Bíonn imoibriú foréigneach agus pléascach go minic mar thoradh ar smután de mhiotal sóidiam a chur i dteagmháil le huisce. Creidmheas íomhá: úsáideoir Wikimedia Commons Tavoromann.

Fiafraigh de Ethan: Cad é an chúis chandamach a imoibríonn sóidiam agus uisce?

Buail smután de mhiotal sóidiam isteach in uisce, agus imoibríonn foréigean ina dhiaidh sin. Ach tá sé níos mó ná ceimic amháin ag imirt.

“Is gás nimhe marfach é clóirín a úsáidtear ar láithreacha catha na hEorpa sa Chéad Chogadh Domhanda. Miotal creimneach is ea sóidiam a dhóitear nuair a dhéantar teagmháil le huisce. Le chéile déanann siad ábhar suaimhneach agus neamhghlan, salann boird. Is ábhar ar a dtugtar ceimic an fáth go bhfuil na hairíonna ag gach ceann de na substaintí seo. " -Carl Sagan

Uaireanta, foghlaimímid rudaí go luath sa saol, agus glacaimid go simplí mar a oibríonn an domhan. Buail smután de sóidiam íon in uisce, mar shampla, agus tá an t-imoibriú finscéalach ina fhoréigean. Chomh luath agus a fhliuchfaidh tú an smután miotail sin, filleann an t-imoibriú agus téann sé suas, preabann an sóidiam timpeall ar dhromchla an uisce, agus táirgtear fiú lasracha. Cinnte, níl ann ach ceimic. Ach ar leibhéal bunúsach, nach bhfuil rud éigin níos mó ag dul ar aghaidh? Sin a theastaíonn ónár léitheoir Семен Стопкин (Semen Stopkin, ón Rúis) a fháil amach:

Cé na fórsaí a thiomáineann imoibrithe ceimiceacha, agus cad a tharlaíonn ar leibhéal chandamach? Go háirithe, cad a tharlaíonn nuair a bhíonn uisce ag idirghníomhú le sóidiam? [Aistrithe ón Rúisis ag an bhfisiceoir A. Vikman.]

Is clasaiceach é an t-imoibriú sóidiam / uisce, agus tá míniú níos doimhne air. Tosaímid trí bhreathnú ar an imoibriú.

Is é an chéad rud a chaithfidh a bheith ar eolas agat faoi sóidiam ná, ar leibhéal adamhach, go bhfuil prótón amháin níos mó aige agus leictreon amháin níos mó ná gás támh, uasal: neoin. Tá cáil ar ghás uasal as gan freagairt le haon rud, agus is é an chúis atá leis go bhfuil a fhithiseáin adamhacha uile faoi fhorghabháil lán le leictreoin. Déantar an chumraíocht ultra-chobhsaí sin a mhilleadh nuair a théann tú suas le heilimint amháin ar an tábla peiriadach, agus tarlaíonn sé seo do na heilimintí go léir a d’oirfeadh don phatrún seo. Tá héiliam ultra-chobhsaí, ach tá litiam an-imoibríoch. Tá neon seasmhach, ach tá sóidiam imoibríoch. Agus tá argón, crioptón, agus xeanón seasmhach, ach tá potaisiam, rubidiam, agus caeisiam imoibríoch.

An cúis? Is é an leictreon breise é.

Déantar tábla tréimhsiúil na n-eilimintí a shórtáil mar atá sé (i dtréimhsí agus i ngrúpaí) mar gheall ar líon na leictreon faoisimh saor / áitithe, arb é an fachtóir is mó lena airíonna ceimiceacha a chinneadh. Creidmheas íomhá: Cepheus úsáideoir Wikimedia Commons.

