20

1-2. Вода у природі. Властивості води

Вода у природі Вода займає 71% від поверхні земної півкулі. Лише близько 1/4 приходиться на сушу. Вода є в океанах і морях, ріках і озерах, під землею і в ґрунті. Зовсім чистої води в природі немає. Її вдається одержати тільки в лабораторії. Така вода несмачна, в ній немає солей, потрібних живому організму. Людина і багато тварин майже на 2/3 складаються з води. А деякі рослини складаються з води приблизно на 4/5. Вода рік і озер, яку ми використовуємо, становить лише 0,01% всіх запасів Світового океану. У всьому світі через кожні 20 років подвоюється використання водних ресурсів. Україна споживає за рік лише 1,4 км³ води (США у цей час 165-170 км³). Усі озера разом зайняли б площу близько 2,7 млн. км (1,8%) всієї суші. Води в них так багато, що коли б вона розлилась на земній поверхні, то вкрила б половину Євразії і всю Північну Америку рівним шаром 10 м завтовш­ки. Озера поширені нерівномірно. Вони пом'якшують клі­мат суші навколо себе, роблять його менш континенталь­ним. Властивості води Вода, опромінена магнітним полем, може розчиняти різноманітні речовини, які не розчиняє звичайна вода. В одній із санкт-петербурзьких клінік за допомогою намагніченої води виводили каміння з нирок та жовчного міхура. Вона розчиняє накип, де його іншими способами усунути майже не вдається — у парових котлах і трубах. Рослини, политі намагніченою водою, швидше ростуть і краще плодоносять. Цілющі властивості має тала вода. В одному науково-дослідному інституті провели експеримент. Три з половиною місяці одну групу курей напували звичайною водою, іншу, такої ж чисельності, — талою. Перша знесла за цей період 272 яйця, друга — 538. Тала вода справляє омолоджуючий вплив на організм людей. Протягом трьох місяців пацієнтам клініки Томського медінституту давали пити талу коду. У них не лише поліпшився обмін речовин, а й зменшився вміст холестерину в крові. Щоб служити еліксиром молодості, лід або сніг мають танути у закритій посудині. Пити талу воду треба, коли вона досягне кімнатної температури. Сніг, лід у природі Сніжинки здебільшого мають форму платівок-шестикутників, 3-, 6-, 12-променевих зірок, стовпчиків, пірамідок, голок, нагадують гілочки папороті тощо. Вчені зібрали величезну колекцію мікрофотографій, яка вміщує понад 5000 знімків сніжинок, не схожих одна на одну. Сніг має багато назв у спеціалістів: старий, новий, фірмовий, пливун, дикий, барханний, голковий, взважений, діамантовий пил. Сантиметровий покрив снігу на гектарі дає ЗО т води. Пухом розсипається під ногами сніг. При температурі вище 5°С рипіння не чути, а при 20°С воно дуже сильне. Рипіння викликане тертям і руйнуванням маленьких кристаликів, з яких складаються сніжинки. Чому, падаючи, сніжинки кружляють навіть у порівняно тиху погоду? Поверхня їх, порівняно з масою, досить велика, тому вже незначні повітряні течії, що, як відомо, завжди є в атмосфері, змінюють напрямок падіння. За мінусової температури грунт стає твердим, як камінь, а вода у глибоких річках та озерах ніколи не промерзає до дна. Чому? Крига легша за воду. Якби було навпаки, вона спускалася б на дно і вода замерзала б суцільною брилою. Відомо, що лід тане при 0°С. Проте сніг взимку на вулицях лежить і при вищій температурі. Це пояснюється тим, що він дуже погано проводить тепло і має велику питому теплоту плавлення. Американський вчений-гляціолог Коль у своєму що­деннику писав, вивчаючи льодовики Аляски: "Коли я ступив на лід, то побачив феномен, який можна спостерігати лише на узбережжях. Крижана поверхня на відстані багатьох кілометрів мала бурувато-червоний колір. Такий ефект зумовлювала величезна кількість крихітних рослин, відомих під назвою "анцикломена", або льодовикових квітів — характерних рослин, що оселяються на вічній кризі". Пізніше вчені не раз стикалися на льодовиках Гренландії з цим рідкісним природним явищем і з'ясували, що тут часто забарвлює сніг мікроскопічна водорость-первопузирник, яка не боїться холоду і дуже швидко розмножується. А зелений сніг трапляється в Альпах та інших місцях. У зеленому "цвітінні" снігу бере участь багато видів водоростей-мікробів. Широкі дослідження гляціологів-спеціалістів по вивченню льодовиків дозволяють підрахувати, скільки ж усього на земній кулі криги. Загальний обсяг виявився рівним 25-27 млн. м\ Основна маса криги — в Антарктиці. Це справжній крижаний материк, притрушений снігом. Якщо всю його кригу рівномірно розподілити по земній кулі, то одержимо суцільний покрив 85-метрової товщини. А коли цей лід розтопити? Будемо мати стільки води, скільки могли б дати всі ріки світу протягом 700-800 років. Площа, яку займають льодові масиви, складає 11% суші. Ісландія — країна вічних льодів. В епоху Великого зледеніння Землі вона була цілком покрита багато­кілометровою шапкою Діда Мороза. Потім, коли настало потепління, крига відступила, але й тепер майже восьма частина цього острова — під льодом. Найбільший льодовик Ісландії — Ванта-Йокуль — простягається на 150 км. Давно помітили, що льодовики дуже "худнуть", коли їх посипати вулканічним попелом. Висота айсбергів часто сягає 40-60 м. Щороку сніг вкриває від 14% до 25% поверхні земної кулі. Якщо це все зібрати, одержимо майже 1000 м⁸ снігової маси. А де буває найбільше снігу? На перевалі Томнсона на Алясці і в Національному парку США "Райська долина". Глибина снігу, який там щороку випадає, сягає 15 м. А це висота 5-поверхового будинку! Від берегів Канадського архіпелагу деколи відколюють­ся айсберги, які називають льодяними островами. Вони зручні для посадки літаків. Тому деякі дрейфуючі науко­во-дослідні станції розміщуються на таких льодових остро­вах. Айсберги дуже красиві, але, як говорять моряки, милуватися ними краще здалеку. Після того, як в 1912 році в Північній Атлантиді зіткнувся з айсбергом і загинув трансокеанський лайнер "Титанік", був заснований Міжна­родний льодовий патруль, який стежить за рухом айсбергів і повідомляє про них по радіо кораблям, що знаходяться у плаванні. Айсберги бувають настільки великі, що сягають у довжину і ширину багатьох кілометрів. Найбільший айсберг бачили в Південному океані в 1927 році — його довжина досягала 167 км. Частіше зустрічаються в морі невеликі айсберги розміром 1-2 км, але і вони є; серйозною загрозою мореплавству. Відомо, що "Титанік" затонув від зіткнення з айсбергом, коли курсував між Європою і Північною Америкою.

