Какое свойство воды позволяет выделить соль из раствора соли

Продолжаем изучать лекции Р. Фейнмана. О том, как они появились и о том, как Фейнман объяснял студентам строение тел вы можете прочитать здесь >>>

Сегодня вместе с Фейнманом поговорим об атомных процессах.

Итак, начнем.

1. О процессах, происходящих на поверхности воды

Что здесь происходит? Мы усложним себе за­дачу, приблизим ее к реальной действительности, предположив, что над поверхностью находится воздух. Взгляните на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Молекулы воды, испаряющейся в воздух

Мы по-прежнему видим молекулы, образующие толщу воды, но, кроме того, здесь изображена и ее поверхность, а над нею — различные молекулы: прежде всего молекулы воды в виде водяного пара, который всегда возникает над водной поверх­ностью (пар и вода находятся в равновесии, о чем мы вскоре будем говорить). Кроме того, над водой витают и другие молекулы — то скрепленные воедино два атома кислорода, образую­щие молекулу кислорода, то два атома азота, тоже слипшиеся в молекулу азота. Воздух почти весь состоит из азота, кисло­рода, водяного пара и меньших количеств углекислого газа, аргона и прочих примесей.

Итак, над поверхностью воды нахо­дится воздух — газ, содержащий некоторое количество водя­ного пара. Что происходит на этом рисунке? Молекулы воды все время движутся. Время от времени какая-нибудь из молекул близ поверхности получает толчок сильнее остальных и выска­кивает вверх. На рисунке этого, конечно, не видно, потому что здесь все неподвижно. Но попробуйте просто представить себе, как одна из молекул только что испытала удар и взлетает вверх, а с другой случилось то же самое и т. д. Так, молекула за моле­кулой вода исчезает — она испаряется. Если закрыть сосуд, мы обнаружим среди молекул находящегося в нем воздуха множество молекул воды. То и дело некоторые из них снова по­падают в воду и остаются там. То, что казалось нам мертвым и неинтересным (скажем, прикрытый чем-нибудь стакан воды, который, может быть, 20 лет простоял на своем месте), на са­мом деле таит в себе сложный и интересный, беспрерывно иду­щий динамический процесс. Для нашего грубого глаза в нем ничего не происходит, но стань мы в миллиард раз зорче, мы бы увидали, как все меняется: одни молекулы взлетают, другие оседают.

Почему же мы не видим этих изменении? Да потому, что сколько взлетает молекул, столько же и оседает! В общем-то там «ничего не происходит». если раскрыть стакан и сдуть влажный воздух, на смену ему притечет уже сухой; число мо­лекул, покидающих воду, останется прежним (оно ведь зависит только от движения в воде), а число возвращающихся молекул сильно уменьшится, потому что их уже над водой почти не будет. Число улетающих молекул превысит число оседающих, вода начнет испаряться. Поэтому, если вам нужно испарять воду, включайте вентилятор!

2. О том, что происходит с водой при испарении

Давайте подумаем, какие молекулы выле­тают из воды? Если уж молекула выскочила, то это значит, что она случайно вобрала в себя излишек энергии; он ей понадо­бился, чтобы разорвать путы притяжения соседей. Энергия вылетающих молекул превосходит среднюю энергию молекул в воде, поэтому энергия остающихся молекул ниже той, кото­рая была до испарения. Движение их уменьшается. Вода от испарения постепенно остывает. Конечно, когда молекула пара опять оказывается у поверхности воды, она испытывает сильное притяжение и может снова попасть в воду. Притяже­ние разгоняет ее, и в итоге возникает тепло. Итак, уходя, молекулы уносят тепло; возвращаясь — приносят. Когда ста­кан закрыт, баланс сходится, температура воды не меняется. Если же дуть на воду, чтобы испарение превысило оседание молекул, то вода охлаждается. Поэтому, чтобы остудить суп, дуйте на него!

3. О растворении соли

Перейдем теперь к другому процессу. На рис. 1.6 мы видим, как (с атомной точки зрения) соль растворяется в воде.

Рис. 1.6. Молекулы соли, растворяющейся в воде.

Что полу­чается, если в воду бросить кристаллик соли? Соль — твердое тело, кристалл, в котором «атомы соли» расставлены правиль­ными рядами. На рис. 1.7 показано трехмерное строение обыч­ной соли (хлористого натрия).

