Прежде чем природная вода станет пригодной для питья, она подвергает­ся осветлению (так называют процесс удаления взвешенных веществ) и обеззараживанию. Иногда воду очи­щают и от специфических примесей: железа, кальция, магния и др.

Путь воды в наши дома начинает­ся с оголовка — обложенной камнями трубы на дне водоёма. Камни не дают попасть в трубу различным предметам, которые влечёт по дну течение. Далее вода проходит через в колонну с пес­ком, который задерживает крупные частицы, прошедшие оголовок

 

После фильтрования из воды уда­ляют все мелкие частицы, часть мик­роорганизмов, гуминовых кислот и растворённых солей металлов. Для этого в поток воды непрерывно вво­дят так называемые хлопьеобразователи (флоккулянты) — алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂•12Н₂О, сульфат алюминия Al₂(SO₄), или сульфат железа (III) Fe₂(SO₄)₃. Смешиваясь с при­родной водой, они реагируют с гидрокарбонат-ионами, образуя очень рыхлые хлопья гидроксидов:

 

Аl³⁺+3НСО^-₃= Аl(ОН)₃¯+3СО₂­ Fe³⁺+3НСО^-₃ = Fe(OH)₃¯+3CO₂­.

После поражения в Первой мировой войне 1914—1918 гг. Германия долж­на была выплатить странам-победи­тельницам 132 млрд. золотых марок. Ес­ли учесть, что одна золотая марка обеспечивалась 0,358423 г чистого золота, немцам предлагалось раскоше­литься почти на 50 тыс. тонн золота!

Помочь родному отечеству взялся видный немецкий химик Фриц Габер (подробнее о его судьбе можно узнать из дополнительного очерка «Из исто­рии удобрений»). Он, как, впрочем, и все химики, знал, что реки, особенно протекающие в золотоносных районах, ежегодно выносят в моря и океаны не­мало золота. Согласно проведённым к тому времени исследованиям, в тонне морской воды содержалось от 2 до 65 мг золота. Вот Габер и решил найти способ извлекать из неё драгоценный металл в промышленных масштабах.

В полной секретности начались подготовительные работы. Два года ушло только на совершенствование методов анализа сверхмалых концент­раций золота в воде. Габер использо­вал способность небольших количеств свинца, осаждаемого из раствора в ви­де нерастворимого сульфида PbS, увле­кать с собой в осадок всё золото, име­ющееся в воде. Этот осадок затем восстанавливали до свинца и переплав­кой получали маленький шарик (коро­лёк) с примесями золота. Свинец уда­ляли прокаливанием (он при этом превращался в оксид PbО), а то, что оставалось, сплавляли с бурой. В рас­плаве и содержалось крохотное зёр­нышко золота, которое можно было рассмотреть только под микроскопом. Зная размеры и плотность золотого шарика, легко рассчитать его массу. Этот процесс Габер и решил положить в основу промышленного извлечения золота из морской воды.

Кроме главных ионов, содержание которых в воде достаточно велико, ряд элементов: азот, фосфор, крем­ний, алюминий, железо, фтор — при­сутствуют в ней в концентрациях от 0,1 до 10 мг/л. Они называются мезоэлементами (от греч. «мезос» — «средний», «промежуточный»).

Азот в форме нитратов NO^-₃по­падает в водоёмы с дождевой водой, а в форме аминокислот, мочевины (NH₂)₂CO и солей аммония NH⁺₄— при разложении органических остат­ков. Фосфор существует в воде в форме гидрофосфатов НРО^2-₄ и дигидрофосфатов Н₂РО^-₄, образующихся в результате разложения органиче­ских остатков.

 

Кремний попадает в природные воды преимущественно в виде частиц SiO₂— продукта разрушения горных пород.

Большинство живых организмов мо­гут существовать лишь в средах, близ­ких к нейтральным. Отчасти это свя­зано с тем, что под действием ионов Н⁺ и ОН^- многие белки, содержащие кислотные или основные группы, из­меняют свою конфигурацию и заряд. А в сильнокислой и сильнощелочной средах рвётся пептидная связь, кото­рая соединяет отдельные аминокис­лотные остатки в длинные белковые цепи. Из-за этого ультраосновные (сильнощелочные) растворы вызыва­ют щелочные ожоги кожи и разру­шают шёлк и шерсть, состоящие из белка. Все живые организмы вынуж­дены поддерживать во внутрикле­точных жидкостях определённое зна­чение кислотности среды (рН).

