Значение слова ВОДА в Большой советской энциклопедии, БСЭ
- ВОДА
-
окись водорода, H20, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом (11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), молекулярная масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях имеет голубоватый цвет), В. принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете. Без В. невозможно существование живых организмов. В. - обязательный компонент практически всех технологических процессов - как сельскохозяйственного, так и промышленного производства.
В. в природе. В. широко распространена в природе. Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, озёра, водохранилища, реки, подземные В., почвенную влагу, составляет около 1,4-1,5 млрд. км 3, причём на долю В. суши приходится всего около 90 млн. км 3. Из них подземные воды составляют 60, ледники 29, озёра 0,75, почвенная влага 0,075, реки 0,0012 млн. км 3. В атмосфере В. находится в виде пара, тумана и облаков, капель дождя и кристаллов снега (всего около 13-15 тыс. км 3). Около 10% поверхности суши постоянно занимают ледники. На севере и северо-востоке СССР, на Аляске и Севере Канады - общей площадью около 16 млн. км 2 всегда сохраняется подпочвенный слой льда (всего около 0,5 млн. км 3. В земной коре - литосфере содержится, по разным оценкам, от 1 до 1,3 млрд. км 3 В., что близко к содержанию её в гидросфере. В земной коре значительные количества В. находятся в связанном состоянии, входя в состав некоторых минералов и горных пород (гипс, гидратированные формы кремнезёма, гидросиликаты и др.). Огромные количества В. (13-15 млрд. км 3) сосредоточены в более глубоких недрах мантии Земли . Выход В., выделявшейся из мантии в процессе разогревания Земли на ранних стадиях её формирования, и дал, по современным воззрениям, начало гидросфере. Ежегодное поступление В. из мантии и магматических очагов составляет около 1 км 3 . Имеются данные о том, что В., хотя бы частично, имеет 'космическое' происхождение: протоны, пришедшие в верхнюю атмосферу от Солнца, захватив электроны, превращаются в атомы водорода, которые, соединяясь с атомами кислорода, дают H2O. В. входит в состав всех живых организмов, причём в целом в них содержится лишь вдвое меньше В., чем во всех реках Земли. В живых организмах количество В., за исключением семян и спор, колеблется между 60 и 99,7% по массе. По словам французского биолога Э. Дюбуа-Реймона, живой организм есть l'eau animee (одушевлённая вода). Все воды Земли постоянно взаимодействуют между собой, а также с атмосферой, литосферой и биосферой (см. Влагооборот , Водный баланс )/
В. в природных условиях всегда содержит растворённые соли, газы и органические вещества. Их количественный состав меняется в зависимости от происхождения В. и окружающих условий. При концентрации солей до 1 г/кг В. считают пресной, до 25 г/кг - солоноватой, свыше - солёной.
Наименее минерализованными В. являются атмосферные осадки (в среднем около 10-20 мг/кг ), затем пресные озёра и реки (50-1000 мг/кг ). Солёность океана колеблется около 35 г/кг; моря имеют меньшую минерализацию (Чёрное 17-22 г/кг ; Балтийское 8-16 г/кг ; Каспийское 11-13 г/кг ). Минерализация подземных В. вблизи поверхности в условиях избыточного увлажнения составляет до 1 г/кг , в засушливых условиях до 100 г/кг , в глубинных артезианских В. минерализация колеблется в широких пределах. Максимальные концентрации солей наблюдаются в соляных озёрах (до 300 г/кг ) и глубокозалегающих подземных В. (до 600 г/кг ).
В пресных В. обычно преобладают ионы HCO3-, Са2+ и Mg2+. По мере увеличения общей минерализации растет концентрация ионов SO42-, Cl-, Na+ и К+. В высо-коминерализованных В. преобладают ионы Cl- и Na+, реже Mg2 + и очень редко Ca2+. Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, хотя почти все естественные элементы периодической системы найдены в природных В.
Из растворённых газов в природных В. присутствуют азот, кислород, двуокись углерода, благородные газы, редко сероводород и углеводороды. Концентрация органических веществ невелика - в среднем в реках около 20 мг/л , в подземных В. ещё меньше, в океане около 4 мг/л . Исключение составляют В. болотные и нефтяных месторождений и В., загрязнённые промышленными и бытовыми стоками, где количество их бывает выше. Качественный состав органических веществ чрезвычайно разнообразен и включает различные продукты жизнедеятельности организмов, населяющих В., и соединения, образующиеся при распаде их остатков.
