Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

НЕВЕДОМОЕ РЯДОМ

КАПЛЯ ВОДЫ, УПАВШАЯ В ВОДУ

Это изящное и загадочное явление каждый из вас может увидеть сам. Для этого нужно очень осторожно уронить подкрашенную кап­лю с высоты 1—2 см в прозрачную банку с водой, которая перед опытом простояла не­сколько часов вдали от источников тепла, и в ней прекратилось конвекционное движение.

На этих фотографиях, сделанных специально для Детской энциклопедии, показано, что про­исходит с каплей. Капля (1), упав с кончика пипетки в воду, превращается в вихревое коль­цо (2). Оно расширяется, и в нем возникают утолщения (3). Постепенно они развиваются во вторичные вихревые колечки (4, 5, 6). Про­цесс повторяется, и число колечек быстро рас­тет (7, 8, 9, 10). В такую сложную систему вихревых потоков капля превращается всего за несколько минут.

В правом ряду фотографий процесс снят свер­ху, в левом — сбоку. Это удивительное явление еще почти неизвестно и не изучено. Может быть, кто-либо из читателей исследует его и откроет законы, которые им управляют? Кто знает, к каким последствиям это приведет в будущем.

На этих снимках сфотографирован конец очень тонкой водяной струи. На поверхности струйки возникают волнообразные упругие колебания (1). Они усиливаются, и обра­зуется тонкая перетяжка (2), она разрывается. Утолщение струи (3), находившееся перед" перетяжкой, превращается в каплю (4), а то, что было перетяжкой, оттягивает­ся (5) и становится маленькой капелькой (6). Она названа «шариком Плато» по имени бельгийского физика. Плато был слепым, но тем не менее он сумел предсказать существова­ние этой капельки задолго до того, как ученые смогли ее рассмотреть.

Под действием поверхностного натяжения капля колеблется. Она то вытягивается (7), то, снова расширяясь, сплющивается (8). Ее колебания хорошо изучены. Они в свое время по­могли физикам разгадать тайну распада атомного ядра.

Распад струи жидкости на капли имеет очень большое значение для техники, поэтому его тщательно изучают. Механизм образования капель влияет на эффективность использования горючего при впрыскивании его в двигатель внутреннего сгорания. Тем самым от распада струи зависит и мощность двигателя.

Снимки сделаны выдержкой в одну миллионную долю секунды. Они увеличены в 10 раз.

Что такое «нулевая» вода?

Нулевая вода состоит из чистого легкого водорода и кислорода воздуха. Эту воду физико-химики выбрали в качестве эталона: у нее очень постоянный состав. Ее не так уж трудно получать, и с ней удобно сравни­вать воду неизвестного состава: определив разницу, в плотности, легко найти содержание дейтерия.

А может быть, есть еще какая-нибудь вода?

Кроме всех перечисленных вод, еще существует тяжелокислородная вода — Н2О18. Получать ее из при­родной воды очень сложно и трудно. До сих пор эту воду в чистом виде еще, пожалуй, никто не сумел приготовить.

Тяжелокислородная вода очень нужна для иссле­дования многих биологических и химических процес­сов, поэтому довольно концентрированные растворы этой воды в воде обычной получают теперь на заводах.

А радиоактивная вода существует?

Да. Физики научились получать тритиевую воду искусственным путем в атомных реакторах. Из-за сильной радиоактивности эта вода очень опасна. Пока такая вода нужна только ученым.

Больше нет никаких вод?

Больше нет. Просто потому, что все остальные воз­можные воды пока еще никому не нужны. Если пона­добятся и они, то, без сомнения, наука найдет способ получать любую из них.

Много ли разных вод содержится в воде?

В какой воде? В той, что льется из водопровод­ного крана, куда она пришла из реки, тяжелой воды D2O16 около 150 г на тонну, а тяжелокислородной (Н2O17 и Н2О18 вместе) почти 1800 г на тонну воды. А в воде из Тихого океана тяжелой воды почти 165 г на тонну.

В тонне льда одного из больших 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, D2O16 оказалось меньше на 7 г, а Н2O18 — на 23 г больше, чем в реч­ной.

Тритиевая вода Т2O16 выпадает на землю вместе с осадками, но ее 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 же различие между легкой, природной и тяжелой водой?

Ответ на этот вопрос будет зависеть от того, кому он задан. Каждый из нас не сомневается, что с водой-то он знаком хорошо. Если каждому из нас показать три стакана с обычной, тяжелой и легкой водой, то каждый из нас даст совершенно четкий и определенный ответ: во всех трех сосудах простая чистая вода. Она одина­ково прозрачна и бесцветна. Ни на вкус, ни на запах нельзя найти между ними никакой разницы. И это будет верно. Это все — вода.

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. Это и понятно: ведь химический состав у них одина­ков. Это вода.

Физик не согласится. Он укажет на заметную раз­ницу в их физических свойствах: и кипят и замерзают они при различных температурах, плотность у них разная, а упругость их пара тоже немного различна. Правда, все эти различия малы. Изменения в изотоп­ном составе очень мало влияют на физические свойства вещества.

Биолог, пожалуй, встанет в тупик и не сразу сумеет найти ответ. Ему нужно будет над вопросом о разли­чии между водой с разным изотопным составом еще немало поработать. Еще совсем недавно все считали, что в тяжелой воде живые существа не могут жить. Ее даже мертвой водой называли. Но оказалось, что если очень медленно, осторожно и постепенно заменять протий в воде, где живут некоторые микроорганизмы, на дейтерий, то можно их приучить к тяжелой воде и они будут в ней неплохо жить и развиваться, но обыч­ная вода станет для них вредной.

Кому же нужна тяжелая вода?

Человечеству! Оно уже стоит у порога, за которым ждет его страшная угроза энергетического голода. И вся надежда связана с тем, что будет решена проб­лема, как использовать для энергетики тяжелую воду.

Зачем нужна тяжелая вода теперь?

Все, что мы до сих пор говорили, касалось тех свойств, которые зависят от строения атомов, от их порядкового номера, от числа и расположения элект­рических зарядов в атомных ядрах и электронов в мо­лекуле. Только это и определяет химическое поведение вещества. Строение молекулы не зависит от массы атом­ного ядра. Поэтому одинаковые молекулы с разным изотопным составом химически почти неразличимы.

Но сходство в свойствах изотопных соединений прекращается, когда вопрос касается кинетических и ядерных характеристик. Молекула, содержащая тяжелый изотопный атом, при той же температуре движется с меньшей скоростью, при столкновении та­ких частиц иначе протекает обмен кинетической энер­гией. А самое главное — это то, что изменяется способ­ность вступать в ядерные превращения.

513