Ирина Андржеевская – Химия: удивительная и понятная. 100 открытых задач (страница 7)
состоянии), лёд, водяной лёд (в твёрдом состоянии).
N2 – азот.
O2 – кислород, дикислород (по правилам).
Ar – аргон.
СО2 – диоксид углерода (по правилам), углекислота
(в быту), оксид углерода (IV), двуокись углерода, угольный ангидрид (устар.), углекислый газ (в газообразном состоянии), сухой лёд (в твёрдом состоянии).
3. Вода. Растворы
Задача 19. Самый медленный круговорот*
В природе идёт постоянный круговорот воды: вода испаряется с поверхности океанов, пары перемещаются в область над сушей, конденсируются в капли воды, вода проливается в виде дождей и стекает реками обратно в океан. По пути вода задерживается в малых круговоротах – в живых организмах, в промышленности, в сельском хозяйстве. Иногда малые круговороты не выпускают воду в общий круговорот очень долго. Быстрее всего вода обновляется в атмосфере: от двух недель до двух месяцев. Это значит, что капли падающего дождя не более двух месяцев назад были ещё в океане. Вода в почве заменяется новой каждый год. Но глубоко залегающие подземные воды могут удерживать воду тысячи лет. Через глубоководные разломы в океанической земной коре вода просачивается в недра Земли и возвращается на поверхность через вулканы или гидротермальные источники. Весь Мировой океан полностью обновит состав примерно через 3 тысячи лет. Но есть в природе ещё более неизменные воды.
Догадайтесь, какой круговорот воды самый медленный на Земле?
Контрольный ответ
Дольше всего вода задерживается во льдах. Горные ледники обновляются за тысячи лет. Ледники Гренландии и льды вечной мерзлоты – за десятки тысяч лет. В Антарктиде есть лёд, который образовался больше миллиона лет назад.
Хотите знать больше?
Если вы решили найти в природе самую обыкновенную воду, то вы её не отыщете, такой «обыкновенной» воды нет во всём мире. Любая вода необыкновенная. И разнообразие воды зависит от её истории – где она побывала и что с ней происходило. Об удивительном изотопном составе и исключительных, ни на что не похожих свойствах воды читайте в выпуске журнала «Химия и жизнь» №3, 1965, с. 2. Найти статью можно по названию «Самое необыкновенное вещество» на портале «Элементы». Статья академика Игоря Васильевича Петрянова невероятно интересна, и вы точно узнаете что-то новое для себя, а всё известное сложится в систему. Читайте, не пожалеете! «Умейте только видеть и удивляться…»
H2O – оксид диводорода (по правилам), вода (в быту),
оксид водорода (I) (устар.), водяной пар (в газообразном
состоянии), лёд, водяной лёд (в твёрдом состоянии).
Задача 20. Вода из ниоткуда***
Когда-то древний суперконтинент Гондвана распался на несколько материков, и Атлантический океан разделил Африку и Америку. На месте бывшего гигантского озера почти на экваторе Южной Америки на сотни метров в высоту поднялись вулканические породы, и возникло горное плато из песчаника на гранитном основании. Слои песка уплотнялись и местами цементировались двуокисью кремния из термальных источников, спёкшийся затвердевший песчаник стал похож на камень.
Шли тысячелетия, солнце, вода и ветер разрушали песчаник, и на месте единого огромного плато появилось множество причудливых скал из стойких к эрозии пород – тепуи. Сейчас это восточная часть Венесуэлы. Тепуи называют ещё столовыми горами из-за совершенно плоских вершин, по виду напоминающих огромные столы. С этих «столов» с отвесными стенами срываются каскады водопадов, в том числе и самый высокий на планете водопад Анхель. Снизу кажется, что плато совсем ровные. На самом деле это хаотическое нагромождение скал, каньонов, крутых холмов, пещер и каменистых россыпей. Маленькие и большие озёра, воронки и углубления в виде блюдец с кристально чистой водой, торфяные болота, реки – пятая часть плато покрыта водой. Дожди промыли своды пещер из песчаника, в гигантских трещинах исчезают водные потоки, чтобы стать подземными реками и вырваться потом водопадами из скал на сотни метров ниже края плато. Часто с одной тепуи низвергается несколько водопадов. Например, на вершине Ауян-Тепуи в верховьях реки Чурун находится водопад Чурун-Меру, а ниже по течению – Анхель, который в секунду сбрасывает 300 кубометров воды! Для многих людей остаётся загадкой, из каких источников водопад питается.
Попробуйте объяснить, откуда на плоских бесснежных вершинах тепуи берётся столько воды, чтобы быть истоками водопадов и рек.
Контрольный ответ
На первый взгляд кажется, что такому количеству падающей воды взяться неоткуда. Но этот непрерывный поток можно объяснить круговоротом воды в природе.