Наверняка многие знают, что в боло­тах вода имеет коричневый цвет. Реч­ные и озёрные воды окрашены гораз­до слабее. Окраску природной воде придают гуминовые кислоты — как вымывающиеся из почвы и торфа, так и образующиеся при разложении вод­ных организмов (см. статью «Что под нами»). В холодных климатических зонах (тундре) очень мало органиче­ских остатков, и там водоёмы почти не содержат гуминовых кислот. А в зоне лесов, особенно хвойных, где органических остатков образуется много и они не успевают полностью разложиться, содержание гуминовых кислот составляет несколько десятков миллиграммов на литр. Особенно бо­гаты ими болотные воды — 500 мг/л. Гуминовые кислоты не только подкисляют воду в водоёме, но ещё и связывают практически все тяжё­лые металлы в прочные комплексные соединения.

Если налить в стакан холодную воду из-под крана и поставить в тёплое мес­то, на стенках появятся пузырьки га­за. Газы были растворены в холодной воде и выделились при нагревании (поскольку растворимость газов при нагревании уменьшается). Это кисло­род, азот и углекислый газ.

 

Кислород необходим всем орга­низмам для дыхания, а углекислый газ — растениям для фотосинтеза. Кроме того, кислород обеспечивает разложение органических остатков. Когда его в воде мало, органические остатки окисляются не полностью. Образующиеся соединения прида­ют воде специфический запах тины. Что же касается углекислого газа, то он, во-первых, переводит в воду ряд элементов из горных пород, а во-вторых, нейтрализует попадающие в воду основания.

 

Если для химика слово «соль» озна­чает тысячи самых разных соедине­ний, то для неспециалистов лишь од­но — поваренную соль, или хлорид натрия, NaCl. Вкус этой приправы уникален, им не обладает никакое другое вещество! Например, такие соли, как KCl, NaBr, NaI, имеют от­чётливый горьковатый привкус.

Без соли поистине нет жизни. У всех народов она символ гостепри­имства, радушия. Хлебом-солью встречают самых дорогих гостей. А вот просыпать соль по древним по­верьям означало несчастье: на знаме­нитой фреске Леонардо да Винчи «Тайная вечеря» в трапезной монас­тыря Санта-Мария делле Грацие в Ми­лане один из апостолов, Иуда Иска­риот, неловким движением руки опрокидывает солонку.

В теле человека содержится более 200 г NaCl, из которых 45 г раство­рено в крови. Входящие в соль ионы Na⁺содержатся в межклеточной жид­кости, а ионы Cl^-в виде слабого раствора соляной кислоты входят в состав желудочного сока. Взрослому человеку нужно получать в день при­мерно 10 г NaCl, включая и ту соль,

что находится в употребляемых про­дуктах. Недостаток её в пище пагуб­но сказывается на здоровье, а полное отсутствие чревато гибелью.

Природные источники NaCl раз­нообразны. Соль растворена в мор­ской воде. Минерал галит образует под землёй громадные залежи камен­ной соли. Только в России её запасы исчисляются десятками миллиардов тонн! Галит содержит до 8 % других солей, в основном магния и кальция. Это придаёт каменной соли особые свойства. Вот почему для засолки грибов или капусты лучше брать ме­нее чистые (и более дешёвые) сорта поваренной соли: благодаря присут­ствию в них солей магния и кальция продукт приобретает приятный прив­кус и свойство аппетитно хрустеть.

Слабительное действие сульфатов (в первую очередь сульфатов натрия и магния) основано на механизме осмоса (см. статью «Его Величество Раствор»). Сульфат-ионы и ионы магния всасывают­ся в желудочно-кишечном тракте в ограниченных количествах. Поэтому в кишечнике создаётся высокая концентрация этих со­лей, и в него через кишечную стенку устремляется вода. В ре­зультате содержимое кишечника разжижается. Побочное дейст­вие слабительных состоит в том, что они могут вызвать жажду, поскольку происходит обезвоживание организма.