Первоисточниками солей природных В. являются вещества, образующиеся при химическом выветривании изверженных пород (Ca2+, Mg2+, Na+, К+ и др.), и вещества, выделявшиеся на протяжении всей истории Земли из её недр (CO2, SO2, HCI, NH3 и др.). От разнообразия состава этих веществ и условий, в которых происходило их взаимодействие с В., зависит состав В. Громадное значение для состава В. имеет и воздействие живых организмов (см. также Гидрохимия ).
Изотопный состав В. В связи с существованием двух стабильных изотопов у водорода (1H и 2H, обычно обозначаемые Н и D) и трёх у кислорода (16O,17O и 18O) известно 9 изотопных разновидностей В., которые находятся в природной В. в среднем в следующих соотношениях (в молярных %): 99,73 H216O; 0,04 H217O; 0,20 H218O, 0,03 HD-16O, а также 10-5-10-15%(суммарно) HD17O, HD18O, D216O , D217O, D218O. Особый интерес представляет тяжёлая вода D2O, содержащая дейтерий . В В. Земли находится всего13-20 кг 'сверхтяжёлой' В.. содержащей радиоактивный изотоп водорода - тритий (3H, или Т).
Историческая справка. Благодаря широкой распространённости В. и её роли в жизни людей, она издавна считалась первоисточником жизни. Представление философов античности о В. как о начале всех вещей нашло отражение в учении Аристотеля (4 в. до н. э.) о четырёх стихиях (огне, воздухе, земле и В.), причём В. считалась носителем холода и влажности. Вплоть до конца 18 в. в науке существовало представление о В. как об индивидуальном химическом элементе. В 1781-82 английский учёный Г. Кавендиш впервые синтезировал В., взрывая электрической искрой смесь водорода и кислорода, а в 1783 французский учёный А. Лавуазье , повторив эти опыты, впервые сделал правильный вывод, что В. есть соединение водорода и кислорода. В 1785 Лавуазье совместно с французским учёным Ж. Менье определил количественный состав В. В 1800 английские учёные У. Николсон и А. Карлейль разложили В. на элементы электрическим током. Таким образом, анализ и синтез В. показали сложность её состава и позволили установить для неё формулу H2O. Изучение физических свойств В. началось ещё до установления её состава в тесной связи с другими научно-техническими проблемами. В 1612 итальянский учёный Г. Галилей обратил внимание на меньшую плотность льда сравнительно с жидкой В. как на причину плавучести льда. В 1665 голландский учёный Х. Гюйгенс предложил принять температуру кипения и температуру плавления В. за опорные точки шкалы термометра. В 1772 французский физик Делюк нашёл, что максимум плотности В. лежит при 4|С; при установлении в конце 18 в. метрической системы мер и весов это наблюдение было использовано для определения единицы массы - килограмма . В связи с изобретением паровой машины французские учёные Д. Араго и П. Дюлонг (1830) изучили зависимость давления насыщенного пара В. от температуры. В 1891-97 Д. И. Менделеев дал формулы зависимости плотности В. от температуры. В 1910 американский учёный П. Бриджмен и немецкий учёный Г. Тамман обнаружили у льда при высоком давлении несколько полиморфных модификаций. В 1932 американские учёные Э. Уошберн и Г. Юри открыли тяжёлую В. Развитие физических методов исследования позволило существенно продвинуться в изучении структуры молекул В., а также строения кристаллов льда. В последние десятилетия особое внимание учёных привлекает структура жидкой В. и водных растворов .
Физические свойства и строение В. Важнейшие физические константы В. приведены в табл. 1 . О давлении насыщенного пара В. при разных температурах см. в ст. Пар водяной . О полиморфных модификациях В. в твёрдом состоянии см. в ст. Лёд . Тройная точка для В., где находятся в равновесии жидкая В., лёд и пар, лежит при температуре +0,01|С и давлении 6,03T10-3 атм .
