Verbum

МЕТА́ЛЫ (лац. metallum ад грэч. metallon шахта, руднік),

простыя рэчывы, якія ў звычайных умовах маюць характэрныя, метал., уласцівасці — высокую эл. праводнасць і цеплаправоднасць, адмоўны тэмпературны каэф. эл. праводнасці, здольнасць добра адбіваць эл.-магн. хвалі (бляск, непразрыстасць), пластычнасць. У цвёрдым стане М. — крышт. рэчывы з металічнай сувяззю. У тэхніцы да М. адносяць таксама сплавы на іх аснове (гл. Металазнаўства).

Да М. адносяць 86 са 109 элементаў перыяд. сістэмы. Паводле становішча ў перыяд. сістэме адрозніваюць М. галоўных (a) і пабочных (b) падгруп, ці непераходныя і пераходныя. У непераходных М. адбываецца запаўненне знешніх s- і p-электронных абалонак (напр., шчолачныя металы), у пераходных — запаўненне размешчаных бліжэй да ядра d- і f-абалонак (гл. Пераходныя элементы). Паводле тэхн. класіфікацыі адрозніваюць чорныя (жалеза і яго сплавы) і каляровыя М., якія ўмоўна падзяляюць на некалькі груп: лёгкія металы, цяжкія (свінец, цынк і інш.), тугаплаўкія металы, высакародныя металы, рэдказямельныя М. (гл. Рэдказямельныя элементы), радыеактыўныя М. (гл. Радыеактыўныя элементы) і інш. Хім. ўласцівасці М. абумоўлены электроннай будовай атамаў, якія лёгка аддаюць знешнія (валентныя) электроны, таму ў хім. рэакцыях яны звычайна з’яўляюцца аднаўляльнікамі. М. ўтвараюць асн. аксіды і гідраксіды, многія замяшчаюць вадарод у к-тах. У прыродзе ў свабодным стане трапляюцца рэдка, звычайна ў выглядзе злучэнняў (аксідаў, сульфідаў і інш.). Здабычай М. з руд займаецца металургія. Ступень выкарыстання М. абумоўлена практычнай каштоўнасцю яго ўласцівасцей, а таксама прыроднымі запасамі (распаўсюджанасцю ў зямной кары) і цяжкасцямі атрымання. Здольнасць М. да ўзаемнага растварэння з утварэннем пры крышталізацыі цвёрдых раствораў і інтэрметалідаў (гл. Металіды) дазваляе атрымліваць мноства сплаваў з разнастайным спалучэннем уласцівасцей. У тэхніцы М. выкарыстоўваюць выключна ў выглядзе сплаваў як найважнейшыя канстр. матэрыялы.

Літ.:

Венецкий С.И. Рассказы о металлах. 4 изд. М., 1985;

Гелин Ф.Д., Чаус А.С. Металлические материалы. Мн., 1999.

Г.​Г.​Паніч.

т. 10, с. 307

НІ́ЗКІЯ ТЭМПЕРАТУ́РЫ.

крыягенныя тэмпературы, тэмпературы ніжэй за 120 К. Т-ры. меншыя за 0,3 К, адносяць да звышнізкіх. Пры Н.т., асабліва блізкіх да абсалютнага нуля, цеплавы рух атамаў рэчыва памяншаецца і пачынаюць праяўляцца яго квантавыя ўласцівасці (напр., звышправоднасць, звышцякучасць). Пры Н.т. стан цвёрдага рэчыва разглядаецца як упарадкаваны, што дазваляе апісваць яго ўласцівасці з дапамогай квазічасціц. Кандэнсаваны (вадкі або цвёрды) стан рэчыва пры Н.т. вывучае фізіка нізкіх тэмператур. Эфекты, што праяўляюцца пры Н.т., выкарыстоўваюць у касм. матэрыялазнаўстве, крыябіялогіі, крыяэлектроніцы і інш.

