Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Н₂О – игривая, булькающая субстанция в каждой ванне – управляет нашей жизнью. Мы запускаем экспедиции на Марс со спускаемыми роботами, которые ищут эту волшебную, животворящую жидкость. Мы рассуждаем так: где есть вода, там есть жизнь. Бурлящие реки, вздымающиеся океаны, сверкающие озера и словно меховые туманы. В разных формах воды на Земле так много волшебства, что мы забываем о ее химической природе. В 1781 году блестящий английский ученый Генри Кавендиш провел знаменитый лабораторный опыт, обеспечив горение водорода в заполненном воздухом сосуде (в воздухе был кислород), в результате чего на стенках сосуда образовались капли влаги[262]. Если бы вся вода на нашей планете создавалась таким прозаическим способом, продолжали бы ей поклоняться с таким же рвением? Если бы она называлась «оксид водорода»[263], заказывали бы ее с таким же восторгом в дорогом ресторане?

▲ Использование воды в доме. Значения в диаграмме округлены. По данным Исследовательского фонда Американской водной ассоциации. Residential End Users of Water 1999 // US EPA, Indoor Water Use in the United States.

Вы можете легко понять важность воды в нашей жизни, всего лишь измерив ее объемы, которые расплескиваете вокруг себя. Средняя американская семья расплескивает, разливает, выпускает из кранов, смывает в туалете, превращает в пар около 1500 л воды ежедневно[264]. Вы наверняка воскликнете, что это невозможно! Но обычный домашний туалет сливает 12 л воды за раз, а какое-нибудь старье может превысить этот показатель и вдвое[265]. Даже экономичные стиральные машины на одну загрузку белья засасывают 35–50 л воды. Эти два важных домашних устройства выбирают почти половину ежедневно потребляемого объема воды. Полная ванна заглатывает около 100 л, на 5-минутный душ расходуется примерно столько же[266]. Оказывается, четырем людям нужно совсем немного времени для того, чтобы слить, истратить, спустить или использовать в душе около 80 ведер воды.

Мы очень любим воду. Когда официант приносит графин оксида водорода к вашему столу в ресторане, вы торопитесь наполнить свой стакан и тут же стукаете им о стол, требуя повторения. Что может быть чище, более жизнеутверждающе, чем вода? Однако, как мы узнаем из следующей главы, мы используем ее и для стирки одежды, потому что она прекрасный растворитель для множества химических соединений. На практике всё это означает, что «чистой воды» не существует. Даже водопроводная вода, которая считается чистой, полна растворенных в ней минералов (и много чего еще, о чем мы сейчас говорить не будем). Запасы воды на Земле ограничены и полностью возобновляемы. Каждый раз, когда вы пьете воду, вы проглатываете молекулы, которыми в свое время пописали Исаак Ньютон, Альберт Эйнштейн и все другие великие ученые[267].

Мы с удовольствием трем тело мочалкой с мылом и водой и схожим способом стираем нашу одежду, хотя могли бы использовать и иные методы. Одежду можно, например, чистить всухую, а принимать душ – с помощью нетоксичных химических веществ. Мы могли бы принимать и душ из тонкого песка так же, как реставраторы отчищают от вековой патины средневековые соборы. Мы могли бы начисто вылизывать себя, как кошки и коровы. Почему же мы этого не делаем? Потому что вода и мыло недороги, есть в изобилии и очень эффективны. Если исключить влажные салфетки (которые содержат мыльные растворы), я не могу припомнить ни одного другого способа очищения человеческой кожи, кроме воды и мыла. Экономическая отдача от изобретения каких-то других способов могла бы быть колоссальной (представьте себе, что удалось бы придумать ткань, которая за 30 секунд обтирания перед работой делала бы ваше тело чистым до скрипа и придавала ему медовый запах), но вряд ли современным изобретателям это придет в голову. А все потому, что пока мы воспринимаем воду как должное. Она подходит нам для всех наших нужд.

Согревающая вода

Когда вы раздеваетесь в старой холодной ванной, то хотите сразу согреться в горячей воде. Как мы видели в главе 2, вода обладает большой теплоемкостью. Чтобы нагреть литр воды на один градус, нужно больше энергии (примерно 4200 Дж), чем для нагревания на ту же температуру любого другого вещества. Причина в том, что молекулы воды состоят из очень легких атомов (атомы водорода вообще самые легкие, а атомы кислорода занимают в периодической таблице восьмое место), поэтому в воде больше молекул, чем в любом другом веществе. Каждая из них может поглотить определенное количество энергии, начав активные вибрации и движения. Так что большую теплоемкость воде придает именно огромное количество молекул.