Тепуи расположены в тропиках вблизи экватора, в 300—400 километрах от побережья Атлантического океана. Здесь тёплый и влажный климат. Полгода длится дождливый сезон, когда тропические ливни не прекращаются, но даже в сухой сезон дождь может идти несколько дней подряд. За год здесь выпадает 2—4 тонны дождя на каждый квадратный метр.
Леса у подножия испаряют так много влаги, что клубы тумана, как облака, непрерывно поднимаются с тёплых равнин. Даже в сухой сезон над некоторыми вершинами гор постоянно висит большое неподвижное, несмотря на ветер, линзовидное облако. Эти «приклеенные» облака образуются при конденсации водяных паров на высоте точки росы при нисходящем движении воздуха, когда горизонтальные потоки влажного воздуха образуют волны над горными препятствиями.
Чем выше тепуи, тем более холодным и влажным становится воздух. Наверху холодной ночью температура может падать ниже нуля, а в жаркий день плоская вершина нагревается. За счёт резких температурных колебаний по утрам конденсируется влага, и туман окутывает тепуи плотными облаками. Иногда солнце не проглядывает сквозь свинцовые тучи месяцами.
Влага остаётся на каменистом плато, не просачиваясь в глубину, и стекает с поверхности тепуи в виде водопадов.
Зависимость стока от круговорота воды подтверждает и тот факт, что водопады наиболее полноводны во время сезона дождей, а в сухой сезон с декабря по апрель они выглядят не так привлекательно.
Кстати…
Отчёты об экспедициях в район тепуи так впечатлили писателя Артура Конан Дойля, что он использовал этот образ при написании романа «Затерянный мир». В книге он описал затерянное в джунглях плато, населённое доисторическими животными и растениями. И действительно, растительный и животный мир тепуи сохранился таким, каким он был миллионы лет назад, благодаря изоляции каждой горы друг от друга и от джунглей у подножия. На этих «экологических островах» сохранились эндемичные виды, которые больше нигде не встречаются. Из-за непрекращающихся осадков из пород на вершинах вымывается вся органика, здесь практически нет почвы. Растения добывают азот, вступая в симбиоз с грибками, многие из них насекомоядные.
H2O – оксид диводорода (по правилам), вода (в быту),
оксид водорода (I) (устар.), водяной пар (в газообразном
состоянии), лёд, водяной лёд (в твёрдом состоянии).
N2 – азот.
SiO2 – диоксид кремния (по правилам), оксид кремния (IV), двуокись кремния (устар.), кремнезём (истор.).
Задача 21. Я бегу по воде****
Можно ли ходить по воде? Конечно, если это лужа на асфальте. Можно ли бежать по воде? Да, если это не простая чистая вода, а её густая смесь с крахмалом. Крахмальная суспензия ведёт себя как жидкость, если спокойно опустить в неё руку. Но если резко ударить по ней или прыгнуть на её поверхность, она поведёт себя как твёрдое вещество. В бассейне по такой «твёрдой жидкости» можно бежать, но если остановиться, то сразу начнёшь тонуть, ведь при медленном движении она ведёт себя как жидкость.
Попробуйте объяснить это явление: почему взвесь крахмала в воде приобретает такие свойства?
Контрольный ответ
Эта странная жидкость, суспензия крахмала в воде, ведёт себя то как обычная жидкость, то как твёрдое тело. Если воздействовать на неё резко, сильно, быстро, она проявляет свойства твёрдых тел, а при медленном и слабом воздействии становится жидкостью, течёт. Такое промежуточное состояние вещества между текучей субстанцией и твёрдым телом называют неньютоновской жидкостью. У ньютоновских жидкостей (например, воды) вязкость увеличивается пропорционально скорости сдвига, а у неньютоновских – по другим законам (в данном случае – по экспоненте). Между зёрнами крахмала находится вода, которая выступает как смазка. При медленном воздействии зёрна крахмала проскальзывают по этой смазке друг относительно друга. Однако при резком ударе зёрна проскользнуть не успевают. Зато вода вытесняется из пространства между зёрнами.
Кстати…
Учёные продолжают изучение неньютоновских жидкостей. Так, исследователи из университета Чикаго записали процесс их отвердения при резком ударе внутри непрозрачной смеси с помощью рентгеновской высокоскоростной съёмки. Удар выдавливал воду между крупинками крахмала, трение между ними резко возрастало, они слипались, как снежинки в снежке, и вещество в месте удара вело себя как твёрдое тело. Частицы взвеси под точками удара сжимались в твёрдый цилиндр, окружённый конусом, в котором взвесь двигалась вверх и в стороны, приподнимая поверхность вокруг места удара.
Свойства неньютоновских жидкостей используются в разных изобретениях. «Жидкая сумка» подавляет взрыв в багажном отсеке самолёта. «Жидкий бронежилет» рассеивает ударную волну по большой площади, увеличивая прочность брони. Инновационный материал, изготовленный по технологии D3O (де-три-о), защищает от ударов спортсменов-горнолыжников, смартфоны.