Nuair a fhoghlaimímid faoi adamh, foghlaimímid smaoineamh ar an núicléas mar chroí crua, beag, luchtaithe go dearfach ag an ionad, agus na leictreoin mar phointí luchtaithe go diúltach a théann timpeall air. Ach san fhisic chandamach, ní hé sin an scéal iomlán i ndáiríre. Is féidir le leictreoin iad féin a iompar mar phointí, go háirithe má chuireann tú cáithnín nó fótón ardfhuinnimh eile trí thine, ach nuair a fhágtar chuig a bhfeistí féin iad, scaipeann siad amach agus iompraíonn siad mar thonnta. Is féidir leis na tonnta sin iad féin a chumrú i bhfaisean ar leith: go sféarúil (do na s-orbitail, a thógann 2 leictreon an ceann), go hingearach (do na p-orbitail, a thógann 6 leictreon an ceann), agus mar sin de suas trí na d-orbitail (ag glacadh 10 leictreon), an f-fhithiseach (ag glacadh 14), agus níos mó.

Na fithiseáin adamhacha ina staid talún (barr ar chlé), mar aon leis na stáit fuinnimh is ísle agus tú ag dul ar aghaidh ar dheis agus ansin síos. Rialaíonn na cumraíochtaí bunúsacha seo an chaoi a n-iompraíonn adamh fórsaí idir-adamhacha. Creidmheas íomhá: leathanach Wikipedia ar Orbitals Adamhach.

Is de bharr Phrionsabal Eisiata Pauli na cúiseanna a líonann na sliogáin seo, a choisceann dhá fheirm chomhionanna (cosúil le leictreoin) ón stát chandamach céanna a áitiú. In adamh, má tá blaosc nó fithiseach leictreon iomlán agat, is é an t-aon áit chun ceann breise a chur sa chéad fhithiseach eile. Glacfaidh adamh cosúil le clóirín go héasca le leictreon breise, ós rud é nach dteastaíonn uaidh ach ceann amháin eile chun a bhlaosc leictreon a líonadh; os a choinne sin, tabharfaidh adamh cosúil le sóidiam suas a leictreon deireanach go héasca, ós rud é go bhfuil leictreon breise amháin aige thar an méid a líonfaidh blaosc. Sin é an fáth gur salann maith é clóiríd sóidiam: tugann an sóidiam leictreon suas don chlóirín, agus tá an dá adamh i gcumraíocht níos fabhraí go fuinniúil.

Caillfidh eilimintí sa chéad ghrúpa den tábla peiriadach, go háirithe litiam, sóidiam, potaisiam, rubidiam, agus mar sin de, a gcéad leictreon i bhfad níos éasca ná aon eilimintí eile. Creidmheas íomhá: Sponk úsáideora Wikimedia Commons.

Déanta na fírinne, tá an méid fuinnimh a theastaíonn le haghaidh adamh neodrach chun a leictreon is forimeallaí a thabhairt suas, ar a dtugtar a chéad fhuinneamh ianúcháin, íseal go háirithe i gcás na miotail sin go léir a bhfuil leictreon faoisimh amháin acu. Má fhéachann tú ar na huimhreacha, tá sé i bhfad níos éasca leictreon amháin a bhaint de litiam, sóidiam, potaisiam, rubidiam, caeisiam, srl., Ná aon eilimint eile.

Tagann an léiriú seo ó bheochan a thaispeánann idirghníomhaíochtaí dinimiciúla móilíní uisce. Tá móilíní H2O aonair i gcruth V, comhdhéanta de dhá adamh hidrigine (a léirítear i mbán) ceangailte le taobhanna adamh ocsaigine amháin (a léirítear i ndath dearg). Idirghníomhaíonn móilíní H2O comharsanacha go neamhbhuan trí bhannaí hidrigine (a léirítear mar ubhagáin ghorma agus bhána). Creidmheas íomhá: Nicolle Rager Fuller, Fondúireacht Eolaíochta Náisiúnta.