Многие физические свойства В. обнаруживают существенные аномалии. Как известно, свойства однотипных химических соединений у элементов, находящихся в одной и той же группе периодической системы Менделеева, изменяются закономерно. В ряду водородных соединений элементов VI группы (H2Te, H2Se, H2S, H2O) температуры плавления и кипения закономерно уменьшаются лишь у первых трёх; для В. эти температуры аномально высоки. Плотность В. в интервале 100-4|С нормально возрастает, как и у огромного большинства других жидкостей. Однако, достигнув максимального значения 1,0000 г/см 3 при +3,98|С, при дальнейшем охлаждении уменьшается, а при замерзании скачкообразно падает, тогда как почти у всех остальных веществ кристаллизация сопровождается увеличением плотности. В. способна к значительному переохлаждению, т. е. может оставаться в жидком состоянии ниже температуры плавления (даже при -30|С). Удельная теплоёмкость, удельная теплота плавления и кипения В. аномально высоки по сравнению с другими веществами, причём удельная теплоёмкость В. минимальна при 40|С. Вязкость В. с ростом давления уменьшается, а не повышается, как следовало бы ожидать по аналогии с другими жидкостями. Сжимаемость В. крайне невелика, причём с ростом температуры уменьшается.
Табл. 1 . - Физические свойства воды
Свойство Значение
Плотность, г/см 3
лёд. . . . . . . . . . . . . . . . . .
0,9168 (0|С)
жидкость. . . . . . . . . . . .
0,99987 (0|С)
1,0000 (3,98|С)
0,99823 (20|С)
пар насыщенный. . . . . .
0,5977 кг/м 3 (100|С)
Темп-ра плавления. . . . .
0|С
Темп-ра кипения. . . . . . .
100|С
Критич. темп-ра. . . . . . . .
374,15|С
Критич. давление. . . . . . .
218,53 кгс/см 2
Критич. плотность. . . . . .
0,325 г/см 3
Теплота плавления. . . . . .
79,7 кал/г
Теплота испарения. . . . . .
539 кал/г (100|С)
Уд. теплопровод-
ность, кал/(смTсек T град )
лёд. . . . . . . . . . . . . . . . . .
5,6T10-3 (0|С)
жидкость. . . . . . . . . . . .
1,43T10-3 (0|С)
1,54T10-3 (45|С)
пар насыщенный. . . . . .
5,51T10-5 (100|С)
Уд. электропровод-
ность, ом -1T см -1
лёд. . . . . . . . . . . . . . . . . .
0,4T10-8 (0|С)
жидкость. . . . . . . . . . . .
1,47T10-8 (0|С)
4,41T10-8 (18|С)
18,9T10-8 (50|С)
Уд. теплоёмкость
кал/(г T град)
жидкость. . . . . . . . . . . .
1,00 (15|С)
пар насыщенный. . . . . .
0,487 (100|С)
Диэлектрическая про-
ницаемость
лёд. . . . . . . . . . . . . . . . . .
74,6 (|С)
жидкость. . . . . . . . . . . .
81,0 (20|С)
пар насыщенный
1,007 (145|С)
Вязкость, спз
жидкость. . . . . . . . . . . .
1,7921 (0|С)
0,284 (100|С)
Поверхностное натя-
жение жидкой во-
ды на границе с
воздухом, дин/см
74,64 (0|С)
62,61 (80|С)
Показатель прелом-
ления ( D - линия
натрия). . . . . . . . . . . . . .
1,33299 (20|С)
Скорость звука в во-
де. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1,496 м/сек (25|С)
Примечание: 1 кал/(см T сек T град) 418,68 вт/( мTК); 1 ом -v1T см -v1 100 сим/м ;
1 кал/(г T град) .4,186 кдж (кг TК); 1 спз 10-3 н T сек/м 2; 1 дин/см 10v3 н/м.
Аномалии физических свойств В. связаны со структурой её молекулы и особенностями межмолекулярных взаимодействий в жидкой В. и льде. Три ядра в молекуле В. образуют равнобедренный треугольник с протонами в основании и кислородом в вершине ( рис. 1 , а). Распределение электронной плотности в молекуле В. таково ( рис. 1 , б, в), что создаются 4 полюса зарядов: 2 положительных, связанных с атомами водорода, и 2 отрицательных, связанных с электронными облаками необобществлённых пар электронов атома кислорода. Указанные 4 полюса зарядов располагаются в вершинах тетраэдра ( рис. 1 , г). Благодаря этой полярности В. имеет высокий дипольный момент (1,86 D ), а четыре полюса зарядов позволяют каждой молекуле В. образовать четыре водородные связи с соседними (такими же) молекулами (например, в кристаллах льда).
