Знаменитый немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер рано потерял отца. Де­нег на обучение в университете Иоганн не имел, пришлось всё постигать само­му. Он освоил зеркальное производст­во и в поисках работы исколесил мно­жество государств и княжеств. Прибыв в 1625 г. в Вену, Глаубер слёг с сильным жаром; его болезнь тогда называли «венгерской лихорадкой» (возможно, это был сыпной тиф). Иоганну удалось поправиться, и он продолжил свои странствия. Однако тяжёлое заболева­ние не прошло бесследно, но именно благодаря ему Глаубер сделал своё пер­вое значительное открытие. Вот как он сам описывает это:

«Несколько оправившись от болез­ни, я прибыл в Неаполис (латинизиро­ванное название Нейштадта, по-немецки — «нового города», расположенного в 25 км юго-восточнее Бонна. — Прим. ред.). Там у меня снова начались при­ступы. Болезнь настолько ослабила мой желудок, что он не мог переваривать никакой еды. Местные жители посове­товали мне пойти к источнику, находя­щемуся в часе ходьбы от города. Они сказали, что вода источника вернёт мне аппетит. Следуя их совету, я взял с собой большой кусок хлеба и отправил­ся в путь, хотя мало верил в целебность воды. Придя к источнику, я намочил хлебный мякиш в воде и съел его — при­чём с большим удовольствием, хотя пе­ред этим не мог смотреть без отвращения на самые изысканные лакомства. Взяв оставшуюся от хлеба корку, я за­черпнул ею волы из источника и выпил её. Это настолько возбудило мой аппе­тит, что в конце концов я съел и саму корку. Домой я возвратился значитель­но окрепшим».

За день человек выпивает от силы два литра жидкости. Основная же часть водопроводной воды расходуется на хозяйственные нужды — стирку, умы­вание и т. д.

При естественной биологической очистке сточные воды выливаются

на поля орошения. Очищенную воду собирают в прудах-накопителях и после отстаивания сбрасывают в во­доёмы.

Для искусственной биологической очистки сточные воды поступают в большие ёмкости, через которые про­дувают воздух. В этих резервуарах во­да перемешивается с активным илом, после чего отстаивается. Содержа­щиеся в иле микроорганизмы перера­батывают большую часть отходов и многие поверхностно-активные ве­щества. Наконец, воду хлорируют (для обеззараживания) и отстаивают (чтобы удалить хлор и осадить взве­шенные частицы), а лишь затем сбра­сывают в водоёмы.

Когда вода берётся из открытого источника, чистота которого вызывает сомнения, её нужно обеззаразить. Для этого достаточно воду прокипя­тить (заодно при кипячении и последующем отстаивании оседают взве­шенные частицы). Если такой возможности нет, в воду добавляют перманганат калия KMnO₄, обладающий бактерицидным действием. На литр воды достаточно всего нескольких кристалликов этого соединения. Если вода имеет неприятный запах или гнилостный привкус, её можно обработать активированным углём, который сорбирует все растворённые органиче­ские соединения, или перманганатом калия, который окисляет их.

Во многих регионах (в первую очередь в степях, полупустынях и пустынях) очень мало пресной воды, зато много солоноватой. Чтобы использовать та­кую воду для питья и хозяйственных нужд, её приходится опреснять (уда­лять из неё соли) или умягчать (удалять лишь соли кальция и магния). Для этого применяют ионообменные смолы — органические полимеры, к ко­торым привиты кислотные (как правило, —SO₃H) или основные (чаше все­го —NH₂) группы. Полимеры с кислотными группами, способные обмени­вать ион Н⁺на катионы металлов (М⁺), называются катионитами:

(0 — органическая основа). Полимеры, к которым привиты основные груп­пы, могут связывать анионы (А), обменивая их на ионы ОН^-:

и называются анионитами. Если воду пропустить сначала через катионит, а потом через анионит, то катионы и анионы свяжутся ионообменными смолами, а выделяющиеся при этом ионы Н⁺ и ОН^- прореагируют меж­ду собой, образовав воду: Н⁺+ОН^-=Н₂О.

Как правило, пол минеральной водой подразумевают воду, пригодную для питья без дополнительной подготовки и обладающую биологической актив­ностью. Однако по общепринятой международной классификации ми­неральной считается вода с содержа­нием солей больше 1 г/л. Если концен­трация солей меньше, воду положено называть столовой.

Влияние минеральных вод на орга­низм не всегда можно предугадать. Поэтому их нужно принимать в огра­ниченном количестве, лучше предвари­тельно проконсультировавшись с вра­чом. А воды, содержащие свыше 10 г/л солей или специфические биологиче­ски активные компоненты, следует пить только по предписанию врача.

Такие воды называют лечебными, в от­личие от лечебно-столовых с минера­лизацией 1—10 г/л.

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.