوی توسط گلوئون ها حمل می شود و کوارک ها و گلوئون ها را به یکدیگر متصل می کند. الکترومغناطیسی توسط فوتون ها حمل می شود و ذرات باردار الکتریکی را به هم متصل می کند. گرانش ظاهراً توسط گراویتون ها حمل می شود و همه ذرات را به جرم متصل می کند. ضعیف توسط ذرات W و Z حمل می شود و ... با پوسیدگی همراه است؟ چرا تعامل ضعیفآیا اینطور توصیف می کنند؟ آیا نیروی ضعیف مسئول جذب و/یا دفع هر ذره ای است؟ و کدومشون؟ و اگر نه، پس چرا اگر با هیچ نیرویی همراه نباشد، یکی از فعل و انفعالات اساسی است؟ متشکرم.

بیایید اصول اولیه را از سر راه برداریم. چهار نیروی اساسی در جهان وجود دارد - گرانش، الکترومغناطیس، نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف.

و همه اینها تعامل، نیرو است. برای ذراتی که حالت آنها قابل اندازه گیری است، اعمال یک نیرو لحظه آن را تغییر می دهد - در زندگی معمولی، در چنین مواردی ما در مورد شتاب صحبت می کنیم. و برای سه نفر از این نیروها این درست است.

در صورت گرانش، مبلغ کلانرژی (بیشتر جرم، اما این شامل تمام انرژی است) فضازمان را خم می کند، و حرکت تمام ذرات دیگر در حضور هر چیزی که انرژی دارد تغییر می کند. این روش در نظریه کلاسیک (غیر کوانتومی) گرانش است. شاید بیشتر باشد نظریه عمومی, گرانش کوانتومی، جایی که گراویتون ها رد و بدل می شوند و منجر به چیزی می شود که ما به عنوان برهمکنش گرانشی مشاهده می کنیم.

قبل از ادامه، لطفاً درک کنید:

1. ذرات یک خاصیت یا چیزی ذاتی دارند که به آنها اجازه می دهد احساس کنند (یا احساس نکنند) نوع خاصیاستحکام - قدرت
2. سایر ذرات حامل فعل و انفعالات با اولین ذرات برهمکنش می کنند
3. در نتیجه فعل و انفعالات، ذرات لحظه خود را تغییر می دهند، یا شتاب می گیرند

در الکترومغناطیس، ویژگی اصلی بار الکتریکی است. بر خلاف جاذبه، می تواند مثبت یا منفی باشد. فوتون، ذره ای که نیروی مربوط به بار را حمل می کند، نتیجه می دهد اتهامات یکساندفع می کنند و آنهایی که متفاوت هستند جذب می شوند.

شایان ذکر است که بارهای متحرک یا جریان های الکتریکی، جلوه دیگری از الکترومغناطیس را تجربه می کنند - مغناطیس. در مورد گرانش هم همین اتفاق می افتد و به آن گراویتومغناطیس (یا گرانش الکترومغناطیس) می گویند. ما عمیق تر نمی شویم - نکته این است که نه تنها یک بار و یک حامل نیرو، بلکه جریان نیز وجود دارد.

همچنین یک تعامل هسته ای قوی وجود دارد که دارای سه نوع بار است. اگرچه همه ذرات انرژی دارند و همگی در معرض گرانش هستند، و اگرچه کوارک ها، نیمی از لپتون ها و یک جفت بوزون دارای بارهای الکتریکی هستند - فقط کوارک ها و گلوئون ها دارای بار رنگی هستند و می توانند نیروی هسته ای قوی را تجربه کنند.

توده های زیادی در همه جا وجود دارد، بنابراین گرانش به راحتی قابل مشاهده است. و از آنجایی که نیروی قوی و الکترومغناطیس بسیار قوی هستند، مشاهده آنها نیز آسان است.

اما در مورد دومی چطور؟ تعامل ضعیف؟

ما معمولا در مورد او در زمینه صحبت می کنیم تجزیه رادیواکتیو. یک کوارک یا لپتون سنگین به کوارک های سبک تر و پایدارتر تجزیه می شود. بله، تعامل ضعیف ربطی به این موضوع دارد. ولی در در این مثالبه نوعی با سایر نیروها متفاوت است.

