Химия вокруг нас

колодезная и родниковая вода. Однако в больших количествах найти воду,

отвечающую Государственному стандарту, трудно. Поэтому ее приходится

очищать на специальных станциях. Основными стадиями очистки являются

фильтрование (через слой песка) и обработка окислителями (хлором или

озоном). В некоторых случаях приходится применять коагуляцию. Для этого

используют сульфат алюминия A12{SO4)3. В слабощелочной среде, создаваемой

карбонатами кальция, под действием воды эта соль гидролизуется и из нее

получается хлопьевидный осадок гидроксида алюминия Аl(ОН)3, а также сульфат

кальция CaSO4 в соответствии с уравнением

Al2 (SO4)3 + ЗСа (НСО3)2 = 2AI (ОН) 3 v + 3CaSO4v + 6СО2

Гидроксид алюминия А1(ОН)3 вначале образуется в виде мелких коллоидных

частиц, которые со временем объединяются в более крупные. Этот процесс

называют коагуляцией. При коагуляции хлопья А1(ОН)3 захватывают взвешенные

примеси и сорбируют на своей развитой поверхности органические и

минеральные вещества.

С давних пор для стерилизации питьевой воды использовалось простое

кипячение, а древние греки добавляли в воду сухое вино, что создавало

кислую среду, в которой погибали многие болезнетворные микробы.

Питьевая вода должна содержать небольшие количества растворенных солей

и газов. В зависимости от них в различных местах вода отличается по вкусу.

Макрокомпонентами химического состава поверхностных и некоторых подземных

вод считают ионы Na+, K+, Mg2+, Са2+, SO4, Сl, NO3. Ионы Fe2+, Fe3+, Al3+ в

заметных количествах содержатся только в локальных подземных водах,

характеризующихся кислой средой. Кремниевая кислота H2SiO3 является

преобладающим компонентом в некоторых типах грунтовых и поверхностных вод с

очень малой минерализацией, а также в термальных водах. Границей между

пресной и минеральной водой считается содержание минеральных химических

соединений в количестве 1 г/л.

Природные воды, содержащие соли, растворенные газы, органические

вещества в более высоких концентрациях, чем питьевая, называют

минеральными. Некоторые из минеральных вод содержат биологически активные

компоненты: СО2, H2S, некоторые соли (например, сульфаты натрия и магния),

соединения мышьяка, радиоактивные элементы (например, радон) и др. Поэтому

минеральные воды с давних пор использовали в качестве лечебного средства. В

настоящее время минеральные воды делят на лечебные, лечебно-столовые и

столовые.

Лечебные минеральные воды проявляют свое действие в одних случаях при

наружном, а в других — при внутреннем применении. Конечно, воды, пригодные

для внутреннего применения, иногда оказываются полезными и при наружном

использовании. В качестве лечебных вод широко известны сероводородные

(например, воды в районе курорта Мацеста), в качестве лечебно-столовой воды

наиболее известна «Боржоми», а в качестве столовых вод — «Нарзан» и

«Ессентуки № 20». В различных районах нашей страны как столовые широко

используют разные местные минеральные воды, например, в Санкт-Петербурге

известна вода «Полюстрово». Перед разливом в бутылки столовые минеральные

воды обычно дополнительно насыщают углекислым газом до концентрации 3—4 %.

Дистиллированная вода, полученная конденсацией пара, практически не

содержит солей и растворенных газов и потому неприятна на вкус. Кроме того,

при продолжительном употреблении она даже вредна для организма. Это связано

с вымыванием из клеток тканей желудка и кишечника содержащихся в них солей

и микроэлементов, которые необходимы для нормального функционирования

организма.

Поскольку вода является очень хорошим растворителем, в природе она

всегда содержит растворенные вещества, так как не существует абсолютно

нерастворимых веществ. Их количество и характер зависят от состава пород, с

которыми вода находилась в контакте.

Наименьшее количество примесей и растворенных веществ содержится в

дождевой воде. Однако даже она содержит растворенные газы, соли и твердые

частицы. Соли, содержащиеся в дождевой воде, имеют свое происхождение из

океанов и морей. Лопающиеся пузырьки на поверхности океанов выбрасывают в

атмосферу довольно большое количество солей. Они захватываются потоками

воздуха {особенно в штормовую погоду) и распределяются в атмосфере. Твердый

остаток, который образуется при испарении дождевой воды,— это частички

пыли, захваченные капельками дождя. Из 30 л дождевой воды при испарении

остается примерно 1 г сухого остатка. Растворенными газами являются как

основные компоненты воздуха, так и загрязнения, встречающиеся в данном

районе. Состав дождевых осадков над морем согласуется с правилом, согласно

которому он идентичен тому, что получается при добавлении к 1 л

дистиллированной воды 1,5 мл морской воды.

