<
X
ш m
О
ас
самое необыкновенное
вещество
I. ЧТО ТАКОЕ ВОДА*
Такой    вопрос    может    показаться    не только странным, но и немного невежливым. Кто же этого может не знать? Всякий   знает,   что   вода — это   соединение водорода  и  кислорода.  Ее всем  известная формула^
Н2О|
Разберемся, прежде всего, в этой формуле.
Сколько существует различных водородов!
В природе существуют три различных водорода — три изотопа. Самый легкий — Н1.   Химики   часто   называют   его   протием.
Член-корреспондент АН СССР И. В. ПЕТРЯНОВ
Водород   в   «обычной»   воде  почти   нацело состоит  из протия.  Кроме  него   во  всякой воде есть тяжелый водород — дейтерий Н2, его чаще обозначают символом   D.   Дейтерия    в    воде    очень    мало.    На    каждые 6700 атомов протия в среднем приходится только один атом дейтерия. Не следует думать, что это так уж мало. В природе часто малые причины вызывают большие последствия. Кроме протия и дейтерия, существует    еще    сверхтяжелый   водород    Н3.    Его обычно    называют   тритием   и   обозначают символом  Т.  Тритий  радиоактивен,   период его   полураспада   немного   больше   12  лет. Он  непрерывно  образуется в  стратосфере под   действием    космического     излучения. Количество   трития  на   нашей   Земле   исче- зающе мало — меньше одного килограмма на всем земном шаре; но, несмотря на это, его    можно    обнаружить    в    любой    капле воды.
Недавно ученые заподозрили, что возможно существование четвертого изотопа Н4 и даже пятого Н5. Они тоже должны быть радиоактивны.
Сколько существует различных кислородов?
В природе найдены три различных изотопа кислорода. Больше всего легкого кислорода О16, значительно меньше тяжелого
«

„_^«
О18 и совсем мало кислорода О17. В кислороде воздуха, которым мы дышим, на каждые десять атомов О17 приходится 55 атомов О18 и более 26 000 атомов изотопа О16. Физики создали в ускорителях и реакторах еще четыре радиоактивных изотопа кислорода: О14, О15, О19 и О20. Все они живут очень недолго и через несколько минут распадаются.
Сколько может быть различных вод!
Если подсчитать все возможные соединения с общей формулой Н2О, то окажется, что всего могут существовать сорок две разные воды. Из них тридцать одна вода  будет  радиоактивной,   но   и   стабиль
ных устойчивых вод будет тоже немало — девять:
Н2О16, Н2О", Н2О18, HDO16, HDO", HDO18, D2O™, D2O17,   D2O18.
Если же подтвердится сообщение о том, что существуют еще два сверхтяжелых изотопа водорода Н4 и Н5, то будут возможны уже сто  пять типов молекул воды.
Где бы в мире ни зачерпнуть стакан воды, в нем всегда окажется смесь молекул, неодинаковых по изотопному составу. Конечно, вероятность образования молекул с разным изотопным составом далеко не одинакова. Молекулы с двумя или сразу с тремя редко встречающимися изотопными атомами будут так редки и их будет так мало, что, по мнению физичов, такие воды пока можно не принимать во внимание.

Что такое обыкновенная вода!
Такой воды в мире нет. Нигде нет обыкновенной воды. Она всегда необыкновенная. Даже по изотопному составу вода в природе всегда различна. Он зависит от истории воды — от того, что с ней происходило в бесконечном многообразии ее круговорота в природе.
При испарении вода обогащается про- тием, и вода дождя поэтому отлична от воды из озера. Вода из реки не похожа на морскую воду. В закрытых озерах вода содержит больше дейтерия, чем вода горных ручьев. В каждом источнике свой изотопный состав воды.
Когда зимой замерзает вода в озере, изотопный состав льда меняется: в нем уменьшилось содержание тяжелого водорода, но зато повысилось количество тяжелого кислорода. Поэтому вода из растаявшего льда уже отличается от той воды, которая замерзла. Если воду разложить, а потом сжечь добытый из нее водород, то получится снова вода, но совсем другая, потому что в воздухе изотопный состав кислорода отличается от среднего изотопного состава кислорода воды. (Но зато, в отличие от воды, изотопный состав воздуха один и тот же на всем земном шаре.) Вода в природе вечно меняется...
Что такое легкая вода!
Это та самая вода, формулу которой знают все школьники — НгО16. Но такой воды в природе нет. Ее с огромным трудом приготовили ученые для точного измерения свойств воды, в первую очередь для измерения ее плотности. Пока такая вода существует только в нескольких крупнейших лабораториях мира, где изучают свойства   различных   изотопных   соединений.
Что такое тяжелая вода!
И этой воды в природе нет. Строго говоря, нужно было бы называть «тяжелой» воду, состоящую только из одних тяжелых изотопов водорода и кислорода — воду D2O18. Но такой воды нет даже в лабораториях. Она еще никому не нужна и незачем ее готовить.
В науке и ядерной технике принято условно называть «тяжелой водой» тяжеловодородную воду. Она содержит только дейтерий, в ней совсем нет обычного лег- кого изотопа водорода. Изотопный состав кислорода в этой воде соответствует обычному составу кислорода воздуха.
Бывает ли полутяжелая вода? Полутяжелой водой можно назвать воду с молекулами НЕЮ. Она есть во всякой природной воде, но получить ее в чистом виде невозможно, потому что в воде всегда протекают реакции изотопного обмена. Атомы изотопов водорода очень подвижны и непрерывно переходят из одной молекулы в другую. Приготовить воду, средний состав которой будет соответствовать формуле полутяжелой воды, нетрудно. Но, в действительности, благодаря реакции обмена 2HD0 ^ Н20 + D20
она будет представлять собой смесь молекул с разным изотопным составом: Н2О, HDO, D2O.
Что такое «нулевая» вода!
Нулевая вода состоит из чистого легкого водорода и кислорода воздуха. Эту воду физико-химики выбрали в качестве эталона: у нее очень постоянный состав. Ее не так уж трудно получать и с ней удобно сравнивать воду неизвестного состава: определив разницу в плотности, легко найти содержание дейтерия.
Кроме всех перечисленных вод, еще существует тяжелокислородная вода — Н2О18. Получить ее из природной воды очень сложно и трудно. Эту воду в чистом виде еще, пожалуй, никто не сумел приготовить. Но тяжелокислородная вода очень нужна для исследования многих биологических и химических процессов, поэтому довольно концентрированные растворы этой воды в воде обычной получают теперь на заводах.
Существует ли радиоактивная вода!
Да. Тритиевую воду получают искусственным путем, в атомных реакторах. Из-за сильной радиоактивности эта вода очень опасна и нужна пока только для научных целей.

Много ли разных вод содержится в воде!
Смотря в какой. В той, что льется из водопроводного крана, куда она пришла из реки, тяжелой воды 62О16 около 150 г на тонну, а тяжелокислородной (НгО17 и НгО18 вместе) почти 1800 г на тонну воды. В воде из Тихого океана тяжелой воды почти 165 г на тонну. В тонне льда одного из больших ледников Кавказа тяжелой воды на 7 г больше, чем в речной воде, а тяжелокислородной воды столько же. Но, зато в воде ручейков, бегущих по этому леднику, D2O16 оказалось меньше на 7 г, а Н2О18— на 23 г больше, чем в речной.
Тритиевая вода ТгО16 выпадает на землю вместе с осадками, но очень мало, всего лишь 1 г на миллион миллионов тонн дождевой воды. В океанской воде ее еще меньше.
В чем же различие
между легкой, природной
и тяжелой водами!
Ответ на этот вопрос будет зависеть от того, кому он задан. Каждый из нас не сомневается, что с водой-то он знаком хорошо. Если показать нам три стакана с обычной, тяжелой и легкой водой, то каждый даст совершенно четкий и определенный ответ: во всех трех сосудах — простая чистая вода. Она одинаково прозрачна и бесцветна. Ни на вкус, ни на запах нельзя найти разницу между содержимым трех стаканов. И это будет верно. Это все — вода.
Химик ответит почти так же: между ними нет почти никакой разницы. Все химические свойства трех вод почти неразличимы: в каждой из них натрий будет одинаково выделять водород, каждая будет одинаково разлагаться при электролизе, все их химические свойства будут почти совпадать. Это и понятно: ведь химический состав вещества в трех стаканах одинаков. Это вода.
Физик не согласится. Он укажет на заметную разницу в их физических свойствах: и кипят и замерзают они при различных температурах, плотность у них разная, а упругость их пара тоже немного различна. Правда, все эти различия малы. Изменения в изотопном составе очень мало влияют  на  физические  свойства   вещества.
Биолог, пожалуй, станет втупик — для него вопрос о различии между водами с разным изотопным составом еще не решен. Еще совсем недавно считали, что в тяжелой воде живые существа не могут жить. Ее даже мертвой водой называли. Но оказалось, что если очень медленно, постепенно заменять в воде, где живут некоторые микроорганизмы, протий на дейтерий, то можно их приучить к тяжелой воде, и они будут в ней неплохо жить и развиваться. А обычная вода станет для них вредной.
Кому нужна тяжелая вода!
Всему человечеству. Мы уже подходим к порогу, за которым появится совершенно реальная угроза: ресурсов химического топлива — нефти, газа, угля хватит очень не надолго. И все надежды связаны с будущим термоядерной энергетики.
Ее топливо — это тяжелая вода. Для рассказа о ней нужна отдельная большая статья. По всей вероятности, в ее конце стоял бы вопрос — на сколько времени хватит человечеству энергии, скрытой в воде? И ответ на него: при таком росте энергетики, которой мы в состоянии предвидеть, не менее чем на миллиард лет.
II. СВОЙСТВА ВОДЫ Почему вода — вода!
Зтот  вопрос  совсем  не  так  неразумен,- как может  показаться.  В  самом деле, разве вода — это только та бесцветная жидкость, что налита в стакан?
Океан, покрывающий почти всю нашу планету, всю нашу чудесную Землю, в котором миллионы лет назад зародилась жизнь — это вода. Тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности,— это тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты — и это вода.	г»—
Прекрасно, невоспроизводимо бесконечное многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов, торжественны и нежны краски небосвода при восходе солнца... Это обычная и всегда