Атрыманне Н.т. заснавана на звадкаванні газаў у спец. устаноўках — звадкавальніках, дзе моцна сціснуты газ пры расшырэнні да звычайнага ціску ахаладжаецца і кандэнсуецца (паводле Джоўля—Тамсана эфекту). Як холадаагенты выкарыстоўваюць паветра, азот, неон, вадарод, гелій (т-ра кіпення Т_н = 4,2 К). Для падтрымання Н.т. Т_н холадаагента павінна быць пастаяннай пад атм. ціскам, для чаго выкарыстоўваюць спец. тэрмастаты. Адпампоўваннем газу, што выпараецца, з герметызаванай пасудзіны памяншаюць ціск над вадкасцю і гэтым зніжаюць т-ру яе кіпення. Так дасягаюцца Н.т.: ад 77 да 63 К пры дапамозе вадкага азоту, ад 27 да 24 К — вадкага неону, ад 20 да 14 К — вадкага вадароду, ад 4,2 да 1 К — вадкага гелію. Пры больш нізкіх т-рах вадкія газы цвярдзеюць і страчваюць ахаладжальныя якасці (за выключэннем ізатопа гелію ​⁴Не, які застаецца вадкім амаль да абс. нуля). Метадам адыябатычнага размарожвання парамагнітных солей дасягаюць т-ры 10​⁻³ К, гэтым жа метадам з выкарыстаннем ядзернага парамагнітнага рэзанансу ў сістэме атамных ядраў дасягнута т-ра 10​⁻⁶ К. Т-ры парадку 10​⁻³ К атрымліваюць таксама больш зручным метадам — растварэннем вадкага ​³Не у вадкім ​⁴Не. Вымярэнне Н.т. да 1 К ажыццяўляюць газавым тэрмометрам. У дыяпазоне 0,3—5,2 К нізкатэмпературная тэрмаметрыя засн. на залежнасці ціску насычаных пароў гелію ад т-ры. У практычнай тэрмаметрыі выкарыстоўваюць пераважна тэрмометры супраціўлення.

На Беларусі даследаванні з выкарыстаннем Н.т. вядуцца з 1964 у Ін-це фізікі цвёрдага цела і паўправаднікоў, з 1980-х г. — у Цэнтры крыягенных даследаванняў пры гэтым ін-це (В.​І.​Гасцішчаў, С.​Я.​Дзям’янаў і інш.), а таксама ў інш. ін-тах Нац. АН, БДУ.

Літ.:

Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже 1 К: Пер. с англ. М., 1977;

Капица П.Л. Физика и техника низких температур: Науч. тр. М., 1989;

Вепшек Я. Измерение низких температур электрическими методами: Пер. с чеш. М. 1980.

С.​Я.​Дзям’янаў.

т. 11, с. 331

ПЕРЫЯДЫ́ЧНАЯ СІСТЭ́МА ЭЛЕМЕ́НТАЎ МЕНДЗЯЛЕ́ЕВА,

упарадкаванае мноства хім. элементаў, іх натуральная класіфікацыя, якая з’яўляецца таблічным выражэннем перыяд. закону Мендзялеева; фундаментальная аснова агульнай і неарганічнай хіміі і навук. база яе выкладання. Прапанавана Дз.І.Мендзялеевым у 1869 у выглядзе табліцы, названай ім «Спроба сістэмы элементаў, заснаваная на іх атамнай вазе і хімічным падабенстве». Стварэнне табліцы паслужыла асновай для адкрыцця перыяд. закону. Пасля стварэння ядз. мадэлі атама і эксперым. доказу лікавай роўнасці парадкавага нумару элемента ў П.с.э.М. зараду ядра (Z) яго атама (1913, закон Мозлі) з’явілася сучасная фізічна абгрунтаваная фармулёўка перыяд. закону Мендзялеева: уласцівасці хім. элементаў, а таксама ўтвораных імі простых і складаных рэчываў знаходзяцца ў перыяд. залежнасці ад велічыні зараду ядзер іх атамаў. Тэарэт. аснова П.с.э.М. — квантавая мадэль атама — распрацавана ў пач. 1920-х г. Н.Борам. Паводле гэтай мадэлі ў адпаведнасці з павелічэннем Z адбываецца паслядоўнае запаўненне электронных абалонак атамаў (гл. Паўлі прынцып), прычым электронныя канфігурацыі знешніх абалонак перыядычна паўтараюцца. Прынцып перыяд. паўтаральнасці падобных электронных канфігурацый атамаў — гал. прычына фіз. прыроды перыядычнасці і аснова перыяд. сістэмы свабодных атамаў элементаў. Гал. сучасная праблема П.с.э.М. — нявызначанасць яе верхняй мяжы, з ростам Z устойлівасць атамных ядзер памяншаецца, устанавіць значэнне Z элемента, атамы якога будуць мець такі кароткі час жыцця, што распадуцца ў момант утварэння, пакуль немагчыма (гл. Радыеактыўнасць, Ядро атамнае).