Mar sin, cad a tharlaíonn i láthair uisce? D’fhéadfá a bheith meallta smaoineamh ar uisce mar mhóilín an-chobhsaí féin: H2O, le dhá hidrigin nasctha le hocsaigin amháin. Ach is móilín an-pholar é uisce, rud a chiallaíonn go bhfuil muirear diúltach fabhrach ag taobh amháin de mhóilín H2O (an taobh atá os comhair an dá hidrigin), cé go bhfuil muirear dearfach fabhrach ag an taobh eile. Is éifeacht shuntasach go leor é go gcuireann sé faoi deara go ndíscaoileann roinnt móilíní uisce - thart ar aon mhilliún amháin nó mar sin - ina dhá ian: prótón amháin (H +) agus ian hiodrocsaile (OH-).

I láthair líon mór móilíní uisce, atá an-pholar, scoiltfidh ceann as gach cúpla milliún móilín uisce ina hiain hiodrocsaile agus i bprótóin saor in aisce, trí phróiseas ar a dtugtar autoprotolysis. Creidmheas íomhá: Cdang úsáideoir Wikimedia Commons.

Tá go leor iarmhairtí aige seo ar rudaí mar aigéid agus bunanna, salainn a thuaslagadh, imoibrithe ceimiceacha a ghníomhachtú, srl. Ach tarlaíonn an ceann ábhartha anseo nuair a chuireann tú sóidiam leis. Tá sóidiam, an t-adamh neodrach seo le leictreon forimeallach scaoilte, i láthair in uisce anois. Ní hé seo ach na móilíní neodracha H2O, ach na hiain hiodrocsaile agus na prótóin aonair. Is iad na prótóin an ceann is ábhartha, agus mar thoradh air sin is í an phríomhcheist fuinnimh a chaithfimid a chur:

Cad atá níos fabhraí go fuinniúil? An bhfuil adamh sóidiam neodrach (Na) péireáilte le prótón amháin (H +), nó ag a bhfuil ian sóidiam a chailltear leictreon amháin (Na +) péireáilte le adamh hidrigine neodrach (H)?

Is é an freagra aon-brainer; i mbeagnach gach cás, léimfidh an leictreon ón adamh sóidiam go dtí an chéad phrótón aonair a aimsíonn sé.

Chomh luath agus a chailleann sé leictreon, tuaslagfaidh ian sóidiam go sona sásta in uisce, mar a dhéanfaidh ian clóiríd, mar an gcéanna, a luaithe a ghnóthaíonn sé leictreon. Tá sé i bhfad níos fabhraí go fuinniúil, i gcás sóidiam, don leictreon sin péire a dhéanamh le hiain hidrigine ina ionad. Creidmheas íomhá: CNX OpenStax; CFCF úsáideoir Wikimedia Commons.

Sin an fáth go dtarlaíonn an t-imoibriú chomh gasta, agus go dtugann sé an oiread sin fuinnimh amach. Ach níl an scéal iomlán. Anois, tá adamh neodracha hidrigine déanta agat, agus murab ionann agus sóidiam, ní bloc adamh aonair amháin is féidir leat a cheangal le chéile. Ina áit sin, is gás é hidrigin, agus téann sé i dtreo staid atá níos fabhraí go fuinniúil: an móilín hidrigine neodrach, H2 a fhoirmiú. Mar sin anois, tá go leor fuinnimh in aisce agat (a théann isteach i teas na móilíní máguaird), gás hidrigine neodrach, agus éiríonn sé as an tuaslagán uiscí agus isteach san atmaisféar, ina bhfuil gás neodrach ocsaigine (O2).

Gabhann ceamara iargúlta radharc dlúth de Phríomh-Inneall Shuttle Spáis le linn lámhaigh tástála ag Ionad Spáis John C. Stennis. Is fearr hidrigin mar fhoinse breosla i roicéid mar gheall ar a meáchan móilíneach íseal agus an raidhse mór ocsaigine san atmaisféar chun freagairt dó. Creidmheas íomhá: NASA.