3. Повітря, його склад і властивості

Пові́тря — природна суміш газів, з яких складається атмосфера, тобто повітряна оболонка планети. Спочатку це слово виникло для опису повітря планети Земля, ще в ті часи, коли інші планети мало цікавили людство і тому нині воно все ще використовується саме в такому значенні.

Атмосфе́рне пові́тря — це життєво важливий компонент навколишнього природного середовища, який являє собою природну суміш газів, що знаходиться за межами житлових, виробничих та інших приміщень.

Основними компонентами сухого повітря є азот (78,09% за об'ємом) і кисень (20,95%), а також невелика кількість вуглекислого газу, водню та інших газів. Вміст водяної пари у повітрі постійно змінюється (від 0,2 до 3%) залежно від її агрегатного стану. Повітря містить також тверді й рідкі домішки (аерозолі). Від їх кількості та різновиду залежать процеси поглинання і розсіювання радіації, виникнення окремих оптичних явищ в атмосфері тощо. Вуглекислий газ є фізіологічним регулятором дихального центру людини і тварин. Концентрація вуглекислого газу у повітрі закритих приміщень, яка зростає одночасно із збільшенням вмісту пилу, мікроорганізмів тощо, є основним показником забруднення повітря.

Склад повітря

Головними складовими частинами повітря (біля земної поверхні) є азот — 78,08 % об'єму, кисень — 20,96 % об'єму та інертні гази — 0,94 % об'єму, у тому числі аргон — близько 0,9 % об'єму. Кількість цих газів у повітрі не змінюється, тому їх називають постійними складовими частинами повітря.

До складу повітря входять також: діоксид вуглецю CO₂ (вуглекислий газ) — близько 0,03 % об'єму і водяна пара 0,1—2,8 % об'єму. Однак їхня кількість залежно від умов може сильно змінюватись, тому їх називають змінними складовими частинами повітря.

Крім того, в повітрі можуть бути різні випадкові домішки, наприклад водень H₂, аміак NH₃, озон O₃, сірководень H₂S, метан CH₄, діоксид сірки SO₂ (сульфітний ангідрид) та інші гази, які потрапляють у повітря внаслідок гниття органічних залишків, виверження вулканів, роботи хімічних заводів тощо. Серед випадкових домішок у повітрі також нерідко зустрічаються найдрібніші частинки сажі й мінеральних речовин, а також різні мікроорганізми.

Фізичні властивості

Очищене від сторонніх домішок, водяної пари і вуглекислого газу повітря зовсім безбарвне і прозоре. Воно не має ні запаху, ні смаку. Маса 1 дм³ повітря за температури 0 °C та атмосферного тиску 760 мм рт. ст. дорівнює 1,293 г. Звідси виходить, що його середня молярна маса 22,4 дм³/моль• 1,293 г/дм³ = 28,96 г/моль.

Повітря утворює газову оболонку навколо земної кулі товщиною понад 1000 км. Із збільшенням висоти розрідженість повітря безперервно збільшується, а тиск весь час зменшується. Склад повітря на різних висотах теж змінюється. При температурі —140,7°С і тиску близько 40 атм повітря скраплюється в безбарвну легкорухливу рідину з густиною 0,9 г/см3. Незважаючи на дуже низьку температуру кипіння (близько —192°С при звичайному тиску) рідке повітря можна тривалий час зберігати у відкритих спеціальних посудинах з подвійними стінками, між якими утворено вакуум (відкачано повітря). У таких посудинах рідке повітря випаровується дуже повільно.

При обережному кип'ятінні зрідженого повітря його складові частини випаровуються нерівномірно. Спершу випаровується майже чистий азот (t_кип −196 °C), а потім аргон (t_кип −186 °C). В результаті залишається майже чистий кисень (t_кип −183 °C). На цьому ґрунтується застосування рідкого повітря в техніці для добування азоту, кисню і аргону.