Получение высокочистой воды — весьма сложная задача. Поскольку она

хранится в каком-то сосуде, в ней должны быть примеси материала этого

сосуда (будь то стекло или металл). Для прецизионных научных исследований

наиболее чистую воду получают методом ректификации (перегонкой)

дистиллированной воды во фторопластовых колоннах.

Основные запасы пресной воды на Земле сосредоточены в ледниках.

Влажность воздуха.

Важной характеристикой состояния атмосферы является влажность воздуха

или, что то же самое, степень насыщения воздуха водяными парами. Она

выражается отношением содержания водяных паров в воздухе к их содержанию

при насыщении воздуха при данной температуре. Поэтому правильнее говорить

не просто о влажности, а об относительной влажности. При насыщений воздуха

водяными парами вода в нем больше не испаряется. Для человека наиболее

благоприятная влажность воздуха 50 %. На влажность, как и на многое другое,

распространяется правило: слишком много и слишком мало — одинаково

нехорошо. Действительно, при повышенной влажности человек острее ощущает

низкие температуры. Многие могли убедиться, что сильные морозы при низкой

влажности воздуха переносятся легче, чем не столь сильные, но при высокой

влажности. Дело в том, что пары воды, так же как и жидкая вода, обладают

гораздо большей теплоемкостью, чем воздух. Поэтому во влажном воздухе тело

отдает в окружающее пространство больше теплоты, чем в сухом. В жаркую

погоду высокая влажность опять же вызывает дискомфорт. В этих условиях

уменьшается испарение влаги с поверхности тела (человек потеет), а значит,

тело хуже охлаждается и, следовательно, перегревается. В очень сухом

воздухе тело теряет слишком много влаги и, если не удается ее восполнить,

это сказывается на самочувствии человека.

Абсолютно сухого воздуха практически не бывает.

В 1913 г. английским химиком Бейкером было установлено, что жидкости,

осушенные в течение девяти лет в запаянных ампулах, кипят при гораздо более

высоких температурах, чем указано в справочниках. Например, бензол начинает

кипеть при температуре на 26° выше обычной, а этиловый спирт — на 60, бром

— на 59, а ртуть — без малого на 100°. Температура замерзания этих

жидкостей повысилась. Влияние следов воды на эти физические характеристики

до сих пор не нашли удовлетворительного объяснения. В настоящее время

известно, что тщательно высушенные газы NH3 и HG1 не образуют хлорида

аммония, а сухой NH4C1 в газовой фазе не диссоциирует на NH3 и НС1 при

нагревании. Кислотный триоксид серы в сухих условиях не взаимодействует с

основными оксидами СаО, BaO, CuO, а щелочные металлы не реагируют ни с

безводной серной кислотой, ни с безводными галогенами.

В хорошо высушенном кислороде уголь, сера, фосфор горят при

температуре, на много превышающей температуру их горения в неосушенном

воздухе. Считают, что влага играет каталитическую роль в этих химических

реакциях.

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.

Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее

охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного деления

плавиться не при 00С, а при более высокой температуре. Так, лед,

полученный при замерзании воды, который находиться под давлением 20 000

атм., в обычных условиях плавиться только при 800С.

Поваренная соль

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 взрастает до 25-30 г.

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 NaCI в медицине используют в качестве кровезамещающих

жидкостей после кровотечений и при явлениях шока. Уменьшение содержания

NaCI в плазме крови приводит к нарушению обмена веществ в организме.

Не получая NaCI 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 NaCI может

вызвать острое отравление и привести к параличу нервной системы.

Организм человека быстро реагирует на нарушение солевого баланса

появлением мышечной слабости, быстрой утомляемостью, потерей аппетита,

возникновением неутолимой жажды.

Поваренная соль обладает хотя и слабыми, но антисептическими

свойствами. Развитие гнилостных бактерий прекращается лишь при ее

содержании в 10—45 %. Это свойство широко используют в пищевой

промышленности и при сохранении пищевых продуктов в домашних условиях.

При испарении морской воды при температурах 20— 35 °С вначале

выделяются наименее растворимые соли — карбонаты кальция, магния и сульфат

кальция. Затем выпадают более растворимые соли — сульфаты натрия и магния,

хлориды натрия, калия, магния и после них сульфаты калия и магния. Порядок

кристаллизации солей и состав образующихся осадков может несколько

изменяться в зависимости от температуры, скорости испарения и других

условий.

Поваренная соль, находящаяся на влажном воздухе, отсыревает. Чистый

хлорид натрия — негигроскопичное вещество, т. е. не притягивает влагу.