П.с.э.М. ўключае 109 хім. элементаў; 89 з іх знойдзены ў прыродзе, астатнія атрыманы штучна ў выніку ядзерных рэакцый. Пасля адкрыцця П.с.э.М. апублікавана больш за 500 розных варыянтаў яе відарысаў; найб. пашыраны паўдоўгі варыянт (гл. іл.). Асн. прынцып пабудовы П.с.э.М. заключаецца ў вылучэнні перыядаў (гарыз. рады) і груп (верт. слупкі). Ў П.с.э.М. 7 перыядаў і 8 груп. Перыяд — рад элементаў, які пачынаецца шчолачным металам (акрамя 1 -га перыяду) і канчаецца інертным газам. Дакладнага вызначэння групы няма; фармальна, пачынаючы з 3-га перыяду, нумар групы (N) адпавядае макс. значэнню акіслення ступені элементаў, што ўваходзяць у групу. Кожная група падзяляецца на гал. (A) і дадатковую (B) падгрупы. У падгрупы ўваходзяць элементы з падобнымі канфігурацыямі знешніх электронных абалонак атамаў і хім. ўласцівасцямі. У большасці груп пэўнае падабенства ўласцівасцей элементаў падгруп выяўляецца пераважна ў вышэйшых ступенях акіслення. Асобае становішча ў структуры П.с.э.М. займае VIII гр., у якой аб’яднаны інертныя газы (падгрупа VIIIA) і «трыяды» элементаў (падгрупа VIIIB): Fe—Co—Ni і Ru—Rh—Rd, Os—Ir—Pt (плацінавыя металы). Падабенства ўласцівасцей паміж элементамі гэтых падгруп практычна не назіраецца. Першы перыяд П.с.э.М. ўключае 2 элементы — вадарод і гелій. Атам вадароду мае 1 электрон; у злучэннях можа мець ступень акіслення +1 (як шчолачныя металы) ці -1 (як галагены), таму сімвал Н размяшчаюць у падгрупе IA ці ў VIIA або ў абедзвюх адначасова. Есць варыянты табліцы, у якіх вадарод займае адну працяглую клетку над усімі (акрамя неону) элементамі 2-га перыяду. Другі перыяд (Li—Ne) уключае 8 элементаў. У ім назіраецца пераход ад тыповых металаў да тыповых неметалаў (кісларод і фтор з’яўляюцца найб. актыўнымі сярод неметалаў). У злучэннях дадатную ступень акіслення, роўную N, маюць толькі элементы I—IV груп, для астатніх элементаў перыяду яна вызначаецца паводле правіла 8 - N, што абумоўлена асаблівасцямі будовы знешніх электронных абалонак атамаў. Трэці перыяд (Na—Ar) уключае 8 элементаў. Усе элементы (акрамя Ar) праяўляюць ступень акіслення, роўную N. У гэтым перыядзе, як і ў 2-м, па меры павелічэння Z назіраецца паслабленне метал. і ўзмацненне неметалічнага характару элементаў. Элементы 1—3 перыядаў П.с.э.М. — элементы падгруп A. Паводле сучаснай тэрміналогіі элементы падгруп IA і IIA наз. S-элементамі (сімвалы ў клетачках ружовага колеру), падгруп IIIA—VIIIA — p-элементамі (сімвалы ў клетачках жоўтага колеру). Пры павелічэнні Z, што адпавядае руху зверху ўніз, у падгрупах IA і IIA метал. актыўнасць элементаў нарастае, у IIIA—VIIA падгрупах назіраецца пераход ад тыповых неметалаў (B—F) да элементаў з метал. ўласцівасцямі (Tl—At), устойлівасць злучэнняў элементаў у вышэйшай ступені акіслення зніжаецца. Чацвёрты перыяд (K—Kr) і пяты перыяд (Rb—Xe) маюць па 18 элементаў. У іх пасля s-элементаў ідуць рады з 10 пераходных элементаў, ці d-элементаў, якія ўваходзяць у падгрупы B (сімвалы ў клетачках блакітнага колеру). Для большасці d-элементаў вышэйшая ступень акіслення роўная N, а для Cu і Au нават вышэйшая за N (+2 і +3, адпаведна). Характар змянення ўласцівасцей элементаў 4-га і 5-га перыядаў пры павелічэнні Z аналагічны назіраемаму ў 3-м перыядзе, але больш складаны, што найперш абумоўлена наяўнасцю d-элементаў. Шосты перыяд (Cs—Rn) уключае 32 элементы, сёмы перыяд (Fr—Mt) — 23, пакуль незавершаны. Гэтыя перыяды акрамя 10 d-элементаў уключаюць сем’і з 14 f-элементаў: лантаноіды ў 6-м і актыноіды ў 7-м перыядзе. Лантаноіды і актыноіды дадзены асобнымі радкамі ўнізе пад табліцай. d-элементы 7-га перыяду з ат. н. 104 і больш з’яўляюцца хім. аналагамі элементаў адпаведных груп 6-га перыяду. У падгрупах d-элементаў IB—VIIIB пры руху зверху ўніз метал. актыўнасць памяншаецца, устойлівасць злучэнняў элементаў у вышэйшай ступені акіслення павялічваецца.

