Из чего всё сделано? Рассказы о веществе
Шрифт:
Глава 5. Зачем же так глубоко копать? Просто протяни руку!
Мы основательно покопались в Земле, пора выбираться на поверхность.
Тем более что и здесь так много разных удивительных и полезных веществ, созданных природой, —
Как вы думаете, какое самое главное и самое необходимое человеку вещество мы можем найти на поверхности земли? Конечно, воду. Она повсюду — в лужах и ручьях, реках, морях и океанах, горах и ледяных айсбергах, в туманах и облаках. Вода — фантастический художник, потому что делает наш мир красивым. На воду в водопадах, реках и морях можно смотреть часами, она как живая. А какие потрясающие картины восхода и заката солнца, какие изумительные радуги дарят нам капельки воды, которые висят в воздухе и играют с солнечным светом, словно бриллианты! В какие неповторимые резные снежинки и причудливые морозные узоры на окнах превращается она, замерзая! Без воды мир потерял бы не только краски, но и саму жизнь. Потому что без воды жизнь невозможна. Она и зародилась-то в воде более миллиарда лет назад. Мы сами состоим из воды более чем на 60%.
Водяной пар, который всегда присутствует в воздухе, столкнувшись с холодным стеклом, оседает на нём тончайшим слоем воды. Но стоит ударить морозу, как эта вода превращается в изысканные ледяные узоры
В сильный мороз капли воды в облаках кристаллизуются, образуя снежинки. Интересно, что чаще всего получаются снежинки с шести лучами. Но их узор не повторяется. Идеально симметричная снежинка, которую вы видите на фотографии, образуется из чистой воды
Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов называл воду самым необыкновенным веществом на земле и рассказал о ней в своей книжке с таким же названием, которую я советую вам прочитать. Что же необычного в этой бесцветной жидкости, налитой в стакан? В этой жидкости необычно всё. Она до сих пор ставит исследователей в тупик, потому что многие её свойства — исключения из правил. Вода, как и все вещества, состоит из молекул, а в молекуле воды содержатся два атома водорода и один атом кислорода поэтому химики, используя символы элементов, записывают её формулу так — Н2О (читается аш-два-о). Или рисуют разными способами. Например, так: два маленьких шарика (атомы водорода) прилеплены к большому (атом кислорода) как два лохматых уха к голове собаки. Всё как будто просто и понятно. Но это только на первый взгляд.
Таблица Менделеева, в которой расположены все элементы, существующие в природе, и о которой мы говорили в самом начале книги, даёт возможность химикам довольно точно предсказывать свойства веществ. И это прекрасно удаётся для всех других веществ, кроме воды. Согласно этим научным предсказаниям, вода должна закипать при минус восьмидесяти градусах, то есть она должна быть газом. Между тем вода закипает при ста градусах и существует в виде жидкости, пока её не испарят нагреванием. А при какой температуре замерзает вода? «При нуле градусов, это знают все», — скажете вы. Верно, но, по расчётам, она должна замерзать при минус сто градусов. Как видите, два главных и обычных свойства вещества оказались совсем необычными. Почему?
Всё дело в строении воды как вещества.
А вот ещё одно необычное свойство. Вещества при замерзании обычно уменьшаются в объёме, но только не вода. Она расширяется! Объём, который занимает лёд, больше, чем объём воды, из которого он получился. Вы можете сами убедиться в этом, если сделаете небольшой эксперимент.
Возьмите стеклянную бутылку (именно стеклянную!), заполните её водой по самое горлышко и крепко закройте пробкой или крышкой. А затем положите бутылку в пластиковый пакет, засуньте в морозильную камеру холодильника и через два-три дня посмотрите, что получилось. Результат вас удивит — толстое стекло бутылки треснуло, не выдержав напора расширившейся замерзшей воды.
Кстати, это явление отчасти повинно в том, что у нас плохие дороги. Если вода, попавшая в трещинки в асфальте, замёрзнет, то лёд расширится и начнёт эти трещины раздвигать. Вот так постепенно асфальт крошится и покрывается ямами и колдобинами. По этой же причине замороженные ягоды и овощи, если их оттаять, выглядят совсем не так, как только что с грядки, — какие-то вялые и мягкие. А виновата всё та же вода. Замерзая в клетках, она расширяется и разрывает их стенки.
Итак, из-за того что вода при замерзании расширяется, лёд становится легче воды и плавает по ней — ещё одна аномалия, с точки зрения физика и химика. Но аномалия очень полезная, иначе на реках и озёрах лёд не держался бы на поверхности, водоём промерзал бы насквозь, и вся рыба в нём погибала бы. Да и все айсберги ушли бы под воду. Это бы и ладно — «Титаник» до сих пор бы плавал.
Или вот такой факт. Все мы знаем, какой упругой становится вода, бьющая из шланга, если зажать выходное отверстие шланга пальцем, оставив маленькую щёлку. Можно увеличить давление и другим способом — поставить мощный насос. И вот если струя воды будет вытекать из шланга со скоростью 100 м/сек, то она станет упругой как сталь. Её нельзя разрубить даже саблей — клинок отскакивает от струи воды.
Есть множество и других аномалий в поведении воды. Но об этом вы прочитаете в специальных книгах, когда подрастёте и займётесь химией.
Вопрос не так глуп, как может показаться на первый взгляд. Хотя многие книги будут убеждать нас, что у воды нет никакой формы, она принимает форму сосуда, куда налита, это свойство всех жидкостей. И тем не менее у воды есть форма — шар. Это прекрасно знают космонавты, которые не раз разливали воду на борту космических станций. В невесомости вода немедленно собирается в шарики, большие и маленькие, которые парят вокруг космонавтов.
Почему же вода собирается в шарики? А всё дело в тех взаимодействиях между молекулами, о которых мы говорили. Силы связи между молекулами воды велики. Та молекула, которая оказалась на поверхности, не может так просто оторваться от своих подружек — они тащат её, «вцепившись в юбку», назад. Поэтому каждая молекула втягивается с поверхности внутрь жидкости, и эта внутренняя сила, в свою очередь, стягивает поверхность. Химики называют её силой поверхностного натяжения. У воды она особенно велика. Вот почему в невесомости, где нет силы тяжести, вода собирается в капельки-шарики.