Химия вокруг нас - Юрий Кукушкин

В республиках Средней Азии батареи градобойных зенитных пушек — картина весьма обычная. Из них в прямом смысле расстреливают грозовые тучи и таким образом спасают урожай от гибели.

Кроме дождя и града атмосферные осадки также выпадают в виде снега. Причудливые формы снежинок издавна привлекали внимание человека. Оказалось, что их форма, размер и характер зависят от вида и высоты облаков, в которых они образовались, от температуры тех слоев атмосферы, которые снежинкам пришлось пересечь при падении на землю. По виду снежинок метеорологи судят о погоде в верхних слоях атмосферы в дни, когда снегопад не позволяет вести наблюдения.

Лед. Вода — удивительное вещество. В отличие от других аналогичных соединений она имеет много аномалий. К ним относятся необычно высокая температура кипения и теплота парообразования. Вода характеризуется высокой теплоемкостью, которая позволяет использовать ее в качестве теплоносителя в теплоэнергетических установках. В природе это свойство проявляется в смягчении климата вблизи больших водоемов. Необычно высокое поверхностное натяжение воды обусловило ее хорошую способность смачивать поверхности твердых тел и проявлять капиллярные свойства, т.е. способность подниматься вверх по порам и трещинам пород и материалов вопреки земному притяжению.

Весьма редкое свойство воды проявляется при ее превращении из жидкого состояния в твердое. Этот переход связан с увеличением объема, а следовательно, с уменьшением плотности.

Ученые доказали, что вода в твердом состоянии имеет ажурное строение с полостями и пустотами. При плавлении они заполняются молекулами воды, поэтому плотность жидкой воды оказывается выше плотности твердой. Поскольку лед легче воды, то он плавает на ней, а не опускается на дно. Это играет в природе очень важную роль. Если бы плотность льда была выше, чем воды, то, появившись на поверхности вследствие охлаждения воды холодным воздухом, он погружался бы на дно и в результате весь водоем должен был бы промерзнуть. Это катастрофически сказалось бы на жизни многих организмов водоемов.

Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый человек был свидетелем того, что замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин. Гораздо большую неприятность доставляет промерзание водопровода, так как при этом почти неизбежным результатом являются лопнувшие трубы. По этой же причине в предстоящую морозную ночь вода сливается из радиаторов охлаждения автомобильных двигателей.

Поскольку вода при замерзании увеличивается в объеме, то в соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления должно приводить к плавлению льда. Действительно, это наблюдается на практике. Хорошее скольжение коньков на льду обусловливается именно этим обстоятельством. Площадь лезвия конька невелика, поэтому давление на единицу площади большое и лед под коньком подплавляется.

Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного давления плавится не при 0°C, а при более высокой температуре.

Так, лед, полученный при замерзании воды, который находится под давлением 20000 атм, в обычных условиях плавится только при 80°C.

Еще одна аномалия жидкой воды связана с неравномерным изменением ее плотности при изменении температуры. Уже давно установлено, что наибольшей плотностью вода обладает при температуре +4°C. При охлаждении воды в водоеме более тяжелые поверхностные слои тонут, в результате чего происходит хорошее перемешивание теплой и более легкой глубинной воды с поверхностной. Погружение поверхностных слоев происходит лишь до тех пор, пока вода в водоеме охлаждается до +4°C. После этого порога плотность более холодных поверхностных слоев не увеличивается, а уменьшается и они плавают на поверхности не погружаясь. При охлаждении ниже 0°C эти поверхностные слои превращаются в лед.

Еще раз хотелось бы отметить, что чистая пресная вода — большая ценность и, к сожалению, ее природные ресурсы исчерпаемы. Воду нужно беречь и защищать от загрязнений, помня, что она — важная составная часть среды обитания человека. Подсчитано, что в нашей стране в водопроводной сети и ее арматуре за счет утечек в среднем теряется от 20 до 30% водопроводной воды. В некоторых странах разрабатываются водосберегающие технологии в бытовом водопользовании. Например, в Швеции сконструировано устройство и разработан способ удаления отходов в туалете с помощью сжатого воздуха и лишь небольшого количества воды. Созданы краны в умывальниках, которые автоматически отключают воду, когда человек отводит от него руки. Утечки воды иногда затапливают подвальные помещения и тем самым изменяют экологическую обстановку дома, района или даже города в целом. Массовое затопление подвалов в некоторых городах уже привело к появлению городских комаров — новой разновидности этих насекомых. Они размножаются не только летом, но и зимой и мигрируют по системам вентиляции, мусоропроводам, лестничным клеткам, создавая много неудобств жильцам таких домов.