Кристаллическая структура обычного льда гексагональная ( рис. 2 ), она 'рыхлая', в ней много 'пустот'. (При плотной 'упаковке' молекул В. в кристаллах льда его плотность составляла бы около 1,6 г/см 3.) В жидкой В. присущая льду связь каждой молекулы H2O с четырьмя соседними ('ближний порядок') в значительной степени сохраняется; однако 'рыхлость' структуры при плавлении льда уменьшается, молекулы 'дальнего порядка' попадают в 'пустоты', что ведёт к росту плотности В. При дальнейшем нагревании В. возрастает тепловое движение молекул, расстояние между ними увеличивается, т. е. происходит расширение В., которое начиная с +3,98|С уже преобладает, и поэтому далее с ростом температуры плотность В. уменьшается. Водородные связи примерно в 10 раз прочнее, чем связи, обусловленные межмолекулярными взаимодействиями, характерными для большинства других жидкостей; поэтому для плавления, испарения, нагревания В. необходима гораздо большая энергия, чем в случае других жидкостей, что объясняет отмеченные аномально высокие значения теплот плавления и испарения и удельной теплоёмкости. С повышением температуры водородные связи разрываются, однако определённое их число сохраняется даже при 100|С. Растворённая в органических растворителях В. состоит из образовавшихся за счёт водородных связей ассоциатов (H2O)2.
Вода как растворитель. В. - наиболее универсальный растворитель. Газы достаточно хорошо растворяются в В., если способны вступать с ней в химическое взаимодействие (аммиак, сероводород, сернистый газ, двуокись углерода). Прочие газы мало растворимы в В. При понижении давления и повышении температуры растворимость газов в В. уменьшается. Многие газы при низких температурах и повышенном давлении не только растворяются в В., но и образуют кристаллогидраты (аргон, криптон, ксенон, хлор, сероводород, углеводороды и др.). В частности, пропан при 10|С и 0,3 мн/м 2 (3 кгс/см 2) даёт кристаллогидрат C3H8T17H2O. При уменьшении давления такие гидраты распадаются. Кристаллогидраты многих газообразных веществ, образующиеся при низких температурах, содержат В. в 'пустотах' своих кристаллов (так называемые клатраты, см. Соединения включения ).
В. - слабый электролит , диссоциирующий по уравнению:
причём количественной характеристикой электролитической диссоциации В. служит ионное произведение В.: Кв [Н+] [ОН-], где [Н+] и [ОН-] - концентрация соответствующих ионов в г-ион/л ; Кв составляет 10-14 (22|С) и 72T10-14 (100|С), что соответствует усилению диссоциации В. с ростом температуры (см. также Водородный показатель ).
Будучи электролитом, В. растворяет многие кислоты, основания, минеральные соли. Такие растворы проводят электрический ток благодаря диссоциации растворённых веществ с образованием гидратированных ионов (см. Гидратация ). Многие вещества при растворении в В. вступают с ней в реакцию обменного разложения, называемую гидролизом . Из органических веществ в В. растворяются те, которые содержат полярные группы (-ОН, -NH2, - СООН и др.) и имеют не слишком большую молекулярную массу. Сама В. хорошо растворима (или смешивается во всех отношениях) лишь в ограниченном числе органических растворителей. Однако в виде ничтожной примеси к органическим веществам В. присутствует практически всегда и способна резко изменять физические константы последних.
В. любого природного водоёма содержит в растворённом состоянии различные вещества, преимущественно соли (см., например, Жёсткость воды ). Благодаря высокой растворяющей способности В., получить её в чистом виде весьма трудно. Обычно мерой чистоты В. служит её электропроводность. Дистиллированная В., полученная перегонкой обычной В., и даже повторно перегнанный дистиллят имеют электропроводность примерно в 100 раз более высокую, чем у абсолютно чистой В. Наиболее чистую В. получают синтезом из тщательно очищенного кислорода и водорода в спец. аппаратуре.