необыкновенная симфония цвета. обязана рассеянию и поглощению солнечного спектра водяными парами в атмосфере. Этот великий   художник   природы — вода.
Великие горные цепи сложены гигантскими толщами сотен различных горных пород, и многие из них созданы величайшим строителем природы — водой. Непрерывно изменяется облик Земли. На месте, где возвышались высочайшие горы, расстилаются бескрайние равнины... Их создает великий преобразователь — вода.
Безгранично многообразие жизни. Она всюду на нашей планете. Но только там, где есть вода.
Почему же одно из бесчисленных химических соединений с простой и ничем не примечательной формулой, состоящее из двух обычных для мироздания элементов, с молекулой всего из трех атомов — простая окись водорода, самая обычная вода,— почему она играет такую роль в природе? Чем объясняется эта исключительная роль воды?
Среди необозримого множества веществ вода с ее физико-химическими свойствами занимает совершенно особое, исключительное место. И это надо понимать буквально. Почти все физико-химические свойства воды — исключение в природе. Она действительно самое удивительное вещество на свете. Она удивительна не только многообразием изотопных форм молекулы и не только надеждами, которые связаны с ней, как с источником энергии будущего. Она удивительна своими самыми обычными свойствами.
Как построена одна молекула воды!
Это известно очень точно. Она построена вот так:
Хорошо изучено и измерено взаимное расположение ядер атомов водорода и кислорода и расстояние между ними. Оказалось,   что   вместе   с   электронными   обо
лочками атомов, молекулу воды, если на нее взглянуть с<сбоку», можно было бы изобразить так:
А  если  взглянуть  «сверху»  со стороны атома кислорода, то так:
Значит взаимное расположение зарядов в молекуле воды можно изобразить в виде тетраэдра.
При таком строении взаимное притяжение молекул воды необычайно сильно: каждая молекула воды может образовать четыре одинаковых «водородных» связи с другими молекулами воды.

Все молекулы воды с любым изотопным составом построены совершенно одинаково.
А молекула льда? Никаких особых молекул льда нет. В куске л"ьда молекулы соединены так, что каждая из них связана и окружена четырьмя другими молекулами. Это очень рыхлая структура, в которой остается много свободного объема. Правильное кристаллическое строение льда выражается в изяществе снежинок и в красоте морозных узоров на замерзших оконных стеклах.
Как расположены молекулы воды в воде?
К сожалению, этот очень важный вопрос изучен далеко не достаточно. Строение молекул в жидкой воде очень сложно. Когда лед плавится, его сетчатая структура частично сохраняется в образующейся воде.    Молекулы   в   талой    воде   состоят    из
многих простых молекул — это агрегаты, сохраняющие свойства льда. При повышении температуры часть агрегатов распадается, их размеры становятся меньше.
Взаимное притяжение ведет к тому, что средняя величина сложной молекулы воды в жидкой воде значительно больше, чем размеры одной молекулы воды. Такое необычайное молекулярное строение обусловливает необычные физико-химические свойства воды.
При какой температуре вода должна кипеть?
Этот вопрос, вероятно, покажется странным. Вода кипит при ста градусах,— это знает каждый. Больше того, всем известно, что именно температура кипения воды выбрана в качестве опорной точки температурной шкалы и условно обозначена 100° С.
Однако вопрос поставлен иначе: при какой температуре вода должна кипеть? Ведь температуры кипения различных веществ не случайны. Они зависят от положения элементов в периодической  системе.
Чем меньше атомный номер элемента, чем меньше его атомный вес, тем ниже температура кипения его соединений. Вода по химическому составу может быть названа гидридом кислорода. НгТе, H2Se и HfeS — химические аналоги воды. Если проследить за температурами их кипения и сопоставить, как изменяются температуры кипения гидридов в других группах периодической системы, то можно довольно точно определить температуру кипения любого гидрида, так же как и любого другого соединения. Сам Менделеев таким способом предсказал свойства химических соединений еще не открытых элементов.
Если определить температуру кипения гидрида кислорода по положению кислорода в периодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при восьмидесяти градусах ниже нуля... Значит, вода кипит приблизительно на сто восемьдесят градусов выше, чем должна кипеть. Температура кипения, наиболее обычное свойство воды, оказывается необычайным и удивительным.
Можно представить себе; что если бы наша вода потеряла вдруг способность образовывать сложные, ассоциированные молекулы, то она, вероятно, кипела бы при той температуре, какая ей положена в соответствии с периодическим законом. Океаны закипели бы, на Земле не осталось ни одной капли воды, а на небе никогда больше не появилось ни одного облачка...
При какой температуре вода замерзает?
И этот вопрос может вызвать недоумение. Каждый знает, что вода замерзает при нуле градусов. Это вторая опорная точка термометра, фиксирующая самое обычное

свойство воды. Но ведь и в этом случае можно спросить, при какой температуре вода должна замерзать в соответствии со своей химической природой.
Оказывается, что гидрид кислорода — по его положению в таблице Менделеева— должен затвердевать при ста градусах ниже нуля...
Вода — удивительное вещество, не подчиняющееся многим физико-химическим закономерностям, справедливым для других соединений, потому что взаимодействие ее молекул необычайно велико. И требуется особенно интенсивное тепловое движение молекул, чтобы преодолеть это дополнительное притяжение. В этом — причина неожиданного и резкого повышения температур  ее  кипения  и  плавления.
Из всего сказанного следует, что температура плавления и кипения гидрида кислорода — его аномальные свойства. Следует, что в условиях нашей Земли жидкое и твердое состояние воды — также аномалии. Нормальным должно было быть только газообразное состояние- Невозможным жителям невозможного мира, в котором все свойства воды были бы «нормальны», пришлось бы, очевидно, сжижать воду специальными машинами, подобно тому, как это делаем мы, получая жидкий кислород из воздуха.
Сколько существует газообразных состояний воды?
Только одно — пар.
Сколько существует жидких состояний воды?
На этот вопрос не так просто ответить. Жидкая вода.обладает такими свойствами, что приходится задуматься: правилен ли простой, казалось бы не вызывающий никаких сомнений, ответ — одно, конечно...
Вода после плавления сначала сжимается, а затем, по мере повышения температуры, начинает расширяться. При + 4° С у воды наибольшая плотность. Эту аномалию объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор... воды в воде.
При плавлении льда сначала образуются крупные агрегаты молекул воды. Растворяясь в обычной низкомолекулярной воде, они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда. Поэтому сначала плотность воды низкая. Но с повышением температуры эти большие молекулы разрушаются и плотность воды растет, пока не начнет преобладать обычное термическое расширение...
Если это объяснение верно, то возможны несколько состояний воды, только пока никто не умеет их разделить. И неизвестно, удастся ли когда-нибудь это сделать.
Свойство воды, о котором идет речь, имеет огромное значение для жизни. В реках и озерах перед наступлением зимы постепенно охлаждающаяся вода спускается вниз, пока температура всего водоема не достигнет +4° С. А при дальнейшем охлаждении более холодная вода остается сверху и всякое перемешивание прекращается. Теперь тонкий слой холодной воды становится как бы «одеялом» для всех обитателей подводного мира.
Что должно быть легче — вода или лед?
Лед плавает на воде и, конечно, легче ее. Но почему «конечно»? Разве это так ясно? Ведь объем всех твердых тел при плавлении увеличивается и они тонут в своем собственном расплаве. А вот лед плавает в воде.
Значит, и это свойство воды — аномалия, исключение и притом совершенно замечательное исключение.
Попробуем вообразить, как выглядел бы мир,  если  бы  вода  обладала нормаль-