به نظر می رسد که تعامل ضعیف نیز یک نیرو است، فقط اغلب در مورد آن صحبت نمی شود. او ضعیف است! 10000000 برابر ضعیف تر از الکترومغناطیس در فاصله ای به قطر یک پروتون.

یک ذره باردار، صرف نظر از اینکه حرکت می کند یا نه، همیشه بار دارد. اما جریان الکتریکی ایجاد شده توسط آن به حرکت آن نسبت به ذرات دیگر بستگی دارد. جریان تعیین کننده مغناطیس است که به اندازه بخش الکتریکی الکترومغناطیس مهم است. U ذرات مرکبمانند پروتون و نوترون ضروری هستند لحظات مغناطیسیمانند الکترون

کوارک ها و لپتون ها در شش طعم وجود دارند. کوارک ها - بالا، پایین، عجیب، جذاب، جذاب، واقعی (با توجه به حروف آنها در لاتین u، d، s، c، t، b - بالا، پایین، عجیب، جذاب، بالا، پایین). لپتون ها - الکترون، الکترون-نوترینو، میون، میون-نوترینو، تاو، تاو-نوترینو. هر یک از آنها دارای یک بار الکتریکی، اما همچنین یک عطر هستند. اگر الکترومغناطیس و نیروی ضعیف را با هم ترکیب کنیم تا نیروی الکتریکی ضعیف را بدست آوریم، آنگاه هر یک از ذرات مقداری بار ضعیف یا جریان الکتریکی ضعیف و یک نیروی ثابت ثابت خواهند داشت. همه اینها در مدل استاندارد توضیح داده شده است، اما آزمایش آن بسیار دشوار بود زیرا الکترومغناطیس بسیار قوی است.

در آزمایش جدیدی که نتایج آن به تازگی منتشر شده است، برای اولین بار سهم برهمکنش ضعیف اندازه گیری شد. این آزمایش امکان تعیین برهمکنش ضعیف کوارک های بالا و پایین را فراهم کرد

و بارهای ضعیف پروتون و نوترون. پیش‌بینی‌های مدل استاندارد برای بارهای ضعیف عبارت بودند از:

QW(p) = 0.0007 ± 0.0710،
Q W (n) = -0.9890 ± 0.0007.

و بر اساس نتایج پراکندگی، آزمایش مقادیر زیر را تولید کرد:

Q W (p) = 0.063 ± 0.012،
Q W (n) = -0.975 ± 0.010.

که با در نظر گرفتن خطا به خوبی با نظریه مطابقت دارد. آزمایش‌کنندگان می‌گویند که با پردازش داده‌های بیشتر، خطا را بیشتر کاهش می‌دهند. و در صورت وجود هرگونه شگفتی یا مغایرت با مدل استاندارد، خیلی خوب می شود! اما هیچ چیز این را نشان نمی دهد:

بنابراین، ذرات دارای بار ضعیفی هستند، اما ما در مورد آن صحبت نمی کنیم، زیرا اندازه گیری آن غیرواقعی دشوار است. اما به هر حال ما این کار را انجام دادیم و به نظر می رسد که یک بار دیگر مدل استاندارد را تایید کرده ایم.

تعامل ضعیف

تعامل قوی

تعامل قوی کوتاه مدت است. دامنه عمل آن حدود 10-13 سانتی متر است.

ذرات شرکت کننده در برهمکنش های قوی هادرون نامیده می شوند. در یک ماده ثابت معمولی، نه خیلی زیاد درجه حرارت بالاتعامل قوی هیچ فرآیندی ایجاد نمی کند. نقش آن ایجاد پیوند قوی بین نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) در هسته است. انرژی اتصال به طور متوسط ​​حدود 8 مگا ولت در هر نوکلئون است. علاوه بر این، در برخورد هسته ها یا نوکلئون ها با انرژی به اندازه کافی بالا (در حد صدها مگا الکترون ولت)، برهمکنش قوی منجر به تعداد زیادی می شود. واکنش های هسته ای: شکافت هسته ها، تبدیل برخی از هسته ها به هسته های دیگر و غیره.