П.с.э.М. належыць значная роля ў развіцці прыродазнаўства. Яна дазволіла прадказаць існаванне невядомых элементаў і іх уласцівасці, а таксама новыя ўласцівасці вядомых элементаў, служыць асновай для стварэння новых неарган. матэрыялаў.

В.​Ф.​Цікавы.

т. 12, с. 323

МЕ́СЯЦ,

адзіны натуральны спадарожнік Зямлі, астр. знак . Другое па яркасці пасля Сонца свяціла (поўны М. свеціць у 465 тыс. разоў слабей за Сонца). Дыяметр 3476 км, маса 7,35∙10​²² кг (у 81 раз меншая за зямную); сярэдняя шчыльнасць 3343 кг/м³ (0,607 сярэдняй шчыльнасці Зямлі). Арбіта з эксцэнтрысітэтам 0,045 нахілена пад вуглом 5°9′ да экліптыкі. Сярэдняя адлегласць ад Зямлі 384,4 тыс. км. Перыяды абарачэння М. вакол сваёй восі і вакол Зямлі (сідэрычны месяц — 27,3217 сут) супадаюць, таму М. павернуты да Зямлі адным бокам. Але ў выніку лібрацыі Месяца з Зямлі назіраецца каля 60% яго паверхні. Адваротны бок М. ўпершыню сфатаграфаваны ў 1959 сав. аўтам. станцыяй «Месяц-3». Змена фаз Месяца, якія вызначаюцца ўзаемным становішчам М., Зямлі і Сонца, адбываецца з перыядам у 29,5306 сут (сінадычны месяц). Сіла цяжару на М. ў 6 разоў меншая, чым на Зямлі.

Паверхня М. падзяляецца на «моры» і «мацерыкі». Светлыя ўчасткі паверхні наз. «мацерыкамі», займаюць 60% плошчы. Гэта няроўныя, гарыстыя раёны з вял. канцэнтрацыяй кратэраў розных памераў (у большасці метэарытнага паходжання, ёсць і вулканічныя). 40% паверхні — «моры»: упадзіны, запоўненыя цёмнай лавай і пылам; напластаванні асобных лававых патокаў утвараюць валы і грады, у многіх месцах праяўляюцца разломы і расколіны. «Мацерыкі» перасечаны горнымі хрыбтамі, размешчанымі ўздоўж узбярэжжа «мораў». Найб. вышыня месяцавых гор дасягае 9 км. Паверхневы слой М. складаецца з раздробленых парод — рэгаліту (таўшчынёй да дзесяткаў метраў). Месяцавы грунт шэра-бурага колеру, адбівальная здольнасць 5—20%, складаецца з часцінак сярэдняга памеру 0,08—0,10 мм Аналіз месяцавых парод, дастаўленых на Зямлю, паказаў, што яны не падвяргаліся ўздзеянню вады. Атмасфера М. вельмі разрэджаная: канцэнтрацыя атамаў і малекул прыблізна ў 10​⁹ разоў меншая, чым у зямной атмасферы на ўзроўні мора. Яна фарміруецца ў выніку ўздзеяння на месяцавы грунт светлавых і цеплавых фатонаў сонечнага выпрамянення. Асн. газы ў атмасферы — неон, вадарод, гелій, аргон. Сутачныя перапады т-р ад 101 °C да -153 °C. Ва ўзорах месяцавых парод, дастаўленых на Зямлю, адсутнічаюць якія-н. мікраарганізмы ці сляды іх жыццядзейнасці. Відаць, стэрылізаваны радыяцыяй і вял. перападамі т-р паверхневы грунт пазбаўлены жыцця. Існуюць розныя гіпотэзы паходжання М., канчаткова гэта праблема не вырашана. М. даследуецца аптычнымі і радыёастр. метадамі, радыёлакацыяй. З 1959 (першая сав. аўтам. станцыя «Месяц-1») пачаліся даследаванні М. сав. аўтам. станцыямі серыі «Зонд», «Месяц», амер. аўтам. станцыямі і пілатуемымі караблямі серый «Сервеер», «Лунар Орбітэр», «Апалон», «Лунар Праспектар». Першы чалавек ступіў на паверхню М. 21.7.1969 (Н.Армстранг).