Поскольку в морской воде содержатся сульфаты, она обла­дает слабительным действием. Когда в 1847 г. первая экспеди­ция под командованием лейтенанта Жеребцова вошла на корве­те «Волга» в залив Кара-Богаз-Гол, кок использовал для приготовления пиши соль, в изобилии лежавшую по берегам. Но это оказалась не обычная поваренная соль, а мирабилит — Na₂SO₄•10Н₂О, что вызвало бурное возмущение команды.

Мирабилит — ценное химическое сырьё.

Если капельку воды нанести на стек­ло и подождать, пока она испарится, то на месте капли будут видны белые разводы — это кристаллизуются раст­воримые в воде соли. Содержание солей в природных водах различает­ся в тысячи раз. Например, в литре до­ждевой воды содержатся единицы, максимум десятки миллиграммов со­лей. А в литре воды из залива Кара-Бо­газ-Гол (Каспийское море) — 300 г, почти треть от массы раствора.

В водных растворах подавляющее большинство солей существует в ви­де ионов.

В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат НСО^-₃, хлорид Cl^- и сульфат SO^2-₄) и четыре катиона (кальций Са²⁺, магний Mg²⁺, натрий Na⁺и калий К⁺) — их называ­ют главг1ыми ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, суль­фат-ионы, ионы кальция и магния — горький, гидрокарбонат-ионы без­вкусны.

Гидрокарбонат-ионы нейтрализу­ют кислоты, попадающие в водоём с атмосферными осадками или образу­ющиеся в результате жизнедеятельно­сти организмов: Н⁺+НСО^-₃=Н₂О+СО₂­. С концентрацией гидро­карбонат-ионов напрямую связана устойчивость водоёмов к кислотным дождям. Наиболее чувствительны к ним реки и озёра Карелии, Финлян­дии, Скандинавии, в водах которых этих ионов практически нет.

«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь» — эти слова написал французский писатель и лёт­чик Антуан де Сент-Экзюпери после того, как его самолёт разбился в пус­тыне и он несколько дней провёл под палящим солнцем.

Вода составляет большую часть массы живых организмов. Так, в теле человека на долю воды приходится 2/3 массы, а в медузе её содержание превышает 99%. Для большинства

организмов потеря 1/20 части воды оказывается смертельной.

Десятки видов молекул и ионов, растворённых в природной воде, пре­вращают её в чудо природы, в ко­лыбель жизни и связующее звено между неорганической материей и живым веществом.

Оксид углерода(II), или угарный газ, СО был открыт английским химиком Джозефом Пристли в 1799 г. Это бес­цветный газ без вкуса и запаха, он ма­лорастворим в воде (3,5 мл в 100 мл воды при 0 °С), имеет низкие темпера­туры плавления (-205 °С) и кипения (-192 °С).

В атмосферу Земли угарный газ попадает при неполном сгорании ор­ганических веществ, при извержении вулканов, а также в результате жиз­недеятельности некоторых низших растений (водорослей). Естественный уровень СО в воздухе составляет 0,01—0,9 мг/м³. Угарный газ очень ядовит. В организме человека и выс­ших животных он активно реагирует с

Пламя горящего угарного газа — красивого сине-фиолетового цвета. Его легко наблюдать самому. Для этого надо зажечь спичку. Нижняя часть пламени светящаяся — этот цвет придают ему раскалённые частицы углерода (продукта неполного сгорания древесины). Сверху пламя окружено сине-фиолетовой каймой. Это горит образующийся при окислении древесины угарный газ.

Дождь, как и снег, начинается с образования в облаках мельчайших кри­сталликов льда из паров воды. Эти «зародыши» осадков быстро растут, ста­новятся тяжёлыми и выпадают, в зависимости от погодных условий, в ви­де снега, дождя или града. Если воздух абсолютно чистый, кристаллики льда могут образоваться только при очень низкой температуре (ниже -30 °С). В присутствии же некоторых веществ это происходит и в более тёплых усло­виях. Так можно вызвать искусственный снегопад или дождь.