با شروع انرژی‌های نوکلئون‌های برخوردی در مرتبه چند صد مگا الکترون ولت، برهمکنش قوی منجر به تولید مزون‌های P می‌شود. با هنوز انرژی های بالامزون های K و هایپرون ها و بسیاری از رزونانس های مزون و باریون متولد می شوند (رزونانس ها حالت های برانگیخته کوتاه مدت هادرون ها هستند).

در همان زمان، مشخص شد که همه ذرات تعامل قوی را تجربه نمی کنند. بنابراین، پروتون ها و نوترون ها آن را تجربه می کنند، اما الکترون ها، نوترینوها و فوتون ها در معرض آن نیستند. معمولاً فقط ذرات سنگین در فعل و انفعالات قوی شرکت می کنند.

تبیین نظری طبیعت تعامل قویتوسعه دشوار بود تنها در اوایل دهه 1960، زمانی که مدل کوارک پیشنهاد شد، پیشرفتی به وجود آمد. در این نظریه، نوترون ها و پروتون ها به عنوان در نظر گرفته نمی شوند ذرات بنیادی، اما به عنوان سیستم های ترکیبی ساخته شده از کوارک ها

کوانتومهای برهمکنش قوی هشت گلوئون هستند. گلوئون ها نام خود را از آن گرفته اند کلمه انگلیسیچسب (چسب)، زیرا آنها مسئول محصور کردن کوارک ها هستند. بقیه توده های گلوئون ها صفر هستند. در عین حال، گلوئون ها دارای بار رنگی هستند که به همین دلیل می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند، همانطور که می گویند، به دلیل غیر خطی بودن آن، در توصیف برهم کنش قوی از نظر ریاضی با مشکل مواجه می شوند.

دامنه عمل آن کمتر از 10-15 سانتی متر است. اندرکنش ضعیف چندین مرتبه ضعیف تر از اثر الکترومغناطیسی است. علاوه بر این، بسیار قوی تر از نیروی گرانشی موجود در عالم کوچک است.

اولین فرآیند کشف شده و رایج ترین فرآیند ناشی از فعل و انفعالات ضعیف است رادیواکتیو b-decayهسته ها
ارسال شده در ref.rf
این نوع رادیواکتیویته در سال 1896 توسط A.A. بکرلم. در طی فرآیند واپاشی الکترون رادیواکتیو /b - -/، یکی از نوترون ها / n/ هسته اتمیتبدیل به پروتون می شود / آر/ با گسیل الکترون / الکترونیکی/ و آنتی نوترینوی الکترونی //:

n ® p + e-+

در طول فرآیند پوزیترونیک /b + -/، انتقال زیر رخ می دهد:

p® n + e++

در اولین نظریه فروپاشی b که در سال 1934 توسط E. Fermi ایجاد شد، برای توضیح این پدیده لازم بود فرضیه وجود نوع خاصی از نیروهای کوتاه برد که باعث انتقال می شوند مطرح شود.

n ® p + e-+

تحقیقات بیشترنشان داد که تعاملی که فرمی معرفی کرده است شخصیت جهانی.
ارسال شده در ref.rf
باعث پوسیدگی تمام ذرات ناپایدار می شود که جرم آنها و قوانین انتخاب مطابق با آن است اعداد کوانتومیاجازه ندهید که به دلیل برهمکنش قوی یا الکترومغناطیسی آنها پوسیدگی کنند. برهمکنش ضعیف در همه ذرات به جز فوتون ها وجود دارد. زمان مشخصه فرآیندهای برهمکنش ضعیف در انرژی های مرتبه 100 مگا ولت، 13-14 مرتبه بزرگتر از زمان مشخصه برای برهمکنش قوی است.

کوانتوم های برهمکنش ضعیف سه بوزون هستند - بوزون های W +، W-، Z°-. بالا نوشته هاعلامت را نشان دهد شارژ الکتریکیاین کوانتوم ها کوانتومهای برهمکنش ضعیف دارای جرم قابل توجهی هستند که منجر به این واقعیت می شود که برهمکنش ضعیف در فواصل بسیار کوتاه خود را نشان می دهد.

باید در نظر گرفت که امروز در حال حاضر در نظریه یکپارچهبرهمکنش های ضعیف و الکترومغناطیسی با هم ترکیب می شوند. تعدادی از طرح های نظری وجود دارد که سعی در ایجاد یک نظریه یکپارچه از همه انواع تعامل دارند. با این حال، این طرح ها هنوز به اندازه کافی برای آزمایش آزمایشی توسعه نیافته اند.