ными свойствами и лед, как и полагается любому нормальному веществу, был плотнее жидкой воды. Зимой намерзающий сверху лед тонул бы, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять. Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш цветущий мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды...
Сколько существует льдов!
В природе, на нашей Земле — один, обычный лед, самый прекрасный из минералов. Никакие алмазы не могут сравниться блеском и красотой со снежинками, искрящимися на солнце. Льдом — голубовато- зеленым камнем сложены горы, им покрыт целый материк. Лед — горная порода с необычными свойствами. Он твердый, но течет как жидкость, и существуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с высоких гор. Лед изменчив — он непрерывно
исчезает и образуется вновь. Лед необычайно прочен и долговечен — десятки тысячелетий хранит он в себе без изменений тела мамонтов, случайно погибших в ледниковых трещинах.
Но кроме этого льда в лабораториях открыты еще по крайней мере шесть различных, не менее удивительных льдов, которых нет в природе. Они существуют только при очень высоких давлениях.
Обычный лед сохраняется до давления в 2115 атмосфер, но при этом давлении плавится при —22° С. Когда давление превышает 2115 аг, образуется плотный лед — лед III. Он тяжелее воды и тонет в ней. Если понизить температуру и довести давление до 3000 ат, то получится еще более плотный лед II. Давление сверх 5000 ат превращает лед в лед V — его можно нагреть почти до 0° С, и он не растает. При давлении около 20 000 ат появляется лед VI. Это буквально горячий лед — он выдерживает, не плавясь, температуру + 80° С. Лед VII, обнаруженный при давлении 40 000 ат, можно, пожалуй, назвать раскаленным льдом. Это самый плотный и тугоплавкий из известных льдов. Он плавится только при   175 градусах выше нуля.

Некоторые ученые подозревают, что существует еще неустойчивый лед IV, быстро переходящий в лед V.
Наверно, человек сумеет в будущем найти еще  не один  вид льда...
Что нужно, чтобы лед растаял!
Очень много тепла. Больше, чем для плавления такого же количества других веществ (кроме нескольких металлов). Исключительно большое значение скрытой теплоты плавления — 80 калорий на грамм льда — также аномальное свойство воды.
При замерзании воды такое же количество тепла выделяется снова. Когда появляется лед, когда выпадает снег, они отдают тепло, которое подогревает землю и воздух. Они противостоят холоду и смягчают переход к суровой зиме. Именно бла
годаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существуют осень и весна.
Сколько тепла нужно, чтобы нагреть воду!
Очень много. Больше, чем для нагревания равного количества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория. Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения. И эта особенность воды имеет очень большое значение не только при варке обеда на кухне.
Вода — это великий распределитель тепла на Земле. Нагретая Солнцем у экватора, она переносит тепло в мировом Океане гигантскими потоками морских течений в далекие полярные области, где жизнь возможна только благодаря этой удивительной особенности воды.
Чтобы разделить молекулы воды, чтобы превратить ее в пар, нужно очень много энергии — нет ни одного вещества, у которого скрытая теплота испарения была бы больше, чем у воды. Вода — лучший теплоноситель.
Вода — гигантский движитель: подсчитано, что Солнце испаряет на Земле за одну минуту миллиард тонн воды, и каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагретого воздуха поднимается в верхние слои атмосферы. Каждый грамм этого пара уносит с собой 537 калорий солнечной энергии...
Эта энергия неминуемо должна выделиться снова — превращаясь в облака, отдавая тепло и нагревая воздух, водяной пар каждую минуту отдает атмосфере Земли чудовищно огромное количество энергии:
2,2-1018 джоулей.
Чтобы выработать эту энергию за то же время, понадобилось бы сорок миллионов электростанций мощностью по миллиону киловатт каждая...
Это та энергия, которая переносит сотни миллиардов тонн воды по воздуху. Это энергия ветров, бурь, ураганов и штормов. Один ураган выделяет энергию, эквивалентную тридцати   тысячам   атомных   бомб.
10

Почему в море вода соленая!
Это, пожалуй, одно из самых важных следствий одного из самых удивительных свойств воды. В ее молекуле центры положительных и отрицательных зарядов сильно смещены один относительно другого. Поэтому вода обладает исключительно высоким, аномальным значением диэлектрической проницаемости.
Для воды е = 80, а для воздуха и вакуума е=1. Это значит, что два любых разноименных заряда взаимно притягиваются друг к другу в воде с силой в 80 раз меньшей, чем в воздухе, так как по закону Кулона
f =
er2
Все межмолекулярные связи, определяющие прочность всех тел, зависят от взаимодействия между положительными зарядами атомных ядер и отрицательными зарядами электронов. На поверхности тела, погруженного в воду, силы, действующие между молекулами или атомами, ослабевают под влиянием воды почти в сотни раз.
И если оставшейся прочности связи между молекулами недостаточно, чтобы противостоять тепловому движению, то молекулы или атомы начинают отрываться от поверхности тела. Оно начинает растворяться— либо распадаясь на отдельные молекулы, как сахар в стакане чая, либо на заряженные ионы, как поваренная соль.
Именно благодаря аномально высокой диэлектрической проницаемости вода — один из сильнейших растворителей. Медленно и неотвратимо она разрушает даже граниты.
Ручьи, речки и реки сносят растворенные водой примеси в океан. Вода из океана испаряется и вновь возвращается на землю, чтобы снова и снова продолжать свою вечную работу. А растворенные соли остаются в морях и океанах.
Если бы вода не обладала удивительным свойством — необычайно высокой диэлектрической проницаемостью — море не было бы соленым. Но это некому было бы заметить — не было бы на Земле жизни.
11

Распадаются ли
в воде на ионы
ее собственные
молекулы!
Да, распадаются. Молекулы воды очень прочны, но все же очень большая их часть диссоциирует:
Из каждого миллиарда молекул воды при обычной температуре диссоциированы всего две молекулы.
Свободный	протон
Н+ — ядро атома водорода,— конечно, не может существовать в водной среде: он немедленно присоединяется к молекуле воды и образует ион гидроксония Н3О+.
Существует ли чистая вода!
Если быть строгим и точным в ответах, то придется сказать, что нет — чистой воды пока никто не видал и не держал в руках.
В воде всегда растворены, наверное, сотни, а может быть и тысячи различных соединений почти всех элементов периодической системы. В ней взвешены мельчайшие нерастворимые частицы пыли.
Много ученых  работает над решением трудной проблемы получения абсолютно чистой воды. Но пока еще получить такую воду не удалось никому.
Это и понятно: налитая в сосуд вода растворяет стекло, соприкасаясь с любым газом она растворяет газ...
Очень тщательно очищенная вода приобретает совершенно необычные свойства: ее можно перегреть на десятки градусов выше точки кипения — она не закипит, ее можно очень сильно переохладить — она не замерзнет.
12