В последние годы появились многочисленные сообщения о существенном изменении свойств технической и дистиллированной В. после её протекания с определённой скоростью в магнитных полях оптимальной (весьма невысокой) напряжённости. Эти изменения носят временный характер и через 10-25 часов постепенно и самопроизвольно исчезают. Отмечается, что после такой 'магнитной обработки' ускоряются процессы кристаллизации растворённых в В. веществ, адсорбции, изменяется смачивающая способность В. и др. Хотя теоретическое объяснение этих явлений пока отсутствует, они уже находят широкое практическое применение - для предотвращения образования накипи в паровых котлах, для улучшения процессов флотации , очистки В. от взвесей и др.
Образование и диссоциация В. Образование В. при взаимодействии водорода с кислородом сопровождается выделением теплоты 286 кдж/моль (58,3 ккал/моль ) при 25|С (для жидкой В.). Реакция 2H2 + O2 2H2O до температуры 300|С идёт крайне медленно, при 550|С - со взрывом. Присутствие катализатора (например, платины) позволяет реакции идти при обычной температуре. Спокойное горение водорода в кислороде, как и взрывное взаимодействие, - это цепные реакции , идущие с участием радикалов свободных .
Химические свойства В. В обычных условиях В. - достаточно устойчивое соединение. Распад молекул H2O (термическая диссоциация) становится заметным лишь выше 1500|С. Разложение В. происходит также под действием ультрафиолетового (фотодиссоциация) или радиоактивного излучения ( радиолиз ).В последнем случае, кроме H2 и O2, образуется также перекись водорода и ряд свободных радикалов. Характерным химическим свойством В. является способность её вступать в реакции присоединения, а также гидролитические разложения взаимодействующих веществ. Восстановители действуют на В. преимущественно при высокой температуре. Только наиболее активные из них, как щелочные и щелочноземельные металлы, реагируют с В. уже при комнатной температуре с выделением водорода и образованием гидроокисей: 2Na + 2H2O 2NaOH + Н2; Ca + 2H2O Ca (OH)2 + H2. Магний и цинк взаимодействуют с В. при кипячении, алюминий - после удаления с его поверхности окисной плёнки. Менее активные металлы вступают в реакцию с В. при красном калении: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2. Медленное взаимодействие многих металлов и их сплавов с В. происходит при обычной температуре. Используя В., содержащую изотоп кислорода 18O, удалось показать, что при коррозии железа во влажной атмосфере 'ржавчина' получает кислород именно из В., а не из воздуха (см. Коррозия металлов). Благородные металлы - золото, серебро, платина, палладий, рутений, родий, а также ртуть с В. не взаимодействуют.
Атомарный кислород превращает В. в перекись водорода: H2O + O H2O2. Фтор уже при обычной температуре разлагает В.: F2 + H2O 2HF + О. Одновременно образуются также H2O2, озон, окись фтора F2O и молекулярный кислород O2. Хлор при комнатной температуре даёт с В. хлористоводородную и хлорноватистую кислоты: Cl2 + H2O HCl + HClO. Бром и иод в этих условиях реагируют с В. аналогичным образом. При высоких температурах (100|С для хлора, 550|С для брома) взаимодействие идёт с выделением кислорода: 2Cl2 + 2H2O 4HCl + O2. Фосфор восстанавливает В. и образует метафосфорную кислоту (только в присутствии катализатора под давлением при высокой температуре): 2P + 6H2O 2HPO3 + 5H2. С азотом и водородом В. не взаимодействует, а с углеродом при высокой температуре даёт водяной газ: С + H2O CO + H2. Эта реакция может служить для промышленного получения водорода, как и конверсия метана: CH4 + H2O CO + 3H2 (1200-1400|С). В. взаимодействует со многими основными и кислотными окислами, образуя соответственно основания и кислоты . Присоединение В. к молекулам непредельных углеводородов лежит в основе промышленного способа получения спиртов , альдегидов , кетонов (см. также Гидратация ). В. участвует во многих химических процессах как катализатор. Так, взаимодействие щелочных металлов или водорода с галогенами, многие окислительные реакции не идут в отсутствие хотя бы ничтожных количеств В.
