Путешествие в Страну элементов

Любой химик скажет, что, например, в килограмме гипса содержится 210 граммов воды. Вода есть во всех живых организмах.

О чистоте воды

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.

Природный стандарт

«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.

Три состояния воды