Какую форму имеет вода!
И этот вопрос поставлен совершенно правильно. Вода обладает собственной формой, как и любая другая жидкость. Ее форма — шар. Утверждение учебников, будто вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет — неверно. Ее собственная форма на Земле обычно искажена силой тяжести.
В том, что жидкости свойственна форма шара, легко убедиться, поместив ее в состояние невесомости. Это возможно и на Земле: сфотографируйте падающую каплю или хороший мыльный пузырь. И в том, и в другом случае действие силы тяжести исключено, и вода принимает свою собственную форму.
Может ли вода течь вверх!
Да, может. Это происходит всегда и повсеместно. Сама поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вода вверх по капиллярам сосудов дерева. Сама движется вода вверх в порах промокательной бумаги или в волокнах полотенца. В очень тонких трубках вода может подняться   на   высоту  нескольких  метров...
Это объясняется еще одной замечатель- .ной особенностью воды — ее исключитель
но большим поверхностным натяжением. Силы межмолекулярного притяжения действуют на молекулу жидкости на ее поверхности только в одну сторону, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула втягивается с поверхности внутрь жидкости. Возникает сила, стягивающая поверхность. У воды она особенно велика: поверхностное натяжение составляет 72 дины на сантиметр.
Эта сила и придает мыльному пузырю, падающей капле и любому количеству жидкости в условиях невесомости форму шара. Она поддерживает бегающих по поверхности пруда жуков, лапки которых водой не смачиваются. Она поднимает воду в почве, а стенки тонких пор и отверстий в ней, наоборот, хорошо смачиваются водой. Вряд ли вообще было бы возможно земледелие, если бы вода не обладала этой особенностью.
Все ли уже известно о воде!
Совсем немного лет назад химики были уверены, что состав воды им хорошо известен. Но, однажды, одному исследователю пришлось измерить плотность остатка воды после электролиза. Плотность оказалась на несколько стотысячных долей выше нормальной...
В науке нет ничего незначительного. Эта
В
серебряном сосуде вода не портится, купели в церкви •сделаны из серебра, персидский царь Кир возил воду на   войне   в
•	серебряных   чанах — таков    набор общеизвестных     в     наше     время аргументов в пользу «серебряной ¦годы».   Но   автору   известен   слу-
ай,    когда    вполне    современный улолодой     батюшка     прибежал    к ¦врачам советоваться — предстояло крестить собственное чадо... Усомнился!
Не   мнительный   ли   перестраховщик батюшка?
Ответ на этот вопрос интерес-
•	но поискать в научной литературе.
ВОДА И СЕРЕБРО: ФАКТЫ И ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЯ
В конце прошлого века швейцарский ботаник Карл Негели впервые описал действие слабых растворов серебра на клетки пресноводных водорослей. Он назвал это явление олигодинамией. («Олигос» — следы, «динамис» — действие. Действие «следов», крайне малых  количеств).
Четкой теории процесса построить не удалось, и долгое время серебру приписывали даже
некую «неведомую силу». В начале нашего столетия в Западной Европе (Австрия, Германия) появилась публикации, авторы которых утверждали, что бактерицидное (губительное для бактерий) действие серебра сказывалось даже через воздушную прослойку между ним и зараженной поверхностью. Работа советского исследователя В. Д. Славина в 1936   году   опровергла   это   чудо:
13

ничтожная разница потребовала объяснения. И в результате стало постепенно выясняться многое из того, о чем рассказано в этой статье.
А началось все с простого измерения самой обычной, будничной и неинтересной величины — плотность воды была измерена точнее на лишний десятичный знак...
Каждое новое, более точное измерение, каждый новый верный расчет не только повышает уверенность в знании и надежности уже  добытого и  известного,  но  и  раздви
гает границы неведомого и еще непознанного, прокладывает к ним новые пути.
Нет предела человеческому разуму, нет предела его возможностям; и то, что мы теперь так много знаем о природе и свойствах поистине самого необыкновенного в мире вещества — о воде, открывает еще большие возможности. Кто может сказать, что еще будет узнано, что открыто нового, еще более необычайного? Умейте только видеть и удивляться.
Вода, как и все в мире, неисчерпаема.
Рассказ о самом обыкновенном и в то же время самом необыкновенном веществе, который вы только что прочли, предназначался автором — в несколько расширенном виде — совсем для другого издания, готовящегося сейчас к печати. Его редакция любезно разрешила нашему журналу, предназначенному в общем-то для взрослых, напечатать эту статью.
Речь идет о «Детской энциклопедии», первое десятитомное издание которой разошлось несколько лет назад почти полумиллионным тиражом и получило большое международное признание — переведено и переводится во многих странах Европы, Азии и   Америки.
В настоящее время Академия педагогических наук РСФСР и издательство «Про- саещение» работают над вторым — расширенным изданием «Детской энциклопедии» в двенадцати томах. Третий том — он называется «Вещество и энергия» — посвящен физике   и   химии.
«Детская энциклопедия» — не только десять или двенадцать детских книжек. Это популярное справочное издание, в котором и взрослые — как нетрудно видеть на примере рассказа о воде И. В. Петрянова — могут почерпнуть немало интересного.
Пожелаем же «Детской энциклопедии» большого успеха у юных читателей, у их родителей   и   учителей.
дело было   в   неверной   трактовке •контрольных   опытов.
'В работах, посвященных действию растворов серебра удивителен полнейший разнобой. Одни установили, что для бактерий губительны только .ничтожные количества серебра в зараженной воде. Другие убедительными опытами показали, что количества эти должны быть вовсе не такими ничтожными. Это миллиграммы или десятые доли миллиграмма в литре. Одни наблюдают эффект через 10 минут. Другие видят, что бактерии гибнут только через несколько  часов...
Кто же прав? Правы, очевидно, все. Так в науке не бывает? Увы, бывает, когда условия опытов неодинаковы. В последние годы стало ясно, что одна и та же доза серебра ведет себя в отношении бактерий по-разному в различной по химическому составу воде. Если в воде больше хлоридов, то серебро действует хуже. Чем больше бактерий (на- пример# в сильно загрязненной колодезной воде), тем слабее действие серебра. Оказывается, не все равно, какое серебро ввести в воду. Ведь можно электролитическим путем ввести в во
ду ионы чистого серебра, можно растворить азотнокислое серебро, можно, наконец, использовать коллоидные соединения. И сравнение убедительно показывает, что разные препараты действуют неодинаково...
Многие ошибки прошлых исследований объясняются и тем, что стенки cocyflOBf в которых ученые изучали растворы, понемногу «серебрились», сорбировали на себе серебро. И его концентрация в следующем опыте увеличивалась без ведома экспериментаторов, потому что они... не   меняли   лабораторную   посуду
14

после каждого опыта. И вообще, как это ни покажется странным, точная методика аналитического определения серебра в воде появилась только в последние годы. Ее применение позволяет теперь судить о предмете исследования гораздо   четче.
Изменилась со временем и бактериологическая оценка опытов. Раньше исследователь «пускал» в 1 литр воды 100 000 бактерий {например, кишечной палочки), действовал той или другой концентрацией серебра и получал, например, такой результат гибели бактерий: 99%. Казалось бы( прекрасный эффект. Однако сейчас в СССР государственный стандарт на качество питьевой воды допускает, чтобы в 1 литре находилось не более трех кишечных палочек. И результат прежнего опыта выглядит неутешительно, .потому что 1 % оставшихся в живых бактерий — это 1000 штук в литре, в 333 раза больше  нормы...
Но вернемся к нашему ба- ь пошке-перестраховщику. Что же происходит со «святой водой», что происходит в купелях? Происходят вполне объяснимые вещи. Действительно, если в литр чистой воды ввести сотые 'Доли миллиграмма серебра, то (при условии ее хранения в закупоренном сосуде) микробы в ней не развиваются. Но «не дай бог» они туда попадут — и «святые свойства» воды исчезнут: убить микробов в уже зараженной ими воде можно только большими дозами серебра. Кстати, когда врачи поинтересовались бактериологическим загрязнением «святой» воды в церковной утвари, результаты оказались	плачевными — рост
бактерий   наблюдался   во   многих пробах.
С другой стороны( можно предполагать, что церковники иногда фабрикуют «святую воду» именно с .помощью увеличенных доз   серебра   (растворяя   азотно
кислое серебро .или даже прибегая к электролитической диссоциации).
Тут возникает вопрос — безвредны ли 'повышенные концентрации   серебра?
Специальные исследования в этой области пока немногочисленны. Но и сейчас санитарные законы в некоторых странах ограничили допустимые количества серебра в воде весьма малыми величинами. Например, в США введена предельно допустимая концентрация серебра в ши- тьевой воде 0,05 мг/л. Это гораздо меньшее содержание серебра, чем потребовалось бы для обеззараживания воды! У нас применение растворов серебра внутрь для лечебных целей даже запрещено Министерством здравоохранения Украинской ССР.
Разумеется, серебряная посуда и столовое серебро полностью безвредны (и, кроме того, красивы!), так что в этом отношении ¦никаких опасений возникать не должно. Но ведь дело совсем не только в посуде! Сейчас кое-кто увлекся «самодеятельным» получением серебряной воды электро
литическим путем. Распространилось мнение о ее целебных свойствах...
Хочу еще раз предупредить каждого читателя: введение в организм значительных количеств серебра не безвредно! Только врач# выбирая метод лечения, может сопоставить вероятный его эффект с возможным побочным действием препарата. Врач и только   врач!
Если в воде содержится серебро в дозе, убивающей бактерии, то употребление такой воды для питья может причинить вред здоровью.
Так что волновался батюшка в общем-то не зря...
Э. О. ЛЕОНИДОВ
Жители городов давно привыкли  к централизованным   водопроводам и прозрачную, чистую воду из-под крана принимают как должное.    И    нам   .не    приходится
ВОДА, КОТОРУЮ МЫ ПЬЕМ
задумываться над тем, что гарантированная безвредность водопроводной воды — это результат работы сложного комплекса соо- ружений( результат обширной системы научных работ в области гигиены  воды.
Биологическая роль воды общеизвестна. Две трети человеческого организма составляет вода. 83,3% воды содержится в мозге человека, 79,3%—в крови. 76% —в  мышцах, 22% —в
15

