Вода, жизнь и метрология

Вода. Казалось бы одно из самых простых соединений, а сколько необычного в ней таится! Достаточно сказать, что справочник данных о воде занимает чуть ли не тысячу страниц. В воде «все не так». Исходя из положений термодинамики на Земле мог бы быть только пар, но не жидкая вода и, тем более, лед. У воды аномально высокая теплоемкость (выше только у водорода и аммиака). Громадное значение диэлектрической постоянной. Её твердая фаза (лед) имеет меньшую плотность и больший объем. Поэтому водоемы, защищенные ледяным покровом, не промерзают до дна, а вода, замерзая в трещинах горных пород, разрывает и размельчает их, «готовя» почву для растений.

Её удельная теплоемкость минимальна при +37 °С и это позволяет живым организмам с минимальными затратами пользоваться преимуществами теплокровности. Состав нашей крови очень близок к составу морской воды. Вода — универсальный растворитель.

Короче, вода носитель и атрибут жизни. Не зря межпланетные зонды ищут на других планетах и лунах именно воду. Правильно говорил водовоз Кузя, один из персонажей кинофильма «Волга – Волга»: «И выходит без воды, и не туды, и не сюды».

Наша планета богата водой. Её иногда в шутку называют планетой «Океан». Но почти вся эта вода соленая, для питья наземных животных (включая, конечно, людей) непригодная.

Только жители средней полосы, где много рек, ручейков, ключей, где легко выкопать колодезь, привыкли к тому, что воды много и она, вроде бы ничего не стоит. На более-менее засушливом юге все не так. Там воду ценят и берегут. Издавна строят открытые и подземные каналы, арыки, водоподъемные устройства. Напомню лишь гигантские римские акведуки. За воду воевали. Завоеватели древности знали, что если крепость или укрепленный город, лишить воды, их можно не штурмовать, а спокойно дожидаться капитуляции гарнизона.

Многие цивилизации древности погибли из-за недостатка воды. Приведу, как пример, государства древнего Египта и майя. И в наши дни практически погибло Аральское море из-за забора воды из Аму и Сыр – дарьи для орошения полей хлопчатника. Мы все платим за воду и привыкли к этому, но беречь ее еще не научились. А ведь можно жить без нефти и газа, но нельзя без воды. И не дай бог наступить такому времени, когда из-за пресной воды начнутся полномасштабные войны.

Отрадно, что уже в течение нескольких десятилетий шесть Государственных эталонов ВНИИР-государственного научно-метрологического центра расходометрии определяют различные величины, характеризующие расход жидкостей, и конечно, воды, а в наших квартирах, по примеру Европы появляются водосчетчики. Не зря древние мудрецы учили: «Если хочешь мира — готовься к войне».

«Разных вод» существует (или может существовать) несколько. Три стабильных изотопа кислорода и три изотопа водорода могут, в принципе, образовывать три обычные воды: три тяжелые и три сверхтяжелые.

Вода не существует в виде одиночных молекул, а в виде кластеров, типа О₃Н₆; О₆Н₁₂ и более группах. И это наше счастье. Одиночные молекулы Н₂O были бы самым агрессивным окислителем, растворителем и… ядом.

Могла ли метрология «пройти мимо» такого чудесного вещества? Конечно, нет.

Самое первое и главное. Основная единица термодинамической температуры СИ — кельвин — равна 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды (температура, при которой в равновесии находятся газовая, жидкая и твердая фазы воды +0,01 °С).

При определении значения кинематической вязкости жидкостей опорным (реперным) значением является вязкость свежедистиллированной воды при 20 °С, равная 1,0038·10^–6 м²/с (динамическая вязкость 0, 001002 Па·с).

При измерении плотности жидкостей реперной точкой является плотность воды, при температуре 3,98 °C и атмосферном давлении 101325 Па, равная 998,200 кг/м³.

Во ВНИИФТРИ используется установка высшей точности, измеряющая скорость звука в жидкостях, в том числе в дистиллированной и морской воде при разных температурах.

Знать эти значения необходимо для решения задач гидрологии и гидролокации и гидрометеорологии.

На свойства воды влияет содержание в ней свободного кислорода. Для этой цели тоже служит соответствующая УВТ.

Большое внимание уделяется также измерению относительной влажности, молярной доли влаги, температуры точки росы (замерзайка).

Для этой цели служит государственный эталон Восточно-Сибирского филиала ВНИИФТРИ.

Измеряют на уровне Государственных эталонов (ВНИИМ им. Д.И.Менделеева) и ВНИИР (г.Казань) присутствие воды в нефти и нефтепродуктах. На этом заканчиваю.

Возможно, я что-то упустил, но и сказанного достаточно, чтобы пояснить (как теперь говорят «проявить») роль воды в метрологии и метрологии в изучении свойств воды.

Автор(ы): Брянский Л.Н.
Номер журнала: КИПиС 2009 № 1