Faigh go leor fuinnimh le chéile, agus imoibríonn an ocsaigin agus an hidrigin freisin! Táirgeann an t-imoibriú dócháin tinte seo gal uisce, ach tugann sé níos mó fuinnimh amach freisin. Míníonn sé seo an fáth, nuair a scaoilfidh tú smután mór sóidiam (nó aon eilimint de ghrúpa 1 ón tábla peiriadach) isteach in uisce, go bhfaigheann tú an fuinneamh ollmhór, pléascach sin. Tá sé ar fad tiomáinte ag aistriú leictreon, a tharlaíonn mar gheall ar na rialacha chandamach a rialaíonn na Cruinne, agus airíonna leictreamaighnéadacha na gcáithníní luchtaithe a chomhdhéanann na hadaimh agus na hiain seo.

Na leibhéil fuinnimh agus tonnfhaid leictreon a fhreagraíonn do stáit éagsúla laistigh d’adamh hidrigine, cé go bhfuil na cumraíochtaí an-chosúil le gach adamh. Déantar na leibhéil fuinnimh a chainníochtú in iolraithe de tairiseach Planck, ach fiú amháin an fuinneamh is ísle, tá dhá chumraíocht fhéideartha ag brath ar an casadh coibhneasta leictreon / prótón. Creidmheas íomhá: PoorLeno de Wikimedia Commons.

Mar sin le dul ar ais, nuair a scaoilfidh tú giota sóidiam isteach san uisce, seo an méid a tharlaíonn:

  • Tugann an sóidiam suas a leictreon is forimeallaí láithreach don tuaslagán uiscí atá uisce,
  • nuair a ionsúnn é le hiain hidrigine, a fhoirmíonn hidrigin neodrach,
  • leis an imoibriú tosaigh sin ag scaoileadh cuid mhór fuinnimh saor in aisce, rud a fhágann go dtéann na móilíní máguaird ag teas,
  • ansin déantar gás hidrigine móilíneach den hidrigin neodrach agus éiríonn sé as an tuaslagán uiscí,
  • agus ar deireadh, má tá go leor fuinnimh ann, imoibríonn ocsaigin an atmaisféar leis an ngás hidrigine, ag cruthú imoibriú dócháin.
Miotal sóidiam ó bhailiúchán Dennis sk. Trí sóidiam amh, mar seo, a chur le huisce, tarlóidh imoibriú tapa slabhra ceimiceach, rud a fhágfaidh go mbeidh teas ann, gás hidrigine a tháirgeadh, agus - i láthair atmaisféar ocsaigine - dócháin. Creidmheas íomhá: Dnn87 ag Wikipedia Béarla.

Is féidir é seo go léir a mhíniú go simplí agus go galánta le rialacha na ceimice, agus sin an chaoi a gcuirtear i láthair é go minic. Ach eascraíonn na fíor-rialacha a rialaíonn iompar na bhfrithghníomhartha ceimiceacha seo go léir ó dhlíthe níos bunúsaí fós: dlíthe na fisice chandamach (cosúil le riail eisiaimh Pauli, iompar leictreoin in adamh a rialú) agus rialacha leictreamaighnéadais (lena rialaítear an chaoi a n-idirghníomhaíonn cáithníní luchtaithe ). Gan na dlíthe agus na fórsaí sin, ní bheadh ​​aon cheimic againn ar chor ar bith! Ach a bhuíochas leo, aon uair a scaoilfidh tú sóidiam isteach in uisce, tá a fhios agat go díreach cad a bheith ag súil leis. Agus mura bhfuil do cheacht foghlamtha agat fós, is é an freagra ná trealamh cosanta a chaitheamh, ná láimhseáil an sóidiam le do lámha féin, agus seas siar nuair a tharlaíonn an t-imoibriú!

Seol isteach do chuid ceisteanna Iarr ar Ethan chuig startwithabang ag gmail dot com!

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.