костях. Водный голод в течение 3—4 дней приводит организм к гибели (тогда как без пищи человек может жить гораздо дольше), Очевидно, что качество, состав воды также играют большую эоль, определяя ее биологиче- :кую полноценность и безвредность.
Научные взгляды в этом отношении прошли долгую эволюцию, начиная с Гиппократа, Ветру- вмя и других древних философов, отличавших «здоровую» воду от «нездоровой» по чисто внешним признакам — запаху ( цвету, мутности, вкусу. Современная наука о питьевой воде чрезвычайно многообразна. В ней можно выделить несколько основных направлений. Одно из них связано с изучением веществ .и живых организмов, придающих воде вредные, болезнетворные свойства. Другое, наоборот, изучает вещества, 'придающие воде биологически полезные свойства. Третье направление — это исследования в области превращения* вод различных источников в питьевые.
Связь между распространением некоторых заболеваний и условиями снабжения водой была замечена людьми очень давно. Но только в 1888 г. на VI Международном гигиеническом конгрессе в Вене было признано доказанным, что заразные болезни распространяются питьевой   водой.
Холерные и брюшнотифозные эпидемии, «потрясавшие Европу в конце прошлого и начале нашего столетия, убедительно подтвердили этот вывод, но человечество оплатило доказательство этой истины ценой многих .и многих тысяч жизней. Последняя широко распространившаяся	эпидемия
(пандемия) холеры началась в 1900 году в Индии. Паломники занесли ее в Мекку откуда она распространилась по Египту и, унеся более 30 000 жертв, перебросилась     в     Европу     и     Азию.
Лишь   в   1924—1926   гг.   эпидемия закончилась   на  Дальнем  Востоке.
В наше время перечень аа- разных болезней, 'передаваемых через воду, включает паратифы, дизентерию, инфекционный вирусный гепатит (болезнь Боткина), туляремию, бруцеллез, лихорадку Ку. Некоторые 'Исследования указывают на возможность заражения через воду туберкулезом и по- пиомиелитом.
Откуда же попадают в воду микробы—возбудители инфекций? Прежде всего( с выделениями больных людей и животных. При изучении водных эпидемий чаще всего обнаруживалось, что в источники водоснабжения попадали бытовые сточные воды. Немало сил ученых было потрачено на установление эталона бактериальной безвредности воды. Чтобы обнаружить в воде бактерии —возбудителей инфекционных болезней, требуются сложные и тонкие лабораторные исследования. Для повседневного контроля эти методы не годятся. Нужно было найти косвенные 'признаки. Сейчас для этой цели используют микроорганизм, постоянно выделяемый человеком — кишечную палочку. Чем больше кишечных палочек находится в водной среде, тем больше вероятность, что одновременно в «ей находятся и болезнетворные микробы. Советскими гигиенистами (научная школа проф. С. Н. Черкинского) доказано, что гарантировать безвредность воды можно только в том случае, когда число кишечных палочек в одном литре не превышает трех. Сама кишечная палочка в воде безвредна, но она гораздо устойчивее к воздействию губительных для бактерий веществ, чем возбудители инфекций. Специальные исследования показали, что, если после обеззараживания в 1 л воды осталось не более 3 кишечных палочек то опасные микробы наверняка погибли.   Этим   критерием   и    поль
зуются сейчас в 'практике водоснабжения при охране источников от загрязнения и при обеззараживании воды перед подачей ее в водопроводы.
Другая проблема — это химические примеси, которые есть во всякой воде. Еще в середине прошлого века было замечено, что в одном из швейцарских кантонов часто встречаются люди необычной внешности. Глаза их выпучены, подбородок переходит в большой зоб; люди очень возбудимы, нервны. Болезнь получила название эндемического зоба. В поисках ее причин врачи пришли к выводу: зоб появляется при ненормально низком содержании йода в продуктах питания, воде и воздухе. Препараты йода стали применять как лекарство, и это значительно уменьшило число заболеваний эндемическим зобом.
Чрезвычайно важно для здоровья строго определенное количество фтора в литьевой воде. При его содержании свыше 1,5 мг на 1 литр поражается зубная эмаль, а в тяжелых случаях и многие кости. Заболевание это получило название флюороза. Однако и слишком малые количества фтора в воде (менее 1,0 мг на литр) также приводят к разрушению зубов — к кариесу. Наилучшая концентрация фтора в воде — 1 миллиграмм на литр. В районах, где источники бедны фтором# воду специально фторируют.
Некоторые химические примеси содержатся в воде в очень малых с житейской точки зрения количествах, но небольшое увеличение их концентрации уже наносит вред здоровью. Чтобы убедиться в этом понадобились длительные многолетние наблюдения за людьми в самых разных районах мира, понадобились специальные длительные опыты на животных. Постепенно возникло целое учение   о   предельно   допустимых
16

концентрациях различных веществ в питьевой воде. Проведенные исследования заставляют сейчас ограничивать в воде количества , целого ряда химических веществ— свинца, мышьяка, селена, хрома, кадмия, цианидов.
Очень важен для человека — особенно, для субъективного отношения к литьевой воде — ее минеральный состав. Но только в последние годы начали .появляться детальные научные исследования по этому вопросу. Сложность его решения состоит в том, что вкусовые ощущения у разных людей весьма различны, и в то же время способность человека приспосабливаться к действию слабых раздражителей очень велика. Потребовались наблюдения над тысячами людей( чтобы лрий- ти     к     определенным     выводам.
С максимально допустимыми концентрациями хлоридов, сульфатов магния м железа, других солей, определяющих «жесткость» воды, сейчас многое ясно. А нижние пределы? До какой степени может быть бедна солями вода, чтобы оставаться пригодной для питья?
Прежде всего, вода, бедная Минеральными солями, безвкусна. В переводе .на язык физиологии «безвкусность» воды означает, что она «е раздражает вкусовые окончания нервов во рту. Человек не чувствует утоления жажды( если шьет такую воду. Но вода, в которой мало минеральных солей, может вызывать не только неудовольствие человека, но *f ллохо влиять на состояние его здоровья.
Опыты,   проведенные   на   жи
вотных, наблюдения за людьми показали, что организму далеко не безразличен солевой состав воды. При употреблении маломинерализованных вод {с соленостью меньше 50 мг/л) животные отставали в весе. А .если количество соответствующего элемента, например, кальция, одновременно уменьшалось м в пище1 то начинались заболевания костей, мышц,   кровеносной системы.,
Каким же должен быть солевой состав воды? Полного ответа на этот вопрос еще нет. Слишком многообразны воды, употребляемые человеком в различных районах Земли. Очень многое зависит и от питания.
Еще много предстоит сделать, чтобы в учении о биологической полноценности воды не осталось «белых пятен».
Г. С. МОРГУНОВА
На производство одной тонны стали расходуется 350 м3 воды, на один кирпич — и то уходит 250 литров. В жилых кварталах города каждый день на одного человека нужно больше 400 литров воды... Современный океанский корабль берет с собой в лла ванье несколько сот тонн пресной воды...
К сожалению, запасы пресных вод, пригодных для использования  человеком,  не  настолько   ве-
НУЖНА ПРЕСНАЯ ВОДА!
лики, чтобы подобные подсчеты были бессмысленны. На нашей Земле 97f57% воды находится в океане, 2,14%—в горных ледниках и полярных льдах, 0,29% составляют воды суши, 0,0005% — вода в атмосфере. Для снабжения водой мы используем те самые 0,29% — в основном реки м озера. А расход воды увеличивается с каждым годом. Только в Советском Союзе, например, в 1928 году водопроводы подавали 811 000 м3 воды в сутки. А в 1958 roflyf через 30 лет — уже 21 000 000 м3. в 25 раз больше. Таковы законы развития городов, промышленности, культуры — они непосредственно связаны с увеличением потребности в воде. А   освоение   новых   районов!   Как
часто тормозится оно отсутствием или нехваткой пресной  воды!
Все острее становится .проблема изыскания новых источников. В поисках воды мы обращаемся к недрам Земли, но и там часто встречаем засолоненные воды. Да и вообще количество подземных вод не так уж велико.
...Более 1000 миллионов кубических 'километров -воды содержат моря и океаны. Но практически .использовать эту воду можно только после превращения ее в пресную. Почти на каждом морском судне есть опреснитель— постоянный	источник пресной воды для котлов, а в случае необходимости — и для питья. Но судовые опреснители дают всего несколько тонн воды в сутки. А энергии расходуют много. Для опреснения вод на суше нужны в сотни тысяч раз более мощные установки, и притом гораздо   более  экономичные.
2      «Химия и жизнь», № 3
17