26. فیزیک سازه. رویکرد جسمی به توصیف و تبیین طبیعت. تقلیل گرایی

اشیاء فیزیک ساختاریعناصر ساختار ماده هستند (به عنوان مثال، مولکول ها، اتم ها، ذرات بنیادی) و بیشتر آموزش پیچیدهاز آنها این:

1) پلاسما -گازی است که در آن بخش قابل توجهیمولکول ها یا اتم ها یونیزه می شوند.

2) کریستال ها- این مواد جامد، که در آن اتم ها یا مولکول ها به صورت منظم چیده شده اند و به صورت دوره ای تکرار می شوند ساختار داخلی;

3) مایعات- این حالت تجمعموادی که ویژگی ها را با هم ترکیب می کنند حالت جامد(حفظ حجم، مقاومت کششی معین) و گازی (تغییر شکل).

مایع با ویژگی های زیر مشخص می شود:

الف) ترتیب کوتاه برد در آرایش ذرات (مولکول ها، اتم ها)؛

ب) تفاوت اندک در انرژی جنبشی حرکت حرارتی و آنها انرژی پتانسیلفعل و انفعالات.

4) ستاره ها،ᴛ.ᴇ. توپ های گاز درخشان (پلاسما).

هنگام شناسایی معادلات ساختاری یک ماده، از معیارهای زیر استفاده می شود:

ابعاد فضایی: ذرات هم سطح دارای ابعاد فضایی یکسان هستند (مثلاً همه اتم ها دارای ابعادی در حد 8-10 سانتی متر هستند).

زمان فرآیند: در یک سطح تقریباً همان مرتبه بزرگی است.

اجسام هم سطح از عناصر یکسانی تشکیل شده اند (مثلاً همه هسته ها از پروتون و نوترون تشکیل شده اند).

قوانینی که فرآیندها را در یک سطح توضیح می دهند، از نظر کیفی با قوانینی که فرآیندها را در سطح دیگر توضیح می دهند متفاوت هستند.

اجسام در سطوح مختلف از نظر خواص اساسی متفاوت هستند (به عنوان مثال، همه اتم ها از نظر الکتریکی خنثی هستند، و همه هسته ها دارای بار الکتریکی مثبت هستند).

همانطور که سطوح جدیدی از ساختار و حالات ماده کشف می شود منطقه شیفیزیک ساختاری در حال گسترش است.

باید در نظر گرفت که هنگام حل خاص مشکلات جسمیسوالات مربوط به روشن ساختن ساختار، تعامل و حرکت از نزدیک در هم تنیده شده اند.

ریشه فیزیک ساختاری یک رویکرد جسمی برای توصیف و توضیح طبیعت است.

برای اولین بار، مفهوم اتم به عنوان آخرین ذره و غیرقابل تقسیم بدن در آن مطرح شد یونان باستاندر چارچوب آموزه های فلسفی طبیعی مکتب لوسیپوس-دموکریتوس. بر اساس این دیدگاه، تنها اتم هایی در جهان وجود دارند که در فضای خالی حرکت می کنند. اتم شناسان باستان تداوم ماده را ظاهری می دانستند. ترکیب های مختلف اتم ها اجسام قابل مشاهده متفاوتی را تشکیل می دهند. این فرضیه بر اساس داده های تجربی نبود. او فقط یک حدس درخشان بود. اما همه چیز را برای چندین قرن آینده تعیین کرد. پیشرفتهای بعدیعلوم طبیعی.

فرضیه اتم‌ها به‌عنوان ذرات غیرقابل تقسیم ماده در علوم طبیعی، به‌ویژه در فیزیک و شیمی، احیا شد تا قوانینی را که به‌طور تجربی ایجاد شده‌اند توضیح دهد (مثلاً قوانین بویل-ماریوت و گی-لوساک برای گازهای ایده‌آل، انبساط حرارتیتلفن و غیره). در واقع، قانون بویل-ماریوت بیان می کند که حجم گاز با فشار آن نسبت معکوس دارد، اما توضیح نمی دهد که چرا چنین است. به همین ترتیب، هنگامی که یک جسم گرم می شود، اندازه آن افزایش می یابد. اما دلیل این گسترش چیست؟ در نظریه جنبشی ماده، این الگوها و سایر الگوهای تجربی ثابت شده با کمک اتم ها و مولکول ها توضیح داده می شوند.

