купороса связывает одну, три или пять молекул воды, в кристаллах соды — десять молекул, в кристаллах азотнокислого олова — двадцать молекул воды. Поваренная соль, сахар и многие другие вещества кристаллизуются без воды. Исследования тепловых, электрических и других свойств кристаллогидратов показали, что кристаллизационная вода ведёт себя как твёрдое вещество.
Многие кристаллогидраты непрочны. Так, например, сода теряет свою кристаллизационную воду, находясь просто в воздухе: её прозрачные кристаллы мутнеют и рассыпаются в порошок. Кристаллы медного купороса теряют 80 процентов воды при нагревании до 100 градусов, а остальные 20 процентов только при 240 градусах. При этом синие кристаллы превращаются в белый порошок.
Процесс потери кристаллизационной воды называется выветриванием.
Некоторые безводные кристаллы очень жадно притягивают к себе воду, причём притягивают её в гораздо большем количестве, чем это нужно для образования соответствующего кристаллогидрата; в результате этого они расплываются. Так расплываются поташ, хлористый кальций. Эти вещества используются как поглотители влаги при высушивании различных веществ.
Нам осталось сказать ещё об одном важном для химии свойстве воды — о её способности ускорять течение различных реакций.
Многие химические реакции протекают с неизмеримо малой скоростью, но в присутствии даже ничтожных количеств определённых веществ идут в сотни и тысячи раз быстрее. Вещества, которые ускоряют течение химической реакции, но сами не входят в состав конечных продуктов реакции, называются катализаторами. К числу катализаторов относится и вода, причём каталитическое действие её весьма разносторонне.
Мы знаем, что железо на воздухе ржавеет, что гремучий газ при нагревании взрывается, плавиковая кислота разъедает стекло, натрий и фосфор быстро окисляются на воздухе, хлор активно действует на металлы… Но оказывается, что во всех этих случаях катализатором является вода. При полном отсутствии влаги скорость этих процессов ничтожна. Сухой гремучий газ, например, не взрывается даже при значительном нагревании, а железо в воздухе, лишённом воды, становится таким же устойчивым, как золото или платина.
Можно сказать, что если бы вода не обладала каталитическим действием, мы составили бы совершенно иное представление о химических свойствах окружающих нас веществ.
15. Белый и синий уголь
Каждый знает, что поднять ведро воды на второй или третий этаж нелегко. Работу, которую нужно затратить на подъём груза вертикально вверх, в физике подсчитывают так: величину действующей силы умножают на пройденный телом путь. Если ведро с водой весит 10 килограммов и его надо поднять на высоту 5 метров, то для этого должна быть затрачена работа 10 × 5 = 50 килограммометров. Здоровый человек совершит эту работу без особых затруднений. Однако, если ему придётся без отдыха совершать такую прогулку вверх и вниз раз десять, он почувствует усталость.
Работа, затрачиваемая на подъём воды, не пропадает: поднятая на определённую высоту вода заключает в себе больше энергии, чем та же вода, находящаяся внизу. При падении воды эта энергия может быть снова превращена в работу. Обратите внимание, как падающие с крыши капли дождевой воды со временем проделывают на земле или даже на каменной панели целые канавки. 'Вода камень точит' — метко говорит пословица.
А какую поистине грандиозную работу совершает вода в природе! Миллионы миллионов тонн воды в виде дождя и снега падают ежегодно на землю с высоты сотен метров. И если бы мы попыталась подсчитать, сколько энергии таит в себе вся эта вода, собранная в одну тучу на высоте в 1 километр, то увидели бы, что для получения такого количества энергии необходимо сжечь миллиарды тонн нефти.
И эта энергия не пропадает бесследно для земли — с течением времени вода сильно изменяет её облик.
Вы, конечно, видели овраги, бороздящие наши равнины. Это результат действия воды. Начиная, может быть, с маленькой колеи, оставленной колесом телеги, вода медленно, но настойчиво размывает почву и прорывает в конце концов глубокий овраг.
Тонны земли уносят в моря воды рек, размывающие берега и дно.
Подземная вода роет себе дорогу в горных породах, вымывая миллионы кубических метров камня, создавая огромные пустоты в виде пещер, вызывая оползни и обвалы.
А ливни, особенно весной, в горах! В июле 1921 года город Алма-Ата испытал последствия такого ливня. У истоков реки Алмаатинки тогда ещё лежал снег. Прошёл ливень. Большой оползень запрудил русло реки выше города. Через несколько часов напор воды прорвал эту плотину, и на город ринулась лавина из воды, гальки, громадных валунов, деревьев и обломков, смытых в верховьях строений (рис. 15).
Нельзя ли разрушительную силу воды превратить в силу созидающую, заставить падающую воду служить человеку?
Использовать всю энергию природной воды, конечно, не представляется возможным. Но часть её может быть поставлена на службу человеку. Это — энергия быстро текущих рек и водопадов, энергия так называемого 'белого угля'. Только одни наиболее крупные реки и водопады на всём земном шаре могут дать в одну секунду столько энергии, сколько получается от сжигания почти двухсот тонн нефти. Вот какое богатство представляет вода, текущая с возвышенностей суши к морю! И это богатство неистощимо, оно непрерывно восполняется. Но чтобы воспользоваться им, человек должен был научиться управлять по своему желанию огромными массами воды: направлять бурные потоки в определённые русла и заставлять падающую воду совершать полезную работу. Прошли века упорного труда, прежде чем человеку удалось подчинить своей воле водную стихию.
Чтобы проследить историю использования водных сил в нашей стране, нам придётся заглянуть в седую старину. Много веков назад на Руси строились водяные мельницы — мукомольные (рис. 16), крупорушки, суконовальни. В XVII–XVIII веках водяные колёса стали использоваться на медеплавильных и доменных заводах, и к концу XVIII века в России было уже более трёх тысяч «вододействующих» предприятий. Русские 'водяные люди' умели сооружать прочные плотины, стойко выдерживающие напор весенних вод. На Урале и теперь действуют плотины, созданные 200 лет назад замечательными русскими мастерами.
В начале XVIII века в России началось сооружение каналов. Пётр I создал первый водный путь, соединивший Каспий с Балтийским морем. Решив построить канал в Вышнем Волочке, между Тверцой и Цной (для соединения Волги с бассейном Балтики), Пётр I выписал из Голландии шлюзовых мастеров. Амстердамские инженеры в 1709 году выполнили работу, но выполнили её очень плохо: канал оказался слишком мелким, чтобы по нему могли проходить крупные суда. Прошло десять лет. Русский строитель Михаил Иванович Сердюков начал по собственному проекту работу на канале. Сердюков соорудил регулирующее водохранилище, шлюзы и каналы и в 1722 году успешно закончил дело. К середине XVIII века по новому водному пути ежегодно шло до 12 миллионов пудов товаров.
Для развития русской гидротехники много сделал замечательный строитель Козьма Дмитриевич Фролов. Обычно заводы строились непосредственно у плотин, причём каждое водяное колесо приводило в действие какой-нибудь один механизм: молот, мельницу, воздуходувные мехи и т. д. В 1763–1765 годах на