Нужно сказать, что способов опреснения морской воды уже предложено много. Их можно разделить «а две группы. Первая— это 'изменение агрегатного состояния воды (жидкость, лед, ¦пар). Вторая — действие химических, электрохимических >и даже биологических факторов без изменения агрегатного состояния воды.
Выпаривание соленой водыг ее перегонка -— самый неэкономичный метод. Существуют, правда, некоторые усовершенствования. Если выпаривать воду под вакуумом, то она кипит уже 'при 30—50° С Если нагретую до 50— 70° С соленую воду тонким слоем подавать на вращающийся с большой скоростью барабан, то под действием центробежных сил испарение и отделение воды от растворенных в ней солей пойдет быстрее. Это так называемые роторные <испарители. Для южных районов, где можно использовать солнечную энергию, спроектированы гелиоопреснители. Параболическим зеркалом концентрируют лучи, нагревая небольшой объем воды до температуры испарения.	Производительность такой установки — до 70 000 м3 воды в год.
Опреснять воду можно и вымораживанием. При медленном замерзании соленой воды сначала образуются кристаллы пресного льда 'Игольчатой формы. Они располагаются вертикально, и рассол, замерзающий при более низкой температуре, стекает между ними, образуя отдельный слой. Чтобы добыть пресную воду, лед послойно оттаивают в порядке, обратном замерзанию. Способ этот, казалось бы простой, тоже неэкономичен и сложен. Много энергии необходимо для 'получения холода, сложны и дороги устройства для отделения рассола.
Очень интересна вторая группа методов опреснения. В электрохимическом обессоливании во-
18
ды <использовано явление направленного движения ионов растворенных солей в электрическом поле. Положительно заряженные катионы, как известно, движутся к катоду, отрицательно заряженные анионы — к аноду. На пути движения ионов устанавливают полупроницаемые мембраны, которые делят установку «а отдельные камеры. С одной стороны каждая камера ограничена положительно заряженной анионопро- ницаемой диафрагмой^ с другой — такой же, но отрицательно заряженной, т. е. катионопроницае- мой диафрагмой.
В одной из крайних камер находится анод, в другой — катод. Под действием постоянного тока ионы «расходятся» в противоположные стороны. Обратный путь им отрезан заряженными диафрагмами—и вода в камерах постепенно освобождается от солей, становится  пресной.
К числу химических методов опреснения относится 'Ионообменный: соленую воду 'Пропускают через фильтры с ионообменными смолами. Энергию расходуют только насосы. Можно даже регулировать степень опреснения. Но опреснять этим способом морскую воду не удается—в ней слишком  много   солей.
Интересны попытки 'применить для опреснения воды биологические процессы. Оказалось, например, что некоторые морские водоросли на свету поглощают растворенные соли, а в темноте выделяют 'ИХ. В каскаде освещенных бассейнов такие водоросли будут частично опреснять 'проточную соленую воду. А «восстанавливать» их можно в темных бассейнах.
Огромные перспективы открывает использование атомной энергии. Идея способа связана с совмещением в одном комплексе атомной электростанции и испарительных устройств. При мощности станции в 200 000 киловатт можно вырабатывать одновремен-
/
•но 200 000 VI3 пресной воды в 1сутки.
Мы знаем, что полностью лишенная солей «совершенно пресная» вода для питья непригодна. Но природная вода проходит длительный процесс формирования солевого состава, в нем участвуют многие химические элементы и некоторые газы. В результате в природной воде оказываются растворенными вещества, в обычном состоянии малорастворимы з (например, бикарбонат кальция).
Не придется ли человеку моделировать процесс «формирования» воды в природе? Или идти в обход? Естественно, сразу же возникает мысль о частичном опреснении морской воды. Испарительные установки таких возможностей не дают. А, например, электродиализ {электрохимическое обессоливание) уже не так бесперспективен.
Морская вода содержит около 35 г различных солей в литре. А в литре обычной воды солей около 1,5 г. Но есть соли, которых в морской воде даже меньше, чем в питьевой пресной.
Может быть( наука найдет пути частичного опреснения соленых вод и «исправления» их состава. Может быть, когда-нибудь мы научимся «изготовлять» воду для питья лучше, чем это делает природа. Для научной фантазии врача здесь большой простор Олресненная вода не обязательно будет просто питьевой. В субтропиках и тропиках, где человеку почти все время хочется пить, а воды не хватает, может появиться задача централизованного снабжения водой целебного состава, облегчающей тяготы жаркого климата. И можно думать, что эти решения не столь отдаленны. Тем более, что использование атомной энергии открывает перспективы опреснения больших количеств  морской  воды.
Кандидат медицинских наук Л. И. ЭЛЬПИНЕР

В 1955 году в СССР (А. Г. Па- сынским) и в США (С. Л. Миллером) были поставлены интереснейшие опыты. Электрический разряд напряжением 60 000 вольт пропускали через смесь паров воды, аммиака, метана и водорода. Эта смесь должна была имитировать атмосферу «безжизненной» Земли. Через неделю после начала высоковольтной «грозы» в сосуде были обнаружены аминокислоты — те основные «кирпичи», из которых состоит белковая молекула... Эти эксперименты — подтверждение гипотезы академика А. И. Опарина о возможности образования сложных органических компонентов живого организма из простых химических соединений.
Вода — необходимый компонент синтеза аминокислот и, кроме того, та среда, «питательный бульон», в котором возникли и развились первые живые существа.
Но <прежде чем появилась жизнь, должна была появиться и сема вода. Как это произошло? «Геологическая» гипотеза происхождения воды отвечает так: земная кора и вода образовались почти одновременно. Внутри раскаленного тела — будущей Земли — происходили бурные реакции. Наряду с другими соединениями, их результатом была и вода... При остывании планеты она поднялась из «едр на поверхность и образовала гидросферу — мировой океан.
ВОДА—ЖИЗНЬ
Очень долго Земля была безжизненной.
Но вода все больше становилась сложнейшей химической лабораторией, где встречались и вступали в реакции разнообразные неорганические соединения, попадавшие в океан из земной коры 'и атмосферы. Гигантские извержения выбрасывали из «едр в атмосферу, насыщенную парами воды, раскаленный газ. Углерод карбидов соединялся с водородом воды. И однажды возникла первая молекула углеводорода...
В горячей воде мирового океана сложные органические вещества смешивались и, поглощая азот и атмосферный аммиак, образовывали еще более крупные .и сложные молекулы. Появилась и первая белковая молекула... Но от простейших белков до живого организма было еще очень, очень далеко!
В «первичном бульоне» — в водном растворе белков — химические превращения были хаотическими. Различные белки смешивались, образуя коацерваты — капельки 'полужидких коллоидов. Эти капли поглощали другие белки, в них .происходили реакции— коацерват распадался... Или наоборот — рос! Капельки росли, делились, снова росли и снова делились...
Сохранялись только те, которые  оказались   наиболее   приспо
собленными к окружающей среде. Начался естественный отбор. На какой-то его стадии возникли сначала очень простые, а затем и более сложные ферменты, первые биокатализаторы. Процесс роста и дробления коацерватов стал более направленным. Появились капельки белка, которые росли и делились, уже сохраняя свои свойства. И хотя они еще не имели клеточного строения, они были близки к вирусам... Возникла жизнь... Но не будь воды — все эти превращения стали бы невозможны. Жизнь зародилась в воде, развилась в воде, вода — ее растворитель 'И среда. Она является «матрицей» жизни — эти слова принадлежат крупнейшему современному биохимику лауреату Нобелевской премии Альберту Сцент-Дьердьи.
Природа добилась просто поразительной «организации» в построении живого организма. И не .последняя роль в «ей принадлежит воде. В чем же она заключается? Сцент-Дьердьм пишет: «Я mo-прежнему убежден в том, что нельзя говорить о белках, .нуклеиновых кислотах или нуклеопротеидах и о воде так, как если бы это были две различные системы. Они образуют единую систему, которую нельзя разделить на компоненты без разрушения ее сущности... Биология забыла о воде, подобно тому как может позабыть о ней глубоководная рыба».
И в самом деле — на воду смотрели как на более или менее нейтральную среду, заполняющую пространство между структурными элементами в клетке. Но еедь «живое» — это система из воды и органического вещества, единая, связанная, неразделимая. Вода—неотъемлемая часть живой природы.
Ю. ДРУГОВ И. ЕФИМОВ
?*
19

*?.,
ЖЛЖАЛ
что это та кое?

