Самое необычное вещество на Земле
Да, речь в этой статье пойдет о обычной воде. Впрочем, то, что мы с детства привыкли к воде, вовсе не означает, что она обычна! Знаменитый научно-популярный фильм «Великая тайна воды» просмотрели миллионы людей. Это о чем-то да говорит. Но даже посмотрев этот фильм, ни зрители, ни многие ученые вовсе не могут сказать, что они знают о воде все. Вода по-прежнему остается самым необычным и малопонятным веществом в мире. Чтоб немного приподнять завесу тайны, мы предлагаем вам избранные места из книги академика И.В. Петрянова-Соколова, который долгие годы занимался изучением воды.
ВСЁ ЛИ НАМ ИЗВЕСТНО О ВОДЕ?
Относительно недавно, в 30-х годах 20-го века, химики были уверены, что состав воды им известен. Но однажды один из них измерил плотность остатка воды после электролиза и был крайне удивлен: плотность оказалась на несколько стотысячных долей выше нормальной. Но в науке мелочей нет и даже такая ничтожная разница требовала объяснения. В результате учёные открыли много новых больших тайн природы. Они узнали, что вода очень сложна.
Так например были открыты новые изотопные формы воды: из обычной получена тяжёлая вода, без которой невозможна сегодняшняя атомная энергетика: при термоядерной реакции дейтерий, выделенный из литра воды, даст столько же энергии, как 120 кг угля!
БЫВАЕТ ЛИ «ОБЫКНОВЕННАЯ ВОДА»?
Оказывается — нет. Нигде нет обыкновенной воды. Она везде разная. Даже по изотопному составу вода в природе всегда различна. Состав зависит от истории воды — от того, что с ней происходило в бесконечном круговороте ее в природе. Так при испарении вода обогащается протием, и вода дождя поэтому отлична от воды озера. Вода 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, никто из тех, кто катается на коньках, и не подозревает, что изотопный состав льда изменился: в нем уменьшилось содержание тяжёлого водорода, но повысилось количество тяжелого кислорода. Вода из тающего льда тоже другая и отличается от воды, из которой лед был получен.
ЧТО ЗНАЧИТ «ЛЕГКАЯ ВОДА»?
Это та самая вода, формулу которой мы знаем со школы — H2O. Но оказывается, такой воды в природе нет. Такую воду с огромным трудом приготовили учёные. Она им понадобилась для точного измерения свойств воды в качестве эталона. Пока такая вода существует только в нескольких крупнейших лабораториях мира, где изучают свойства различных изотопных соединений.
ЧТО ТАКОЕ «ТЯЖЕЛАЯ ВОДА»?
И такой воды в природе нет. Строго нужно было бы называть тяжелой воду, состоящую только из одних тяжелых изотопов водорода и кислорода, D2O, но такой воды нет пока даже и в лабораториях ученых. Разумеется, если эта вода понадобится в науке или технике, то ученые сумеют найти способ ее получить: и дейтерия, и тяжёлого кислорода в природной воде сколько угодно.
В науке и ядерной технике принято для простоты называть тяжелой водой тяжеловодородную воду. То есть она содержит только дейтерий вместо обычного, легкого изотопа водорода. Изотопный состав по кислороду в этой воде соответствует обычно составу кислорода воздуха. Ещё совсем недавно никто в мире и не подозревал, что такая вода существует, а теперь во многих странах мира работают гигантские заводы, перерабатывающие миллионы тонн воды, чтобы извлечь из нее дейтерий и получить чистую тяжелую воду.
СКОЛЬКО ВОД СОДЕРЖИТСЯ В ВОДЕ?
В воде, которая льется из водопроводного крана и имеет речное происхождение, тяжёлой воды около 150 г на тонну, а тяжелокислородной, содержащей «тяжелый» изотоп кислорода и обычный водород — почти 1,8 кг на тонну воды. Ну а если взять воду из Тихого океана, то в ней тяжелой воды содержится почти 165 г на тонну. Мелочь, но все же…
В тонне льда одного из крупных 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, тяжеловодородной воды оказалось меньше на 7 г, а тяжелокислородной — на 23 г больше, чем в речной.
Тритиевая вода T2O выпадает на землю вместе с осадками, но еу очень мало — всего лишь 1 г на миллион миллионов тонн дождевой воды. В океанской воде ее еще меньше.
Строго говоря, вода всегда и всюду разная. Даже в снеге, выпадающем в разные дни, разный изотопный состав. Конечно, отличие невелико, всего 1–2 г на тонну. Только, пожалуй, очень трудно сказать — мало это или много.
В ЧЕМ РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ ЛЕГКОЙ ПРИРОДНОЙ И ТЯЖЕЛОЙ ВОДОЙ?
Ответ на этот вопрос будет зависеть от того, кому он задан. Простой человек не сомневается, что с водой он знаком хорошо. Если любому из нас показать три стакана с обычной, тяжелой и легкой водой, то каждый даст совершенно четкий ответ: во всех сосудах простая чистая вода. Она одинаково прозрачна и бесцветна. Ни на вкус, ни на запах нельзя найти между ними никакой разницы. Химик на этот вопрос ответит почти так же: между ними нет почти никакой разницы. Все их химические свойства почти неразличимы: в каждой из этих вод натрий будет одинаково выделять водород, каждая из них при электролизе будет одинаково разлагаться, все их химические свойства будут почти совпадать. Оно и понятно: ведь химический состав у них одинаков — это вода.