↓
 ↑
Регистрация
Имя/email

Пароль

 
Войти при помощи
Временно не работает,
как войти читайте здесь!
Матемаг
27 января в 07:39
Aa Aa
#вопрос #физика #размышления

Что будет, если мы возьмём кусок вещества, скажем, кусок дерева или слиток железа, и магическим образом заставим исчезнуть оттуда все электроны? Рванёт? Ну, должно. А вот насколько сильно? Напрашивается ответ, мол, с силой всей энергии химической связи, выпущенной разом - но нет же. Потому что носителями немалой доли химической энергии являются как раз электроны. Которые с одного положения переходят в другое. Разница в энергии между двумя положениями электронов - это и есть энергия химической связи. А мы электроны удалили, совсем. Т.е. по сути рванёт не как химическая взрывчатка *10, а иначе. Слабее или сильнее? Фигзнат, по идее, сила взрыва будет зависеть от плотности вещества, его химсостава и, понятно, массы. Т.е. сколько ионов мы сблизили, какой массы были эти ионы и какого заряда (а атомные ядра не из одних только протонов состоят, так-то, поэтому критичен вопрос и изотопного состава, а не только номеров в таблице Менделеева - изотопный состав влияет и на массу, и на плотность - при неизменном заряде ионов).
Следующий момент - наверное, рванёт не прям так сильно, как могло бы, потому что по сути будет разбрасываться "оболочка". То есть, ионы в центре вообще никуда "рваться" не будут на первых парах, потому что их давят положительным зарядом ионы вокруг. Рваться вплоть до взрыва будут только ионы на самом краю куска вещества, а чем глубже от края, тем меньшая кулоновская сила будет расталкивать в стороны. Может, оно и не прям рванёт?

Хотя должно рвануть, потому что, если оно даже в воздухе, мы будем иметь ещё один, третий фактор - ионизация. Т.е. ионы поверхности куска вещества будут вырывать в себя электроны воздуха и, вестимо, того нейтрального вещества, на которое наш (бывший) кусок дерева/слиток металла/etc положили. И всё это с выделением энергии и, по идее, образованием низкотемпературной плазмы. Или даже высокотемпературной? Фигзнат.

Что я ещё не учёл? И насколько рванёт, как считаете?
27 января в 07:39
5 комментариев
ReznoVV Онлайн
Описанное вами явление хорошо известно и называется кулоновский взрыв. Производится экспериментально безо всякой магии, но, конечно, не с полным исчезновением электронов, а просто с быстрой и высокой ионизацией вещества. В кристаллах и металлах – с помощью манипуляций с токами сверхвысокой силы или при облучении мишени импульсным лазером (УФ, по-моему), который буквально сдувает электроны за пикосекунды, в металлических и оксидных порошках – зачастую, более хитрыми способами, например, резким адиабатическим расширением в сильном магнитном поле. Наверняка существуют и другие варианты, которые мне не знакомы в силу того, что тема в целом не входит в область моих научных интересов.

Что касается плотности энергии этого процесса, для её понимания достаточно одного факта: кулоновские взрывы малых объёмов вещества рассматриваются как способ инициации термоядерных реакций синтеза в контролируемых условиях. Актуальное состояние прикладных исследований в этой области не подскажу, но сам факт показателен, как минимум, теоретически кулоновский барьер таким способом продавить можно. Ну, и уже существующие методы применения кулоновских взрывов вращаются вокруг высоких энергий ионов – спектроскопия, получение заряженных пучков ионов и т.д.

Ну, и да, энергия химической связи в молекулах или металлической связи в решётке на этом фоне крохотная, измеряемая единицами эВ на атом, что сопоставимо с энергией обычных ионов, лишившихся одного электрона (да и то у лёгких элементов она обычно выше, у водорода так вообще 13,6 эВ). А при полной ионизации мы получим единицы и десятки кэВ (даже для лёгкого гелия удаление обоих электронов требует 79 эВ, хотя казалось бы), а в случае тяжёлых металлов – может, и до первых МЭв дойдём, там ведь зависимость энергии электрона от орбитали нелинейно растёт. Так что считаем мы в любом случае не кусок дерева или металла, а облако заряженной плазмы высокой плотности.