Кандидат медицинских наук П. А. ПРОСЕЦКИЙ
Солнце висит над самой головой. До палубы и поручней трапа нельзя дотронуться.   Порывистый  суховей  с   африканского берега,   проносясь   над  кораблем обжигает    кожу.   Губы   трескаются,   пересыхает во рту. Мы   выпиваем   по 5—6 литров воды в день...
Через несколько дней становится, как будто, легче — наступает адаптация, организм приспособился к тропической жаре. Многие матросы, голые по пояс, безбоязненно работают на палубе. И только бывалые моряки не снимают рубах. Временами они обливают друг друга водой, даже не раздеваясь, и продолжают свое дело. Испаряясь, вода охлаждает тело, значит меньше нужно потеть,— значит экономится вода в организме.
Вышли в Индийский океан. Температура снизилась с 36 до 30° по Цельсию, только воздух стал более влажным, немного труднее стало дышать.
А на следующий день случилось несчастье. В полдень на палубе молодой матрос получил тепловой удар.
В дело пришлось пускать лобелин и камфару, лед и холодную воду из шланга. Малейшее промедление могло бы стоить парню жизни.
...Пострадавший неподвижно лежит на кушетке, виновато смотрит на капитана и пытается оправдываться. Он спортсмен... И   вообще   не   какой-нибудь   слабосильный.
В Красном море дольше всех был голым на палубе и меньше всех пил воды. А тут в океане произошла какая-то ерунда.
Он не знал, что с повышением влажности воздуха даже при 28—30 градусах человек может потерять сознание потому, что в воздухе, насыщенном влагой, пот почти не испаряется с поверхности кожи и тело не охлаждается. А выделяется пот очень интенсивно, организм может за час потерять больше литра воды. Если организм теряет 5—10% содержащейся в нем жидкости, наступают тяжелые расстройства. При потере 15—20% воды неизбежна смерть...
Обмен веществ в организме возможен только в том случае, когда продукты обмена растворены. Основной растворитель для них — вода. Все жизненно важные процессы идут в организме в водных растворах. Когда воды в организме становится меньше, чем требуется, во многих органах возникают сигналы об этом. Импульсы идут от слизистой оболочки желудка и полости рта, от почек и внутренних оболочек кровеносных сосудов. В определенной области коры головного мозга, получившей название «питьевого центра», все эти нервные импульсы «собираются». Раздражение «питьевого центра» (даже механическое или  электрическое)  вызывает  жажду.
Часто желание пить не соответствует фактической потребности организма в воде. Такая жажда называется условно- рефлекторной. Она возникает в тех случаях, когда организм попадает в условия, ранее вызывавшие жажду. Водного дефицита — недостатка воды в организме — может еще не быть, а жажда уже появляется — действует условный рефлекс. Чувство жажды возникает также из-за высыхания слизистой оболочки рта. Здесь достаточно смочить ее — прополоскать рот — и пить уже не хочется.
Организм саморегулирует водный обмен — при нехватке влаги одновременно с «включением» механизмов жажды уменьшается выделение мочи. При насыщении клеток тела водой происходит обратный процесс. Существует особый антидиуретический гормон задней доли гипофиза, который управляет соотношением между водой и веществами, растворенными в моче. Количество и концентрация мочи зависят от поступления в кровь этого гормона.
21

Среднесуточная потребность в воде человека, находящегося в обычных для себя условиях, составляет 2,5 литра. Основной источник влаги — вода, которую мы пьем, и жидкая пища. Но немного воды образуется в самом организме при окислении ряда веществ (100 г жира лают 107 г воды; 100 г крахмала — 55 г воды; 100 г белка — 41 г воды).
Выделение пота — по наблюдениям за моряками в тропиках — может достигать 6—8 литров, а в ряде случаев и 10 литров в сутки.
Было бы неправильно думать, что пот — это только вода. Вместе с ней организм теряет соли натрия, калия, кальция, фосфора и хлора, а также многие водорастворимые витамины (С, РР, витамины группы В). При этом происходит нарушение щелочно-кис- лотного равновесия, нарушается углеводный, жировой и белковый обмен.
Утоление жажды — сложная и еще не вполне решенная проблема. Одни исследователи считают, что воду нужно пить без ограничения до полного утоления жажды, другие рекомендуют воздерживаться от обильного питья.
В условиях высокой температуры   при    интенсивном выделении пота в   организм должна вводиться не только вода, но и другие необходимые вещества.
В рецептуру «тропического сиропа», с успехом испробованного нашими моряками, входят, кроме сахара, таннин, водорастворимые витамины (С, группы В, Р и РР), лимонная кислота, соли калия, кальция и другие.
Кисловато-сладкий терпкий   напиток   хорошо утоляет жажду   и   восполняет  теряемые с потом вещества. Его можно употреблять и в горячих цехах, и в летних туристических походах и при восхождении на горы.
ПОЧЕМУ ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ
БУДЕТ НУЖНА ТЯЖЕЛАЯ ВОДА
^^   тветить ^^      но то
формул.
на этот вопрос мож-
лько   языком цифр и
Вот значения очень точно из
меренных масс изотопных атомов
водорода:
Протай .  .
Дейтерий .
Тритий .  .
.   1№
.   lD'
.   1Т'
М=1,007 825
М=2,014102
М=3,016049
Между легкими атомами, в том числе между атомами дейтерия,   возможна  ядерная  реакция.
К такой реакции неприменим
закон     сохранения     веса,     каким представляла его старая химия:
2x2,014102=/=1,007 825+3,016049 Разница в массахг «недостача» равна 0,00433 грамма. Это означает, что при реакции между двумя грамм-атомами тяжелого водорода можно получить, согласно уравнению Эйнштейна Е = Дт-с2, энергию: 0,00433 х (3,О-1ОМ)«=3,9Х1О« эрг.- Эта величина эквивалентна энергии, получаемой в наше время от сжигания в топках 13,5 тонн первосортного угля.
Итак: полвагона угля или два грамм-атома дейтерия, (которые содержатся в одной грамм-молекуле тяжелой воды. А тяжелая вода есть в любой природной воде,    один    атом    дейтерия    на
22