در واقع، کاهش مستقیم و قابل اندازه‌گیری فشار گاز با افزایش حجم آن در نظریه جنبشی ماده به‌عنوان افزایش مسیر آزاد اتم‌ها و مولکول‌های سازنده آن توضیح داده می‌شود. در نتیجه این است که حجم اشغال شده توسط گاز افزایش می یابد. به طور مشابه، انبساط اجسام هنگام گرم شدن در نظریه جنبشی ماده با افزایش توضیح داده می شود. سرعت متوسطمولکول های متحرک

توضیحات برای کدام خواص مواد پیچیدهیا سعی می کنند اجسام را به خواص عناصر ساده تر خود تقلیل دهند یا اجزاء، تماس گرفت تقلیل گراییاین روش تجزیه و تحلیل، حل را در علوم طبیعی ممکن کرد کلاس بزرگوظایف

تا اواخر نوزدهم V. اعتقاد بر این بود که اتم کوچکترین، تقسیم ناپذیر و بدون ساختار ماده است. در همان زمان، اکتشافات الکترون و رادیواکتیویته نشان داد که اینطور نیست. ناشی می شود مدل سیاره ایاتم رادرفورد سپس مدل N. Bora جایگزین او می شود. اما مانند قبل، افکار فیزیکدانان در جهت کاهش همه تنوع است خواص پیچیدهاجسام و پدیده های طبیعی به خواص ساده عدد کوچکذرات اولیه پس از آن، این ذرات نامیده شدند ابتدایی. اکنون تعداد کل آنها از 350 فراتر رفته است. به همین دلیل، بعید است که همه این ذرات را بتوان واقعاً ابتدایی نامید که حاوی عناصر دیگری نیستند. این باور با فرضیه وجود کوارک ها تقویت می شود. بر اساس آن، ذرات بنیادی شناخته شده از ذراتی با بار الکتریکی کسری تشکیل شده است. نامیده می شوند کوارک ها

با توجه به نوع برهمکنشی که در آن ذرات بنیادی شرکت می کنند، همه آنها به جز فوتون به دو گروه تقسیم می شوند:

1) هادرون ها شایان ذکر است که آنها با حضور تعامل قوی مشخص می شوند. علاوه بر این، آنها همچنین می توانند در فعل و انفعالات ضعیف و الکترومغناطیسی شرکت کنند.

2) لپتون ها Oʜᴎ فقط در برهمکنش های الکترومغناطیسی و ضعیف شرکت می کند.

با توجه به طول عمر آنها، آنها متمایز می شوند:

الف) ذرات بنیادی پایدار. اینها الکترون، فوتون، پروتون و نوترینو هستند.

ب) شبه پایدار. اینها ذراتی هستند که در اثر فعل و انفعالات الکترومغناطیسی و ضعیف تجزیه می شوند. به عنوان مثال، به + ® m + +;

ج) ناپایدار پوسیدگی او به دلیل تعامل قوی، برای مثال، نوترون

بارهای الکتریکی ذرات بنیادی مضربی از کوچکترین بار ذاتی الکترون هستند. در همان زمان، ذرات بنیادی به جفت ذره - ضد ذره تقسیم می شوند، به عنوان مثال e - - e + (همه ویژگی های یکسانی دارند و علائم بار الکتریکی مخالف هستند). ذرات خنثی الکتریسیته نیز ضد ذرات دارند، به عنوان مثال، پ -،- .

بنابراین، مفهوم اتمی مبتنی بر ایده ساختار گسسته ماده است. رویکرد اتمی ویژگی های یک جسم فیزیکی را بر اساس ویژگی های اجزای آن توضیح می دهد ذرات ریز، که در مرحله معینی از شناخت غیر قابل تقسیم تلقی می شوند. از نظر تاریخی، چنین ذرات ابتدا به عنوان اتم، سپس به عنوان ذرات بنیادی و اکنون به عنوان کوارک شناخته می شدند. دشواری این رویکرد کاهش کامل پیچیده به ساده است که در نظر گرفته نمی شود تفاوت های کیفیبین آنها.