Утечки вне домов на магистральных водопроводах приводят к снижению несущей способности грунтов, вызывают развитие оползней, создают подземные вымоины, что приводит к провалам грунта и иногда к разрушению зданий и сооружений.

Поваренная соль

С уверенностью можно сказать, что, по крайней мере, одно химическое соединение в довольно чистом виде имеется в каждом доме, в каждой семье. Это — поваренная соль или как ее называют химики — хлорид натрия NaCl. Известно, что, уходя из таежного приюта, для случайных путников охотники непременно оставляют спички и соль. Поваренная соль совершенно необходима для жизнедеятельности организма человека и животных. Недостаток этой соли приводит к функциональным и органических расстройствам: могут возникать спазмы гладкой мускулатуры, иногда поражаются центры нервной системы. Длительное солевое голодание может привести к гибели организма. Суточная потребность в поваренной соли взрослого человека составляет 10...15 г. В условиях жаркого климата потребность в соли возрастает до 25...30 г. Это связано с тем, что хлорид натрия выводится из организма с потом и для восстановления утрат в организм нужно вводить больше соли. При работе в горячих цехах и в условиях сухого и жаркого климата врачи рекомендуют пить подсоленную воду (0,3...0,5%-ный раствор поваренной соли), так как соль способствует удержанию воды в тканях.

Если не давать животному пищи, то через какое-то время оно погибнет от истощения организма. Если животное кормить без ограничения, но обессоленной пищей, то оно умрет еще быстрее. Дело в том, что поваренная соль служит источником образования в желудке соляной (хлороводородной) кислоты, которая является составной частью желудочного сока. Суточное количество желудочного сока взрослого человека достигает 2 л. Его кислотность характеризуется значением рН, равным 1,5...2,0.

При пониженной кислотности врачи прописывают пациенту слабый водный раствор соляной (хлороводородной) кислоты, а при повышенной кислотности он испытывает изжогу и ему рекомендуют принимать питьевую соду. Она нейтрализует избыток кислоты в соответствии с уравнением

HCl + NaHCO3 = NaCl + CO2 + H2О

Пищевые белки, поступающие в желудок, под действием фермента (биологического катализатора) пепсина расщепляются на отдельные составляющие аминокислоты или блоки этих аминокислот. Из них синтезируется белок, присущий данному организму. Фермент пепсин образуется из другого фермента — пепсиногена. Для превращения пепсиногена в пепсин необходима соляная кислота. При ее недостатке в желудочном соке переваривание и усвоение белков не происходит или идет в малой степени. Соляная кислота также участвует в образовании гормона секретина и некоторых других гормонов, стимулирующих деятельность поджелудочной железы. Кроме того, она способствует переходу пищевых масс из желудка в двенадцатиперстную кишку и обезвреживанию микробов, попадающих в желудок из внешней среды.

Однако хлорид натрия нужен организму человека или животного не только для образования соляной кислоты в желудочном соке. Эта соль входит в тканевые жидкости и в состав крови. В последней ее концентрация равна 0,5...0,6%.

Водные растворы NaCl в медицине используют в качестве кровезамещающих жидкостей после кровотечений и при явлениях шока. Уменьшение содержания NaCl в плазме крови приводит к нарушению обмена веществ в организме.

Не получая NaCl извне, организм отдает его из крови и тканей.

Хлорид натрия способствует задерживанию воды в организме, что, в свою очередь, приводит к повышению артериального давления. Поэтому при гипертонической болезни, ожирении, отеках врачи рекомендуют снижать суточное потребление поваренной соли. Избыток в организме NaCl может вызвать острое отравление и привести к параличу нервной системы.