6700 атомов  протия. Следовательно, простой воды потребуется:
6700 X 18 = 120 500 грамм  или ISO литров.
Иначе говоря, один литс обычной воды может дать больше энергии, чем 100 кг хорошего угля... Но перейдем к трудностям, которые будут лучше всего понятны тоже на примере простого расчета.
Чтобы два атома могли вступить в ядерную реакцию, их ядра должны столкнуться, т. е. сблизиться до расстояния, на котором начинают действовать межъядерные силы — примерно до Ю~12 см. Найдем энергию, необходимую для того, чтобы преодолеть их взаимное отталкивание. Из закона Кулона следует, что лтотен- циальная энергия двух ядер, сблизившихся на расстояние 10" в см, должна быть равна
Из двух  предыдущих формул получим:
= 2,3.10-7-Z1-Z2 эрг, если   между   собой   сталкиваются элементы   с   атомными  номерам | Z, и Z2.
Поел ставить себе, мала или не очень мала эта энергия, неспециалисту затруднительно. Гораздо легче понять, с какой скоростью должны сталкиваться атомы( чтобы преодолеть потенциальную энергию электростатического отталкивания. Они должны обладать большей или по крайней мере равной кинетической  энергией.
На языке формул это означает:
i-/nu = 2,3-10-7.Z1-Z2 эрг.
Массу одного атома п можно выразить через атомный вес, зная, сколько атомов содержится в грамм-атоме:
т-
6,02 -1023"
После этого уже можно вычислять скорость V, с которой должны столкнуться атомы, чтобы могла начаться  ядерная  реакция.
v = 5,3- 10я
У дейтерия атомный номер Z = = 1. Масса изотопа А — 2. Значит, v = 5,3-108-0.50-5 = 3,8-108 см/сек. Скорость атомов должна быть равна 3800 километров в секунду. Средняя скорость теплового движения атомов дейтерия три комнатной температуре (293° К) равна всего 1,9 км/сек. Кинетическая энергия молекул возрастает пропорционально	абсолютной
температуре# .или, что то же самое, пропорционально квадрату скорости. Следовательно, чтобы средняя скорость молекул дейтерия была достаточной для реакции между ядрами, «нужно нагреть тяжелый -водород до температуры:
 = 293-
38002
Л   Q2 1,»
= 1,1-109градусов(!)-
Итак, сталкиваться и реагировать между собой могут только ядра дейтерия, «нагретые» до температуры более миллиарда градусов. Так формулируется цифрами трудность, которую мы обсуждаем.
Быть может, тяжелую воду можно чем-нибудь заменить? Ничем. Тяжелая вода, как источник тяжелого водорода для термоядерных реакций с целью получения энергии, .по-видимому, незаменима. Это следует из того( что необходимая для начала реакции температура чрезвычайно сильно, как легко увидеть, вернувшись к нашим формулам, возрастает по мере увеличения атомного номера элемента Z. Часть дейтерия можно было бы заменить на тритий, но этого изотопа в природе почти нет.
Возможно ли преодолеть эти трудности? Вероятно, да. Во-первых, для того, чтобы началась реакция, не .нужно весь водород нагревать до такой немыслимо чудовищной   температуры.  Доста
точно, если хотя бы отдельные атомы будут обладать нужной энергией Во всяком газе при любой температуре есть частицы с разными скоростями, от очень малых до очень больших., Благодаря этому реакция между атомами дейтерия будет идти с достаточной скоростью даже и при температуре в несколько раз меньшей, чем 10s градусов. Это намного облегчает задачу.
Во-вторых, существует так называемый туннельный эффект, благодаря которому всегда есть некоторая вероятность, что реакция между ядрами все же может произойти, даже если их кинетическая энергия будет несколько ниже, чем необходимо для преодоления электростатического отталкивания.
Поэтому для начала термоядерного процесса между ядрами тяжелого водорода будет достаточна температура «всего» только в 300 миллионов градусов. Если же вести реакцию между дейтерием и тритием, то будет достаточно w 40 миллионов градусов.
Нужен «е взрыв, а управляемая реакция. Нужна термоядерная «топка» с температурой в сотню миллионов градусов. И хотя в природе нет и не может быть материала, способного выдержать такую температуру, физики нащупывают путь—первыми на него ступили советские ученые — к созданию термоядерного реактора. Ведутся опыты: «стенками» камеры могут быть мощные электромагнитные   поля.
Сколько понадобится времени, чтобы термоядерная энергетика, настоящая «гидроэнергетика будущего» стала из фантазии физиков реальностью — этого сегодня не знает никто. Но ведь и электричество казалось когда-то (кстати, не так .давно — каких-нибудь двести лет, назад,— величина, ничтожная в истории человечества!) забавным явлением—и ничем больше^..
23

СЕМЬ СПОСОБОВ,
Кандидат
медицинских наук Л.  И.  ЭЛЬПИНЕР
ХЛОРИРОВАНИЕ
Один из наиболее распространенных методов обеззараживания. При введении в воду хлора образуется хлорноватистая  кислота |С12 + Н2О -*- HOCI
- HCIJ, которая диссоциирует по уравнению HOCI —>- Н+ + [OCIJ-. Ион OCI определяет окислительную и бактерицидную активность хлора. Последнюю связывают также и с действием HOCI на микрофлору. Воду хлорируют как чистым хлором, так и его соединениями   [хлорная   известь,   гипохлорит   кальция,
хлорамин).
ОБРАБОТКА УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМИ
ЛУЧАМИ
Способ основан на способности лучей ультрафиолетовой части светового спектра с длиной волны 254—257 миллимикрон вызывать гибель бактерий в результате действия фотохимически активных фотонов. Источником излучения служат специальные лампы, в которых электрический разряд происходит в парах ртути или в смеси ртутных паров с аргоном. Бактерицидные ультрафиолетовые лампы располагают над поверхностью тонкого слоя воды ипи погружают в камеру с проточной водой.
24

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
ОЗОНИРОВАНИЕ
Основано на сильном окисляющем действии, которое оказывает на бактерии атомарный кислород при распаде озона Оз. Для получения озона используют «тихие» (без искр) электрические разряды в воздухе, который затем пропускают через воду.
. . ...V.'.V.'O'.'.'oV.V W.Y.V.V.V.V.W.VO.*
XvX\°X'5.". * XvX'Xv.v
¦mm
ОБРАБОТКА УЛЬТРАЗВУКОМ
Ультразвук высокой интенсивности (10—30 вт/см2] может убивать бактерии, так как он является причиной образования кавитационных пузырьков, вблизи которых возникают импульсы огромных давлений. Ультразвук меньшей интенсивности резко повышает бактерицидное действие малых концентрацией химических веществ (хлора, перекиси водорода) и ультрафиолетового излучения.
УЛЬТРАКОРОТКИЕ РАДИОВОЛНЫ
УКВ (радиоволны короче Юм) вызывают гибель микробов в воде. Действие УКВ связывают с резким повышением температуры в массе бактерий. Наиболее бактерицидны волны длиной 3—10 см.
25

РЕНТГЕНОВСКОЕ
И ГАММА-ОБЛУЧЕНИЕ
Мощными источниками гамма-лучей и рентгеновых лучей можно обеззараживать воду. Бактерии погибают как под действием самого излучения, так и вследствие образования в воде химически активных радикалов. Это еще один путь мирного использования атомной энергии.
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ПЕРЕКИСЬЮ ВОДОРОДА
Перекись водорода в присутствии катализатора выделяет атомарный кислород, окислительное действие которого убивает бактерии. Метод обеззараживания основан на этом эффекте.
Знаете
 ли вы, что...
Океан растворяет газы атмосферы и переносит их на большие расстояния, выступая наряду с ветрами в роли регулятора состава воздуха.
Чтобы пересчитать число молекул в I см? воды, миллиард человек должны трудиться, отсчитывая каждый по одной молекуле  в  секунду  около  миллиона  лет.
Струя воды, вытекающая из сопла со скоростью 100 м/сек, упруга как сталь. Ее нельзя разрубить даже саблей — клинок отскакивает  от  струи  воды.
Вычислено, что ежегодно на дно океана оседает около 2300 млн, т солей, главным  образом  СаСОз-
Взрослая береза извлекает корнями из почвы и испаряет с поверхности листьев до  70  ведер воды за  сутки.
Содержание солей в океане в среднем 3,5%, в Средиземном море — 3,9%, в балтийском — 0,5%,   в   Черном — 1,8%.
В Азовском море — самом богатом в мире водоеме — вылавливается почти столько же рыбы, сколько в Средиземном море, которое по площади в 63 раза больше   Азовского.
Дно океана — еще неразведанное хранилище полезных ископаемых. По расчетам геологов, запасы руд на дне океана составляют примерно 1,5 • Ю12 т. Это руды никеля, меди,   марганца к  других   металлов.
Обычное стекло растворяется в воде. Точнейшие аналитические весы показывают, что вместе со стаканом горячего чая вы можете выпить около одной десятитысячной   грамма   стекла.
26

Гигантское подземное озеро объемом 263 млн. м3 открыто в Целинном крае. Подземная пресная вода отличается хорошим качеством. Всего на территории Казахстана известны 17 крупных подземных озер. В 1962 году воду здесь пол уча пи из 5000 с кважи н глуби но и от 200 до 800 м.
Есть реки с соленой водой, например река Солянка, протекающая на Крайнем Севере СССР. Считают, что соль попадает в реку с грунтовыми водами, просачивающимися   через   соляные   отложения.
Если бы моря и океаны испарились, то их дно покрылось бы слоем соли толщиной 60 м Чтобы морская вода стала пресной,   ее  нужно   разбавить   в  70  раз.
Самый высокий айсберг видели возле острова Диско (Гренландия): его высота достигала   149  м.
ШШШТ.	¦
В океане углекислого газа приблизительно  в 8  раз  больше,  чем  в  атмосфере.
Верблюд может терять влагу в количестве до Уз от своего веса без всякого ущерба для здоровья. Известен опыт, в котором верблюд весом 450 кг поел* недоли работы в пустыне потерял в весе около 100 кг. После этого он вылил сразу 103 л воды   н   «привел»   свой   вес   в  норму.
На крайнем севере Швеции пришла в негодность бетонная плотина гидроэлектростанции Суорва. Для ее ремонта избрали дешевый, но рискованный способ. Бетонное гело плотины покрыли синтетической обо- почкой на основе эпоксидной смолы и неопрена. Этот непрочный «чехол» заклеил трещины в бетоне и защищает плотину от воды,   снега,   льда   и   ветра.
В Алжире есть озеро, наполненное чернилами, которыми можно писать на бумаге. Дело в том, что в озеро впадают две небольшие речки: воды одной из них богаты солями железа, другой — гуминовы- ми веществами. В результате получается раствор, подобный искусственным чернилам.