تا پایان ربع اول قرن بیستم، ایده وحدت ساختار کیهان کلان و خرد به صورت مکانیکی درک می شد. هویت کاملقوانین و اینکه چقدر ساختار هر دو کاملا شبیه است.

ریز ذرات به عنوان کپی مینیاتوری از ماکروبدی ها تفسیر شدند، ᴛ.ᴇ. مانند توپ های بسیار کوچک (جسم ها) که در مدارهای دقیق حرکت می کنند که کاملاً شبیه مدارهای سیاره ای هستند، با این تفاوت که اجرام آسمانینیروهای گره خورده برهم کنش گرانشیو میکروذرات - توسط نیروهای برهمکنش الکتریکی.

پس از کشف الکترون (Thomson, 1897 ᴦ.)، ایجاد نظریه کوانتوم (Planck, 1900 ᴦ.)، معرفی مفهوم فوتون (Einstein, 1905 ᴦ.)، دکترین اتمی به دست آمد. شخصیت جدید.
ارسال شده در ref.rf
ایده گسسته به حوزه پدیده های الکتریکی و نور، به مفهوم انرژی گسترش یافت (در قرن نوزدهم، دکترین انرژی به عنوان حوزه ایده ها در مورد مقادیر پیوستهو توابع دولت). مهمترین ویژگی مدرن دکترین اتمیاتمیسم عمل را تشکیل می دهد. به دلیل این واقعیت است که حرکت، خواص و حالات اجسام خرد مختلف در معرض کوانتیزه شدن هستند، ᴛ.ᴇ. به صورت بیان می شوند مقادیر گسستهو روابط اتمیسم جدید ثبات نسبی هر نوع ماده گسسته، قطعیت کیفی، تقسیم ناپذیری نسبی و تغییر ناپذیری آن را در محدوده های شناخته شده پدیده های طبیعی به رسمیت می شناسد. به عنوان مثال، یک اتم از نظر فیزیکی قابل تقسیم است، از نظر شیمیایی غیر قابل تقسیم است، ᴛ.ᴇ. V فرآیندهای شیمیاییاو به عنوان یک چیز کل، غیرقابل تقسیم رفتار می کند. یک مولکول که از نظر شیمیایی به اتم قابل تقسیم است، حرکت حرارتی(تا حدودی معین) به عنوان یک کل، غیرقابل تقسیم و غیره رفتار می کند.

به ویژه در مفهوم اتمیسم جدید، تشخیص قابلیت تبدیل هر نوع ماده گسسته مهم است.

سطوح مختلف سازمان ساختاریواقعیت فیزیکی (کوارک‌ها، ریزذرات، هسته‌ها، اتم‌ها، مولکول‌ها، کلان‌بادی‌ها، مگاسیستم‌ها) ویژگی‌های خاص خود را دارند. قوانین فیزیکی. اما مهم نیست که پدیده های مورد مطالعه چقدر با پدیده های مورد مطالعه متفاوت هستند فیزیک کلاسیک، تمام داده های تجربی باید با استفاده از آن شرح داده شوند مفاهیم کلاسیک. وجود دارد تفاوت اساسیبین شرح رفتار ریز شی مورد مطالعه و توصیف عمل ابزار اندازه گیری. این نتیجه این واقعیت است که عمل ابزارهای اندازه گیری در اصل باید به زبان توصیف شود فیزیک کلاسیک، و شی مورد مطالعه ممکن است با این زبان توصیف نشود.

رویکرد جسمی به توضیح پدیده های فیزیکیو فرآیندها از زمان ظهور فیزیک برهمکنش همواره با رویکرد پیوسته ترکیب شده است. در مفهوم میدان و افشای نقش آن در تعامل فیزیکی. نمایش میدان به عنوان جریانی از نوع خاصی از ذرات ( نظریه کوانتومفیلدها) و نسبت دادن به هر شیء فیزیکی خواص موج(فرضیه لوئیس دو بروگلی) این دو رویکرد را برای تحلیل پدیده های فیزیکی گرد هم آورد.

تعامل ضعیف - مفهوم و انواع. طبقه بندی و ویژگی های دسته "تعامل ضعیف" 2017، 2018.