Ogień

- Mamo, a z czego zrobiony jest ogień?

Ciepło albo basen z kuleczkami

Wszystko, wszystko, wszystko wokół nas zrobione jest z malutkich cząsteczek. Te cząsteczki są w bardzo różnych kształtach, ale w sumie możemy sobie o nich myśleć jak o kuleczkach. Przez chwilę wyobraźmy sobie, że pływamy w piłeczkowym basenie z Bajkolandii.

Tylko że te piłeczki-cząsteczki nie są nieruchome - cały czas się trzęsą. Jeśli trzęsą się tylko troszeczkę, to odczuwamy to tak, jakby przedmiot z nich zrobiony był zimny. Ale im bardziej zaczynają szaleć, tym cieplejsza nam się ta rzecz wydaje.

Fot. T. Pylak

We wrzącej wodzie cząsteczki ruszają się jak szalone. Jeśli zalejemy nią herbatę w filiżance, to cząsteczki herbaty z impetem uderzają w cząsteczki filiżanki, cząsteczki filiżanki uderzają w inne cząsteczki filiżanki i tak dalej. W efekcie wszystkie cząsteczki kubeczka się trzęsą z całej siły - naczynie jest ciepłe.

A widzieliście takie szklanki z podwójnego szła? Cząsteczki herbaty uderzają w wewnętrzną ścianę szklanki - ta ścianka robi się ciepła. Cząsteczki szkła uderzają w powietrze wewnątrz - robi się cieplejsze. Ale w środku jest mało cząsteczek powietrza - więc jednej jest ciężko uderzyć drugą. Drganie cząsteczek powietrza rozchodzi się powoli i niemrawo - bo nawet mocno popychając jedną kulą bilardową ciężko jest wprawić w ruch wszystkie pozostałe kule, jeśli leżą daleko. Tak więc druga ścianka, ta oddzielona powietrzem, prawie się nie nagrzewa.

A jeśli do napoju wrzucimy kostki lodu, to cząsteczki napoju uderzając w nie tracą prędkość i trochę się uspakajają - napój robi się chłodniejszy. Choć oczywiście lód się robi trochę cieplejszy i ostatecznie się topi.

Stany skupienia

Fot. T. Pylak

Jeśli cząsteczki są ładnie koło siebie ułożone, to nie chcą się od siebie odczepić. Siedzą blisko siebie i ciężko jest je od siebie oddzielić - nie da się na przykład (łatwo) włożyć między nie palca. Mówimy wtedy, że jakiś przedmiot jest w stanie stałym. Lód, węgiel, kamień…

Kiedy zaczynamy ten przedmiot podgrzewać, to cząsteczki zaczynają się coraz mocniej ruszać. Burzy się struktura między nimi, nie są już tak uporządkowane. Zaczynają się między sobą przesuwać. Ten moment, kiedy już na tyle mocno się ruszają, że można je od siebie oddzielić, nazywamy topnieniem. Przedmiot jest potem w stanie ciekłym. Woda, lawa, ciekły azot…

Jak będziemy podgrzewać jeszcze mocniej, to te cząsteczki przestaną się w ogóle o siebie ocierać, tylko tak się będą wiercić, że będą się od siebie odpychać. Jak nie są zamknięte, to się mogą zmieszać z powietrzem. Parują. Para wodna, zwykły lotny azot...

Jajko albo rozwijanie białka

Fot. T. Pylak

Ale nie zawsze jest tak, że jak coś podgrzejemy, to się topi. Na przykład białko. Mięso i jajka składają się głównie z białka. Cząsteczka białka nie wygląda wcale jak kulka: raczej jak bardzo, bardzo długi sznur koralików, który jest pozwijany w duży kłębek. Jeśli lekko podgrzejemy jajko, to cząsteczki białka po prostu bardziej drgają - i robi się cieplejsze. Ale jak podgrzejemy troszkę mocniej, to te cząsteczki trzęsą się tak mocno, że od tego trzęsienia kłębki koralików się rozwijają i leżą sobie takie splątane. Jajko robi się “na twardo”. Może być ciepłe - tzn. te poplątane cząsteczki drgają mocniej, albo zimne - drgają słabiej. Ale nawet jak mało drgają, to nie zwiną się same z siebie do poprzedniego kształtu - jajko pozostaje na twardo nawet gdy je włożymy do lodówki.

Ogień

Fot. T. Pylak

Może być jeszcze inaczej - że kiedy coś podgrzejemy, to zamiast się stopić, zaczyna się łączyć z czymś innym, co jest dokoła.

Weźmy na przykład węgiel. Jeśli go podgrzejemy - czyli sprawimy, że cząsteczki węgla zaczną się mocniej ruszać - to w efekcie te cząsteczki na samym brzegu zaczną się odczepiać od reszty i rozpędzone wpadać na cząsteczki powietrza. Gdy cząsteczka węgla wystarczająco szybko zderzy się z cząsteczką tlenu, to się z nią łączy - i powstaje dwutlenek węgla. Przy tym połączeniu powstaje ciepło i światło. Ciepło - czyli nowo powstała cząsteczka rusza się jeszcze mocniej. Tym ruszaniem oczywiście zaraż sąsiednie cząsteczki, one, rozpędzone uderzają znowu w siebie, tlen i węgiel się łączą… Ogień.

***

Przy okazji: polecam książkę Richarda Feynmana Six Easy Pieces: Essentials of Physics Explained by Its Most Brilliant Teacher