Страница 33 из 83
Самая обыденная и самая известная жидкость — вода состоит из двух химически активных газов — водорода и кислорода. В литре воды содержится 111,1 грамма водорода и 888,9 грамма кислорода, иначе говоря — 1254,32 литра водорода и ровно вдвое меньше кислорода. На Земле 2·1018 тонн воды. Наглядно представить себе это количество можно так. Построим мысленно гигантский цилиндр с площадью основания в 1 квадратный метр. Этот цилиндр, высота которого равна величине диаметра земной орбиты, то есть 300 миллионам километров, вместит всю воду нашей планеты.
Как же распределяется на Земле вода? Большая часть ее находится в морях и океанах, остальная — в реках, озерах, льдах суши, горных породах и минералах. Атмосфера содержит одну стотысячную часть всей воды. По абсолютному значению это немалая величина: если бы атмосферные пары сгустились, уровень океанов повысился бы на четверть метра. Ежегодно в круговороте находятся громадные массы воды; если бы вся испаряющаяся вода удалялась в заатмосферные высоты, океаны мелели бы на 75 сантиметров каждый год.
Вода, по образному выражению Ферсмана, — нерв Земли. Вода везде. Даже в камне. И чтобы убедиться в этом, не надо вызывать великана из старой детской сказки, того, что может выжать воду из камня.
Любой химик скажет, что, например, в килограмме гипса содержится 210 граммов воды. Вода есть во всех живых организмах.
В учебниках обычно пишут, что вода — это прозрачная, бесцветная жидкость без вкуса и запаха.
Шведский ученый Зоттерман утверждает, что животные ощущают вкус воды аналогично тому, как мы, например, вкус соли. У человека таких анализаторов нет, но вкус воды для нас — понятие обыденное и никак не абстрактное.
Одно дело — водопроводная вода, другое — вода из прозрачного родника. По вкусу они различаются резко, внешне не отличаясь ничем. Ведь вода — прекрасный растворитель, в ней всегда есть примеси солей и газов. В природе самая чистая вода — дождевая, но и она не без примесей. 1 килограмм дождевой воды при выпаривании дает 30 миллиграммов сухих остатков; к тому же в литре воды растворено не менее 200 миллиграммов газов. А если взять речную воду?
Тонна чистой на вид невской воды несет с собой 57 граммов растворенных веществ, днепровская — 187 граммов, а мутно-желтые воды Нила — до 1600 граммов. А вода, приходящая в наш дом по трубам? Любая хозяйка знает, что внутреннюю поверхность чайника, в котором ежедневно кипятится вода, со временем покрывает слой желтоватой накипи. Это углекислые соли магния и кальция. На своем долгом и длинном пути к водопроводному крану вода растворяет углекислый газ атмосферы, при соприкосновении с горными породами она вымывает из них углекислые соли магния и кальция.
Примеси причиняют немалый ущерб народному хозяйству. Достаточно сказать, что освобождение от накипи лопаток одной мощной турбины обходится в 25 тысяч рублей.
Как же очищают воду от вредных примесей? На первой стадии — обработкой химическими веществами. Чтобы смягчить воду, катионы магния и кальция осаждают добавкой извести, соды и щелочи. Образующиеся соединения этих элементов выпадают в осадок.
Химики в лабораторных опытах пользуются дистиллированной водой. Ее получают в специальных аппаратах. Обычную воду нагревают в перегонном кубе до кипения, пары поступают в холодильник, где охлаждаются и капельками воды стекают в приемник. Однажды перегнанная вода содержит 0,5–1 миллиграмм растворенных солей на литр. Такое количество примесей не влияет на ход реакций, которые проводятся в дистиллированной воде. Но для изучения ее свойств необходима более тщательная очистка.
В прошлом веке очень чистая вода была получена перегонкой дважды дистиллированной воды в маленьком аппаратике, из которого выкачали воздух. Колбочку, где собирали перегнанную воду, предварительно выщелачивали в течение десяти лет.
И сейчас получение очень чистой воды, например для изотопного анализа, — процесс непростой. Конечно, для этого не нужно тратить десяти лет на какую-то колбочку: современная химия обладает новейшими мощными средствами очистки.
Показателем чистоты воды служит обычно ее электропроводность. Чем меньше электропроводность, тем она чище.
Для получения воды высокой степени чистоты используется многократная неполная перегонка дважды дистиллированной воды с последующей обработкой ионитами. Чтобы избавиться от примесей органических веществ, воду подвергают действию гамма-излучения Со-60. Органические примеси окисляются в углекислый газ, который удаляют продуванием инертного газа. А образующуюся в результате кобальтового облучения перекись водорода разлагают действием ультрафиолетовых лучей. Науке чистая вода принесла большую пользу.
«Столько-то градусов по Цельсию», — говорим мы. Температурная шкала Цельсия — международная шкала. За единицу — градус — в ней принята сотая доля промежутка между температурами кипения и замерзания чистой воды при атмосферном давлении.
Вода — наиболее распространенное природное тело. Получить с ее помощью температуру в 0 °C и 100 °C довольно легко. Потому и не удивительно, что она послужила естественным стандартом температурных шкал. Вода связана не только с понятием температуры, но и массы, и веса, и теплоты.
Грамм — величина условная.
Грамм — это масса и вес 1 кубического сантиметра воды при 4 °C — температуре максимальной плотности воды.
И еще одно замечательное свойство воды нашло применение в системе единиц. Поставьте утюг весом в 1 килограмм на электрическую плитку, на такую же плитку поставьте килограмм воды в алюминиевой кастрюле. Через некоторое время до утюга не дотронешься, а вода будет лишь теплой. Ведь для нагревания на 1 градус она требует значительно больше тепла, чем любое другое вещество. Количество тепла, поглощенное одним граммом какого-либо вещества при нагревании на 1 градус, называется удельной теплоемкостью. Вода обладает самой высокой удельной теплоемкостью, которая и принята за единицу количества тепла — калорию.
Рыболовы — народ неугомонный. Они и зимой удят рыбу. Пробивают лед, забрасывают удочки в воду и… ждут. Рано или поздно приходит удача. И вряд ли многие из них задумываются, что этим удовольствием они обязаны одной из аномалий воды. Не обладай она этой аномалией, уже при слабом морозе пруд или река покрывались бы коркой отвердевшей жидкости, а при сильном — просто вымерзали бы от дна до поверхности. И вот почему: с повышением температуры у всех тел объем увеличивается. Исключение составляют металлы таллий, висмут и… вода. Вода не подчиняется этому закону: в промежутке от 0 до +4 °C ее объем уменьшается. Потому-то зимой, когда температура воздуха ниже нуля, водоемы не вымерзают до дна.
Судите сами: перед нами пруд; температура его поверхности достигла +4 градуса. Вода при такой температуре обладает максимальной плотностью; следовательно, верхние слои ее идут на дно. Становится холоднее, температура достигает 0 градусов, поверхностные слои не идут на дно, а остаются на своем месте, превращаясь в лед. Чем сильнее мороз, тем толще корка льда, но под этой коркой все же вода.
Лед, обладающий малой теплопроводностью, как бы ватным одеялом предохраняет нижние слои воды от переохлаждения. Лед легче воды. При 0 градусов вода более легка, чем при +4 °C. Качественно новое состояние воды — лед («твердая вода») — обладает еще более «рыхлым» строением.