Літ.:

Фрондел Д.У. Минералогия Луны: Пер. с англ. М., 1978;

Черкасов И.И., Шварев В.В. Грунтоведение Луны. М., 1979;

Уипл Ф.Л. Семья Солнца: Пер. с англ. М., 1984;

Маров В.Я. Планеты Солнечной системы. 2 изд. М., 1986.

А.​А.​Шымбалёў.

т. 10, с. 300

БРАДЖЭ́ННЕ,

анаэробны ферментатыўны акісляльна-аднаўляльны працэс расшчаплення (катабалізму) арган. рэчываў, што адбываецца ў жывых арганізмах і эксперым. умовах пераважна пад уздзеяннем мікраарганізмаў або вылучаных з іх ферментаў. Зыходным субстратам для браджэння з’яўляюцца гал. ч. вугляводы, арган. к-ты, пурыны і пірымідзіны. Пры браджэнні ў выніку шэрагу спалучаных акісляльна-аднаўляльных рэакцый вызваляецца энергія, неабходная для жыццядзейнасці арганізмаў, і ўтвараюцца хім. злучэнні, што выкарыстоўваюцца імі для біясінтэзу амінакіслот, бялкоў, тлушчаў і інш. «будаўнічых» кампанентаў цела (некаторыя бактэрыі, мікраскапічныя грыбы і прасцейшыя жывуць толькі за кошт энергіі браджэння). Адначасова назапашваюцца канчатковыя прадукты браджэння: у залежнасці ад віду зброджвальнага субстрату і шляхоў яго метабалізму ўтвараюцца спірты (этанол і інш.), карбонавыя к-ты (малочная, алейная і інш.), ацэтон і інш. арган. злучэнні, вуглякіслы газ, у шэрагу выпадкаў — вадарод. Паводле ўтварэння асн. прадуктаў адрозніваюць браджэнне спіртавое, малочнакіслае, масленакіслае, прапіёнавакіслае, ацэтона-бутылавае, ацэтона-этылавае і інш. Характар і інтэнсіўнасць браджэння, колькасныя суадносіны канчатковых прадуктаў, а таксама кірунак залежаць ад асаблівасцяў яго ўзбуджальніка і ўмоў, пры якіх яно адбываецца (pH, ступень аэрацыі, від субстрату і інш.). Найб. вывучана спіртавое браджэнне.