В., химически связанную с веществом, в которое она входит (неразличимую в виде 'готовых' молекул H2O), называют конституционной; молекулы H2O образуются лишь в момент разложения вещества, например при сильном нагревании: Ca (OH)2 CaO + H2O. В., входящая в состав ряда кристаллических веществ (например, алюминиевых квасцов K2SO4TAl2 (SO4)3T24H2O) и различимая в этих кристаллах рентгенографически, называется кристаллизационной или кристаллогидратной. В., поглощённую твёрдыми веществами, имеющими большое число пор и развитую поверхность (например, активным углём ), называют адсорбционной. Свободную В., заполняющую тонкие канальцы (например, в почве), называют гигроскопической (капиллярной) В. Различают также структурно-свободную В., располагающуюся в пустотах некоторых структур, например в минералах . Качественно можно обнаружить В. в виде конденсата, образующегося при нагревании исследуемого образца; проводя нагревание при непрерывном взвешивании, получают количественные результаты (термогравиметрический анализ). В органических растворителях В. можно обнаружить по окрашиванию бесцветной сернокислой меди CuSO4, образующей с В. синий кристаллогидрат CuSO4T5H2O. Отделить и количественно определить В. часто удаётся азеотропной отгонкой её с бензолом, толуолом или другой жидкостью в виде азеотропной смеси , после расслоения которой при охлаждении измеряют объём отделившейся В.
Применение В. в промышленности. Невозможно указать другое вещество, которое бы находило столь разнообразное и широкое применение, как В. В. - химический реагент, участвующий в производстве кислорода, водорода, щелочей, азотной кислоты, спиртов, альдегидов, гашёной извести и многих других важнейших химических продуктов. В. - необходимый компонент при схватывании и твердении вяжущих материалов - цемента, гипса, извести и т.п. Как технологический компонент для варки, растворения, разбавления, выщелачивания, кристаллизации В. применяется в многочисленных производственных процессах. В технике В. служит энергоносителем (см. Гидроэнергетика ), теплоносителем (паровое отопление, водяное охлаждение), рабочим телом в паровых машинах (см. Пар водяной ), используется для передачи давления (в частности, в гидравлических передачах и прессах, а также при нефтедобыче) или для передачи мощности (см. Гидропривод машин ). В., подаваемая под значительным давлением через сопло, размывает грунт или породу (см. Гидромеханизация ).
Требования, предъявляемые к В. в промышленности, весьма разнообразны. В. особой чистоты необходима для развития новейших отраслей промышленности (производство полупроводников, люминофоров, атомная техника и др.). Поэтому особое внимание уделяется в настоящее время вопросам водоподготовки и водоочистки . По некоторым оценкам, общий объём ежегодно перерабатываемых материалов (руды, уголь, нефть, минералы и т.д.) составляет во всём мире около 4 млрд. м 3 (4 км 3);в то же время потребление свежей В. (т. е. В. из источников водоснабжения) только промышленностью СССР составило в 1965 37 млрд. м 3. Стремительный рост потребления В. ставит перед человечеством новую важную проблему - борьбы с истощением и загрязнением водных ресурсов планеты (см. Водные ресурсы ).
Лит.: Вернадский В. И., История природных вод, Избр. соч., т. 4, М., 1960; Горизонты биохимии, пер. с англ., М., 1964; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; Фюрон Р., Проблемы воды на земном шаре, пер. с франц., М., 1966; Круговорот воды, М., 1966; Паундер Э., Физика льда, пер. с англ., М., 1967; Виноградов А. П., Введение в геохимию океана, М., 1967; Самойлов О. Я., Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов, М., 1957; Изотопный анализ воды, 2 изд., М., 1957; Термодинамика и строение растворов, М., 1959; Краткая химическая энциклопедия, т. 1, М., 1961, с. 605-14.
В. Л. Василевский.
Вода в организме - основная среда (внутриклеточная и внеклеточная), в которой протекает обмен веществ у всех растений, животных и микроорганизмов, а также субстрат ряда химических ферментативных реакций. В процессе фотосинтеза В. вместе с углекислым газом вовлекается в образование органических веществ и, таким образом, служит материалом для создания живой материи на Земле.
Табл. 2 . - Содержание воды в различных организмах, их органах и тканях
Организмы, органы, ткани
Содержание воды, %
Растения (наземные)
верхушка растущего побега
91-93
листья. . . . . . . . . . . . . . . . .
75-86
Семена злаков. . . . . . . . . . .
12-14
Водоросли. . . . . . . . . . . . . . .
90-98
Мхи, лишайники. . . . . . . . . .