Рис. 1.7. Структура кристалла соли

Строго говоря, кристалл состоит не из атомов, а из ионов. Ионы — это атомы с излишком или с нехваткой электронов. В кристалле соли мы находим ионы хлора (атомы хлора с лишним электроном) и ионы натрия (атомы нат­рия, лишенные одного электрона). Ионы в твердой соли скреп­лены друг с другом электрическим притяжением, но в воде некоторые из них, притянувшись к положительному водороду или отрицательному кислороду, начинают свободно двигаться. На рис. 1.6 виден освободившийся ион хлора и другие атомы, плавающие в воде в виде ионов. На рисунке нарочно подчерк­нуты некоторые детали процесса. Заметьте, например, что водородные концы молекул воды обычно обступают ион хлора, а возле иона натрия чаще оказывается кислород (ион натрия положителен, а атом кислорода в молекуле воды отрицателен, поэтому они притягиваются). Можно ли из рисунка понять, растворяется ли здесь соль в воде или же выкристаллизовывается из воды? Ясно, что нельзя; часть атомов уходит из кристалла, часть присоединяется к нему. Процесс этот динамический, подобный испарению; все зависит от того, много или мало соли в воде, в какую сторону нарушено равновесие. Под равновес­ным понимается такое состояние, когда количество уходящих атомов равно количеству приходящих. Если в воде почти нет соли, то больше атомов уходит в воду, чем возвращается из воды: соль растворяется. Если же «атомов соли» слишком много, то приход превышает уход, и соль выпадает в кристаллы. Мы мимоходом упомянули, что понятие молекулы вещества не совсем точно и имеет смысл только для некоторых видов веществ. Оно применимо к воде, в ней действительно три атома всегда скреплены между собой, но оно не очень подходит к твердому хлористому натрию. Хлористый натрий — это ионы хлора и натрия, образующие кубическую структуру. Нельзя естествен­ным путем сгруппировать их в «молекулы соли».

Что бы ни говорили об этих лекциях — восторгались сти­лем изложения или сокрушались по поводу ломки старых добрых традиций,— одно остается бесспорным: надо начинать педагогические опыты.

Спасибо тем, кто дочитал статью до конца. В следующей статье поговорим о том, как Р. Фейнман читал лекцию о химических реакциях.

• Главная 
• Вопросы & Ответы 
• Вопрос 6780590

Пова́ренная соль, или пищевая соль — пищевой продукт. Представляет собой бесцветные кристаллы. Соль природного (морского) происхождения практически всегда имеет примеси других минеральных солей, которые могут придавать ей оттенки разных цветов (как правило, серого или бурого). Производится в разных видах: крупного и мелкого помола, чистая, йодированная, нитритная и так далее. В зависимости от чистоты делится на сорта: экстра, высший, первый и второй.

Технологии добычи:

• самосадочной соли, которая добывается из «соляных водопадов» путём природного испарения морской воды из каверн;
• садочной соли, которая добывается с глубин соляных озёр либо в соляных пещерных озёрах. Добыча садочной соли осуществляется в теплый сезон в местностях с подходящим климатом путём естественного испарения садочной рапы в искусственных плоских бассейнах. В регионах с холодным климатом используется метод вымораживания;
• каменной соли, которая добывается методом разработки шахт. Не подвергается тепловой и водной обработке;
• выварочной соли, которая добывается путём выпаривания из соляных растворов (из естественных подземных рассолов или полученных методом накачивания водой через буровые скважины пластов каменной соли).

Соль жизненно необходима для жизнедеятельности человека, равно как всех прочих живых существ. Ион хлора в соли является основным материалом для выработки соляной кислоты — важного компонента желудочного сока. Ионы натрия вместе с ионами других элементов участвуют в передаче нервных импульсов, сокращении мышечных волокон, поэтому недостаточная их концентрация в организме приводит к общей слабости, повышенной утомляемости и другим нервно-мышечным расстройствам. При этом переизбыток натрия вызывает задержку жидкости и повышение кровяного давления.

О необходимом количестве соли в рационе существуют разные данные. Всемирная организация здравоохранения рекомендует ограничивать потребление натрия 2 граммами в день для взрослых, что соответствует 5 граммам поваренной соли. Американские медики рекомендуют ограничивать потребление соли чайной ложкой в день для здоровых людей (около 6 г), или даже меньшим количеством (менее 4 г) из расчёта, что в поваренной соли содержится примерно 40 % натрия (рекомендуемое количество может увеличиваться при занятиях, связанных с тепловым стрессом, повышенным потоотделением или некоторых болезнях). При этом следует учитывать, что в это количество входит соль в полуфабрикатах, соусах, консервах и тому подобном, а источниками натрия могут являться и другие продукты сами по себе или пищевые добавки.

Признаками нехватки соли являются головная боль и слабость, головокружение, тошнота. Улучшение самочувствия после добавления соли в пищу, а также отличные консервационные свойства соли в эпохи, когда иные методы длительного сохранения пищевых продуктов были неизвестны, породили к ней особое отношение как к самому ценному продукту.

