Путешествие в Страну элементов

Дальнейшее повышение температуры от 0 до +4 °C сопровождается следующими процессами: с одной стороны, молекулы воды усиливают свои колебания вокруг центра равновесия, с другой — все большее количество молекул попадает в пустоты. Получается более экономичная структура, отчего вода достигает максимума плотности. Увеличение температуры ведет к усилению колебаний молекул вокруг центра равновесия, а значит, к увеличению объема.

С заполнением структурных «пустот» молекулами воды связана большая теплоемкость жидкости. Теплота идет на разрыв водородных связей молекулы: попав в «пустоту», она освобождается от связей с другими молекулами. Этим же объясняется и большая величина теплоты парообразования: энергия здесь тратится на разрыв водородных связей.

Таким образом, аномалии свойств воды связаны со структурной ажурностью ее, с одной стороны, и прочностью водородных связей — с другой.

Вода, которая не портится

Может ли вода не портиться месяцами, даже в жару, если она стоит на открытом воздухе?

Известно, что две с половиной тысячи лет назад во время военных походов персидский царь Кир пользовался питьевой водой из особых серебряных сосудов — «священных». Эта вода предохраняла от болезней и не портилась годами. Да и в гораздо более поздние времена «святая» вода была предметом спекуляций у служителей религиозных культов.

Во второй половине XIX века «целебной» водой заинтересовались ученые. Немецкий биолог Негели положил 12 серебряных монет в сосуд, содержащий 12 литров воды. Через некоторое время он обнаружил, что вода получила способность убивать одноклеточные водоросли и бактерии. Причем для этого достаточно было 1 части серебра на сто миллионов частей воды.

Оказалось, что таким же свойством обладает и медь. Его назвали олигодинамическим эффектом (от греческого «олигос» — следы и «динамис» — действие).

«Серебряная вода» получила со временем широкое практическое применение в медицине и для консервирования пищевых продуктов.

Вода, зараженная бактериями дизентерии, брюшного тифа, стафилококка и стрептококка, после введения в нее полграмма серебра на литр делалась стерильной через полчаса. В медицине электролитические растворы серебра употребляются для лечения воспалений, язв желудка и двенадцатиперстной кишки.

Вода с точки зрения химика

Химики XVIII столетия считали воду элементом. Открытие водорода Кэвендишем в 1766 году и опыты по сжиганию газа дали Лавуазье повод усомниться в элементарности воды. В 1783 году Кэвендиш обнаружил, что «горючий воздух» (водород), полученный действием кислот на металлы, и одна пятая обыкновенного воздуха (то есть кислород) при сгорании дают воду. Казалось бы, все ясно, но Кэвендиша попутал флогистон. В то время в химии господствовало учение о флогистоне. Согласно этому учению, все горючие вещества содержат в себе невесомый, невидимый, неслышимый элемент флогистон. При сгорании вещество выделяет флогистон и превращается в негорючий продукт: горючее = флогистон + окалина. Восстановление окисла металла горючим углем так трактовалось флогистиками: окисел + флогистон = металл. Значит, флогистон из угля перешел в металл, а потому-де металл горит, а двуокись углерода — нет. Получив водород, Кэвендиш решил, что в его руках и находится неуловимый флогистон. А потому он и объявил, что вода есть не что иное, как «жизненный воздух» (кислород), присоединивший к себе флогистон.

Между тем во Франции А. Лавуазье разрабатывал антифлогистическую химию. Для него было ясно, что флогистона нет, но сложное ли тело вода, Лавуазье еще не мог сказать точно. Когда до него дошли вести об опыте Кэвендиша, Лавуазье торжественно повторил их при свидетелях. Получив воду сжиганием водорода, он подверг ее всевозможной проверке. Убедившись, что перед ним действительно чистая, дистиллированная вода, Лавуазье зачислил ее, в течение многих веков считавшуюся простым телом, в разряд сложных веществ. Вода состоит из «горючего воздуха» и «жизненного воздуха», из водорода и кислорода — это впервые обнародовал Лавуазье. В 1785 году он определил состав воды: по его данным, она содержала 85 процентов O₂ и 15 процентов H₂.

По современным данным, в воде 88,81 процента O₂ и 11,19 процента Н₂.

Первые шаги водорода

Ученый мир был взволнован, услышав о получении Кэвендишем газа, который был во много раз легче обыкновенного воздуха. В 1781 году итальянский профессор Т. Кавалло наполнял водородом мыльные пузыри: они взмывали вверх и лопались, соприкасаясь с потолком.

В 1783 году в Париже под руководством профессора Шарля был запущен первый воздушный шар, наполненный водородом — самым легким изо всех газов. Для этого потребовалось 18 кубических метров газа — количество огромное по тем временам. Шарль расположил по кругу 12 больших бочек, насыпал в них опилок и налил разбавленной серной кислоты. В бочки были вделаны свинцовые трубы, по которым водород поступал в общий приемник. Из приемника газ шел в воздушный шар.