Что такое метаматериалы? Кратко

Метаматериалы — искусственно созданные материалы, обладающие необычными, не встречающимися в природе свойствами. Один из таких материалов способен маскироваться под окружающую обстановку, совсем как герои научно-фантастических фильмов.

Метаматериалы специально создаются так, чтобы управлять светом. Иногда они чередуют мельчайшие слои и образуют вещество с отрицательным коэффициентом преломления, искажает свет в неожиданных направлениях. В теории такие материалы способны скрыть объект, направляя лучи света вокруг него, а затем снова вести по прямой линии. Таким образом, объект будет невидим для человека, стоящего напротив него.

Исследования находятся на начальной стадии, и пока рано говорить об изобретении плаща-невидимки. Но в любом случае данная технология пригодится для микроскопов будущего. Она откроет возможность находить мельчайшие вирусы и молекулы, так как у таких микроскопов не будет дифракционного предела, который не позволяет рассмотреть мельчайшие объекты с помощью техники

Что такое металлы. Кратко

В химии металлом называется элемент или сплав, в котором часть электронов не прикреплена к ядрам атомов, а свободно перемещается по всему кристаллу. Благодаря этому движению электронов металлы хорошо проводят электричество и тепло. Железо и алюминий — два самых распространенных металла на Земле.

Обычно металлы обладают большей плотностью по сравнению с неметаллами. Они легко образуют положительно заряженные ионы, теряя электроны, но способность вступать в химические реакции у металлов разная, что показано в диаграмме. Так, железо ржавеет в течение нескольких лет, превращаясь в оксид железа под воздействием окружающей среды, а калий без примесей окисляется за считанные секунды. Некоторые металлы, такие как платина и золото, вообще не вступают в реакции с окружающей средой. Другие, как алюминий и титан, образуют тонкую оксидную пленку, которая защищает их от дальнейшего окисления.

Примечательно, что астрономы называют металлом любой элемент во Вселенной тяжелее водорода и гелия.

Что такое композитные материалы? Кратко

Композиты — это материалы, состоящие из двух или более веществ без однородного их смешивания. Пример композита — железобетон, в составе которого есть цемент, позволяющий прочно соединить гравий и песок, а порой и стальная арматура — для придания дополнительной надежности. Древесина — это природный композит, состоящий из волокон целлюлозы в матрице сложного полимера лигнина.

Как правило, композиты — это легкие материалы, обладающие высокой прочностью и жесткостью. Обычно одно вещество (матрица или связующий материал) окружает и стягивает части другого, более прочного вещества (армирование). В стеклопластике, например, пластиковая матрица армируется нитями стекла.

Для производства самолетов инженерам требуются легкие прочные материалы, устойчивые к нагрузке на высоте. Один из таких материалов — армированный углеродным волокном пластик, он похож на стеклопластик, только прочнее. При строительстве космических кораблей используются еще более экзотичные материалы, созданные специально для того, чтобы выдерживать экстремально низкие температуры на орбите Земли и в космосе.

Что такое изотопы? Кратко

Химические элементы могут существовать в виде двух или более изотопов, различающихся по количеству нейтронов в их ядрах. Например, обычно ядро углерода содержит шесть протонов, но в природе также встречаются изотопы углерода с шестью, семью или восемью нейтронами. Они обычно обозначаются так: углерод-12, углерод-13 и углерод-14.

Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковые химические свойства, так как эти свойства определяют электроны внешней оболочки. Однако подверженность ядра распаду в изотопах одного и того же элемента может быть разной. Например, обычно ядра углерода устойчивы к распаду, но изотоп углерод-14 радиоактивен и имеет период полураспада 5700 лет.

На этом и основывается метод датирования по радиоактивному углероду. Условия окружающей среды обеспечивают постоянное содержание углерода-12 и углерода-14 в деревьях, но после гибели дерева запас углерода-14 перестает пополняться, и его содержание постепенно снижается из-за радиоактивного распада. Если бы древние леса могли существовать хотя бы половину периода «жизни» углерода-14, они бы жили 5700 лет.

Что такое аллотропы? Кратко

Атомы некоторых элементов способны формировать новые соединения, которые называются аллотропами. Например, кислород в атмосфере Земли имеет два аллотропа: устойчивый двухатомный кислород (О2) и озон (О3). Озон — неустойчивая молекула, которая образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца на двухатомный кислород.

Твердый углерод имеет три аллотропные формы. Алмаз состоит из атомов углерода, образующих форму четырехгранной решетки, графит же образуют плоские слои атомов, формирующие шестиугольники. Фуллерены — это сферы («бакиболы») или трубки, состоящие из атомов углерода и шарообразной молекулы С60

Аллотропы одного элемента могут иметь различные химические и физические свойства. Алмаз — самый твердый минерал в природе благодаря тому, что каждый атом углерода тесно связан с другими атомами в тетраэдре. Графит, наоборот, мягок из-за того, что связь между плоскими слоями его атомов слабая, и слои могут скользить. Обычный двухатомный кислород — это бесцветный газ, не имеющий запаха, в то время как озон — резко пахнущий газ бледно-голубого цвета.