Издревле племена охотников и скотоводов удовлетворяли потребность в соли, используя в пищу мясопродукты, иногда в сыром виде. Земледельческие же народы потребляют в основном растительную пищу, бедную хлористым натрием.

В глубокой древности соль добывалась сжиганием некоторых растений (например — орешника, или других лиственных деревьев) в кострах; образовывавшуюся золу использовали в качестве приправы. Для повышения выхода соли их дополнительно обливали солёной морской водой.

Самые древние солеварни на территории Европы и Передней Азии найдены в ходе раскопок одного из первых городов в Европе — поселения Провадия-Солницата на черноморском побережье Болгарии. Данное поселение с середины VI тысячелетия до нашей эры представляло собой крупный центр производства поваренной соли; вода из местного соляного источника выпаривалась в массивных глинобитных печах куполообразной формы. К концу V тысячелетия до н. э. производство соли достигло здесь промышленных масштабов, увеличившись до 4—5 тонн.

Не менее двух тысяч лет назад добыча соли стала вестись также выпариванием морской воды. Этот способ вначале появился в странах с сухим и жарким климатом, где испарение происходило естественным путём; по мере его распространения воду стали подогревать искусственно. В северных районах, в частности на берегах Белого моря, способ был усовершенствован: пресная вода замерзает раньше солёной, а концентрация соли в оставшемся растворе соответственно увеличивается. Таким образом из морской воды одновременно получали пресную воду и концентрированный рассол, который затем вываривали с меньшими энергетическими затратами.

Также соль добывается промышленной очисткой добытого из залежей галита (каменной соли), располагающихся на месте высохших морей.

На начало 2006 года российский рынок соли оценивается в 3,6 млн тонн в год, по другим данным — 4,5 млн тонн, из которых 0,56 млн тонн — пищевые расходы, а 4 млн тонн — использование соли в промышленных целях, в основном — химических. Из иностранных поставщиков основными являются украинские и белорусские.

В 2017 году Соль занимала 647-е место среди наиболее торгуемых товаров на мировом рынке, с объёмом 2.39 млрд. долл. США.

Крупнейшими экспортерами соли в 2017 году были Австралия (308 млн. долл.), Нидерланды (283 млн. долл.), Индия (272 млн. долл.), Германия (221 млн. долл.) и Мексика (151 млн. долл.); крупнейшими импортерами – Япония (242 млн. долл.), Китай (212 млн. долл.), Германия (173 млн. долл.) и Индонезия (167 млн. долл.).

Доля России в мировом экспорте соли – 0,3% (7,14 млн. долл.), в импорте – 3,7% (89,2 млн. долл.)

В приготовлении пищи соль употребляется как важная специя. Соль имеет хорошо знакомый каждому человеку характерный вкус, без которого пища кажется пресной. Такая особенность соли обусловлена физиологией человека, но люди зачастую потребляют соли больше, чем необходимо для физиологических процессов.

Соль обладает слабыми антисептическими свойствами; 10—15%-е содержание соли предотвращает развитие гнилостных бактерий, что служит причиной её широкого применения в качестве консерванта пищи и иных органических масс (кожи, древесины, клея).

Сейчас существует множество экзотических сортов соли (копчёная французская, чёрная, розовая перуанская, Гималайская каменная розовая — добывается вручную в горах Гималаи, в основном в Пакистане и пр.), в некоторых ресторанах (например, в таиландском курортном Пхукете) существует даже специальность «солевой сомелье».

По данным Всемирной организации здравоохранения, систематический приём избыточного по сравнению с физиологической нормой количества соли приводит к повышению кровяного давления и, как следствие, — к разнообразным болезням сердца и почек, раку желудка и остеопорозу. Наряду с другими солями натрия поваренная соль может стать причиной заболеваний глаз и отёка век — соль задерживает в организме воду, большой объём которой «хранит» в себе жировая ткань. Может привести к повышению внутриглазного давления и развитию катаракты.

Физиологической нормой для одного человека считается 5 граммов соли в день. В Европе и США, однако, средний житель потребляет около 10 граммов. Во многих странах Европы и штатах США развёрнуты программы по разъяснению губительных последствий злоупотребления солью. В Англии принят закон, требующий сообщать на этикетках пищевых продуктов о содержании в них соли. В Финляндии удалось снизить потребление соли на треть, благодаря чему смертность от инсультов и инфарктов уменьшилась на 80 %.

Исследования, которые проводились в европейских странах, показали, что в период беременности женщина должна потреблять обычное количество соли. Злоупотребление солью может привести к ослаблению системы кровообращения, гипертонии, но и недостаток соли вреден. Сильное ограничение в соли может ухудшить отёки, плохо повлиять на развитие почек у будущего ребёнка, что может спровоцировать гипертонию в будущем.