Выход энергии тоже прикинуть можно. 1 Эв = 100 кДж/моль. Даже для одного кЭв энергии полной ионизации на атом получим какие-то умопомрачительные 100 МДж/моль. Для понимания, молярная масса железа – 56 г/моль, т.е. 1 кг железа рванёт с силой в 1.78 ГДж. Для сравнения тротиловый эквивалент почти в 500 раз меньше, около 4 МДж/кг. Не термоядерные бомбы, конечно, где измерения в десятках килотонн тротилового эквивалента на килограмм массы активного вещества идут, но тоже весьма не кисло. И это 1 кЭв, а в реальности, повторюсь, там десятки и сотни будут, в зависимости от типа вещества.

На этом фоне всеми остальными факторами, вроде поверхностных эффектов и взаимодействия с атмосферным воздухом, можно смело пренебречь.
Показать полностью
ReznoVV
Описанное вами явление хорошо известно и называется кулоновский взрыв
Ух ты, надо же! Блин, реально познавательно. И что что-то подобное можно сделать (быстро избавить вещество от электронов) тоже внезапно, я думал, это нереально, но на практике не просто реально, а настолько реально, что для инициации термоядерного взрыва думают приспособить! Вообще неожиданно, что чисто гипотетическая ситуация, пришедшая в голову во время сна, оказывается, где-то изучается как вполне реальная.

Ну, и да, энергия химической связи в молекулах или металлической связи в решётке на этом фоне крохотная
Ага, это несколько неожиданно, мне казалось, что не особо большое будет, ан нет.

Так что считаем мы в любом случае не кусок дерева или металла, а облако заряженной плазмы высокой плотности.
Плазмой, по идее, оно немгновенно же станет? В смысле, надо ещё откуда-то для "плазменности" забрать себе электронов, плазма плюс-минус электронейтральна, вроде?

Не термоядерные бомбы, конечно, где измерения в десятках килотонн тротилового эквивалента на килограмм массы активного вещества идут, но тоже весьма не кисло
Жжжжесть.

На этом фоне всеми остальными факторами, вроде поверхностных эффектов и взаимодействия с атмосферным воздухом, можно смело пренебречь.
Да-а-а-а уж.
Показать полностью
Немного дополню рассуждения выше)
Рваться вплоть до взрыва будут только ионы на самом краю куска вещества, а чем глубже от края, тем меньшая кулоновская сила будет расталкивать в стороны. Может, оно и не прям рванёт?
Так и обычная хим взрывчатка, и ядерный заряд не мгновенно детонирует) Да, очень быстро, в течении долей секунды, но не мгновенно. Мгновенных процессов в природе вообще не существует)
Ну и в этом примере тоже за доли секунд рванет. И да, разлет ядер будет сперва по краям, потом к центру, но это произойдет с бытовой точки зрения очень быстро)
В смысле, надо ещё откуда-то для "плазменности" забрать себе электронов, плазма плюс-минус электронейтральна, вроде?
Сорвет верхние электроны со всех близлежащих атомов, если, конечно, вокруг не вакуум, потому что у ядер, лишенных электронов, сила притяжения, действующая на другие электроны будет огромной.
ReznoVV Онлайн
Матемаг
чисто гипотетическая ситуация, пришедшая в голову во время сна, оказывается, где-то изучается как вполне реальная
Учёные вообще народ любознательный, чего только ни изучают.

плазма плюс-минус электронейтральна, вроде?
Та, которая в звёздах или в ионосфере Земли и других планет - да. Но плазмой называют в том числе и заряженный ионизированный газ. Газ из одних ионов без электронов - предельный случай заряженной плазмы.
ReznoVV
Но плазмой называют в том числе и заряженный ионизированный газ
Понял, не знал, спасибо.
ПОИСК
ФАНФИКОВ











Закрыть
Закрыть
Закрыть