Спіртавое браджэнне адкрыў франц. вучоны Каньяр дэ ла Тур (1836), які вызначыў, што яно звязана з ростам і размнажэннем дражджэй. Хім. ўраўненне спіртавога браджэння — C₆H₁₂O₆∙2C₂H₅OH + 2CO₂ выведзена франц. хімікамі А.​Лавуазье (1789) і Ж.​Гей-Люсакам (1815). Л.​Пастэр (1857) вызначыў, што спіртавое браджэнне выклікаюць толькі жывыя дрожджы ў анаэробных умовах. Ням. хімік Э.​Бухнер (1897) высветліў, што яго могуць ажыццяўляць таксама выцяжкі з дражджэй. Пры т-ры, роўнай або большай за 50 °C, працэс браджэння спыняецца. Вылучаны і ідэнтыфікаваны 11 метабалітаў гэтага працэсу — прамежкавых прадуктаў спіртавога браджэння глюкозы і 11 ферментаў, што паслядоўна каталізуюць усе рэакцыі і спіртавога браджэння (сумарнае ўраўненне якога C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2АДФ → 2CH₃CH₂OH + 2CO₂ + 2АТФ). Існуе цесная сувязь паміж браджэннем і дыханнем мікраарганізмаў, раслін і жывёл. У прысутнасці кіслароду спіртавое браджэнне прыгнечваецца ці зусім спыняецца. Працэс ператварэння глюкозы ў жывых арганізмах (гліколіз) падобны да спіртавога браджэння і ідзе з удзелам тых жа ферментаў (адметныя рысы ён набывае на апошніх этапах). Зброджванне вугляводаў (глюкозы, ферментатыўных гідралізатаў крухмалу, кіслотных гідралізатаў драўніны) шырока выкарыстоўваецца ў многіх галінах прам-сці з мэтай атрымання этылавага спірту, гліцэрыну і інш. тэхн. і харч. прадуктаў. На спіртавым браджэнні заснаваны прыгатаванне цеста ў хлеба-пякарнай прам-сці, малочнакіслых прадуктаў, вінаробства і піваварэнне. Малочнакіслае браджэнне бывае гомаферментатыўнае (яго асн. прадукт — малочная к-та; выклікаецца бактэрыямі Streptococcus lactis, S. diacetilactis, Lactobacillus delbrückii) і гетэраферментатыўнае (акрамя малочнай утвараюцца бурштынавая і воцатная к-ты, этанол і інш.; выклікаецца бактэрыяй Escherichia coli — кішачнай палачкай). Малочнакіслае браджэнне выкарыстоўваюць пры вырабе кісламалочных прадуктаў, малочнай к-ты, у хлебапячэнні, квашанні агародніны, сіласаванні кармоў і інш. Масленакіслае браджэнне вугляводаў з утварэннем масленай к-ты ажыццяўляюць многія анаэробныя бактэрыі з роду Clostrobium; выкарыстоўваецца для атрымання масленай к-ты, пры вымочванні валакністых раслін (лёну, канапель, джуту і інш.). Ацэтона-бутылавае браджэнне вугляродаў з утварэннем бутылавага спірту і ацэтону (таксама невял. колькасці вадароду, вуглякіслага газу, воцатнай і масленай к-т і этылавага спірту) выклікае бактэрыя Clostridium acetobutilicum; выкарыстоўваюцца для прамысл. атрымання бутылавага спірту і ацэтону, неабходных для хім. і лакафарбавай прам-сці. Некаторыя бактэрыі з роду Clostridium (гніласныя анаэробы) здольныя зброджваць таксама амінакіслоты бялкоў. Гэты працэс мае вял. значэнне ў кругавароце рэчываў у прыродзе. Прапіёнавакіслае браджэнне вугляводаў з утварэннем вуглякіслага газу, прапіёнавай і воцатнай к-т выклікаюць некалькі відаў бактэрый з роду Propionibacterium. На гэтым працэсе заснавана сыраробства. Ёсць віды браджэння, якія суправаджаюцца і аднаўленчымі працэсамі, напр. зброджванне цукру плесневым грыбам Aspergillus niger, які да 90% засвоенага ім цукру ператварае ў лімонную к-ту, што выкарыстоўваецца ў харч. прам-сці для мікрабіял. сінтэзу лімоннай к-ты. Традыцыйна браджэнне называюць таксама кіслародныя акісляльныя працэсы, напр. воцатнакіслае і глюконавакіслае браджэнне, што ажыццяўляюць аэробныя бактэрыі з роду Acetobacter і некаторыя плесневыя грыбы, якія акісляюць этылавы спірт з утварэннем воцатнай, а глюкозу — глюконавай к-т.

Літ.:

Ленинджер А. Основы биохимии: Пер. с англ. Т. 2. М., 1985;

Кретович В.Л. Биохимия растений. 2 изд. М., 1986.

А.​М.​Ведзянееў.

т. 3, с. 228