Гигроскопичны хлориды магния и кальция. Их примеси почти всегда содержатся

в поваренной соли и благодаря им происходит поглощение влаги.

В земной коре довольно часто встречаются пласты каменной соли.

Поваренная соль является важнейшим сырьем химической промышленности. Из нее

получают соду, хлор, хлороводородную кислоту, гидроксид натрия,

металлический натрий.

При изучении свойств почв ученые установили, что, будучи пропитанными

хлоридом натрия, они не пропускают воду. Это открытие было использовано при

строительстве оросительных каналов и водоемов. Если дно водоема покрыть

слоем земли, пропитанной NaCl, то утечки воды не происходит. Для этой цели,

конечно, применяют техническую соль. Строители используют хлорид натрия для

устранения смерзания зимой земли и превращения ее в твердый камень. Для

этого участки грунта, которые планируется вынимать, осенью густо посыпают

NaCl. В этом случае в сильные морозы данные участки земли остаются мягкими.

Химики хорошо знают, что смешением мелкоизмельченного льда с

поваренной солью можно получить эффективную охлаждающую смесь. Например,

смесь состава 30 г NaCl на 100 г льда охлаждается до температуры -20 С0

происходит потому, что водный раствор соли замерзает при отрицательных

температурах. Следовательно, лед, имеющий температуру около 0°С, будет

плавиться в таком растворе, отнимая теплоту от окружающей среды. Это

свойство смеси льда и поваренной соли могут с успехом использовать также и

домохозяйки.

Спички

Высекание искр при ударе камня о кусок пирита FeS2 и поджигание ими

обуглившихся кусков дерева или растительных волокон было способом получения

огня человеком.

Поскольку способы получения огня были несовершенны и трудоемки,

человеку приходилось постоянно поддерживать горящий источник огня. Для

перенесения огня в Древнем Риме использовали деревянные палочки, обмакнутые

в расплав серы.

Приспособления для получения огня, основанные на химических реакциях,

начали делать в конце XVIII в. Вначале это были древесные лучинки, на

кончике которых в виде головки закреплялись хлорат калия (бертолетова соль

КС1Оз) и сера. Головка погружалась в серную кислоту, происходила вспышка и

лучинка загоралась. Человек был вынужден хранить и обращаться с

небезопасной серной кислотой, что было крайне неудобно. Тем не менее это

химическое «огниво» можно рассматривать как прародитель современных спичек.

В начале XIX в. немецкий химик Деберейнер изобрел более совершенное,

но и более сложное огниво. Им было установлено, что струя водорода,

направленная на губчатую платину, воспламеняется на воздухе.

Губчатая платина играет роль катализатора. Для использования этого

средства при получении огня в быту им был создан небольшой стеклянный

прибор (по типу ранее изобретенного Киппом аппарата, носящего его имя).

Водород получался приведением в контакт металлического цинка и серной

кислоты. Таким образом, получение пламени и его тушение обеспечивалось

поворотом крана, приводящего в контакт (или разделяющего) серную кислоту и

цинк. Огниво Деберейнера можно считать прародителем современной газовой или

бензиновой зажигалки.

В современной зажигалке воспламенение горючего производится под

действием искры, получающейся от сгорания мельчайшей частицы «кремня»,

срезанной зубчатым колесиком. «Кремень» представляет собой смесь

редкоземельных металлов (лантаноидов). В мелкораздробленном состоянии эта

смесь пирофорна, т. е. самовоспламеняется на воздухе, образуя искру.

Однако более ранний пирофор изготавливали из смеси поташа К2СО3 и

высушенных квасцов K2SO4 ? Al2(SO4)3.К нему добавляли мелкодисперсный уголь

или сажу и нагревали до каления без доступа воздуха. Порошок охлаждали и

помещали в герметически закрытый сосуд, откуда он мог извлекаться по мере

необходимости, Для добывания огня порошок высыпался на трут, вату или

тряпки и уже в воздухе воспламенялся. Считают, что при прокаливании на

оставшихся частичках угля образуется мелкодисперсный металлический калий,

который, окисляясь на воздухе, и служит инициатором воспламенения.

Важнейшим этапом на пути к современным спичкам было введение в состав

массы спичечной головки белого фосфора (1833). Такие спички легко

зажигались от трения о шероховатую поверхность. Однако при горении они

создавали неприятный запах и главное, их производство было весьма вредно

для рабочих. Пары белого фосфора приводили к тяжелейшему заболеванию —

фосфорному некрозу костей. Прежде всего некрозу подвергались кости челюстей

людей, так как фосфор проникал через кариозные зубы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6