5-7
Медузы. . . . . . . . . . . . . . . . .
95v98
Дождевые черви. . . . . . . . . .
84
Насекомые
взрослые. . . . . . . . . . . . . . .
45-65
личинки. . . . . . . . . . . . . . . .
58-90
Рыбы. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
Млекопитающие (в т. ч.
человек). . . . . . . . . . . . . . . .
63-68
скелет. . . . . . . . . . . . . . . . .
20-40
мышцы. . . . . . . . . . . . . . . . .
75
печень. . . . . . . . . . . . . . . . .
75
Мозг человека. . . . . . . . . . . .
серое вещество. . . . . . . . . .
84
белое вещество. . . . . . . . . .
72
В. обеспечивает тургор тканей, перенос питательных веществ и продуктов обмена (кровь, лимфа, сок растений), физическую терморегуляцию (см. Транспирация , Потоотделение ) и другие процессы жизнедеятельности. Жизнь , вероятно, возникла в водной среде. В ходе эволюции различные водные животные и водные растения вышли на сушу и приспособились к наземному образу жизни; тем не менее и для них В. - важнейший компонент внешней среды. Жизнь без В. невозможна. При недостатке В. жизнедеятельность организмов нарушается. Лишь покоящиеся формы жизни - споры, семена - хорошо переносят длительное обезвоживание. Растения при отсутствии В. увядают и могут погибнуть, но чувствительность различных растений к недостатку В. неодинакова ( см. Засухоустойчивость , Ксерофиты , Мезофиты ). Животные, если лишить их В., быстро погибают: упитанная собака может прожить без пищи до 100 дней, а без В. - менее 10 . Содержание В. в организмах велико (см. табл. 2).
В жидкостях организма - межклеточных пространствах, лимфе, крови, пищеварительных соках, соке растений и др. - содержится свободная В. В тканях животных и растений В. находится в связанном состоянии - она не вытекает при рассечении органа. В. способна вызывать набухание коллоидов, связываться с белком и другими органическими соединениями, а также с ионами, входящими в состав клеток и тканей (гидратационная В.). Молекулы В., находящиеся внутри клеток, но не входящие в состав гидратационных оболочек ионов и молекул, представляют иммобильную В., легче гидратационной вовлекаемую в общий круговорот В. в организме (см. Водно-солевой обмен , Всасывание , Выделение ).
Лит.: Зюков А. М., Обмен воды в организме. Физиология и патология, Хар., [1929]; Данилов Н. В., Физиологические основы питьевого режима, М., 1956; Кравчинский Б. Д., Физиология водно-солевого обмена жидкостей тела, Л., 1963.
В. В. Парин.
Гигиеническое значение В. Вода входит в состав всех жидкостей и тканей человеческого тела, составляя около 65% всей его массы. Потеря В. опаснее для организма, чем голодание: без пищи человек может прожить больше месяца, без В. - всего лишь несколько дней. В В. растворяются важные для жизнедеятельности организма органические и неорганические вещества; она способствует электролитической диссоциации содержащихся в ней солей, кислот и щелочей, выполняет роль катализатора разнообразных процессов обмена веществ в организме.
Физиологическая потребность человека в В., которая вводится в организм с питьём и с пищей, в зависимости от климатических условий составляет 3-6 л в сутки. Значительно большее количество В. необходимо для санитарных и хозяйственно-бытовых нужд.
Лишь при достаточном уровне водопотребления, которое обеспечивается централизованными системами водоснабжения, оказывается возможным удаление отбросов и нечистот при помощи сплавной канализации. Уровень водопотребления (в л на 1 жителя в сутки) в известной мере определяет и уровень санитарной. культуры в населённых местах (см. табл. 3).
Табл. 3 . - Нормативы хозяйственно-питьевого водопотребления
Степень благоустройства районов жилой застройки
Водопотребле-
ние на 1 жит, л/сут (сре-
днесуточное,
за год)
Здания с водопользованием
из водоразборных колонок
(без канализации)
30-50
Здания с внутренним водо-
проводом и канализацией
без ванн)
125-150
Здания с водопроводом, ка-
нализацией, ваннами и во-
донагревателями, работаю-
щими на твёрдом топливе
150-180
То же с газовыми нагрева-
телями
180-230
Здания с водопроводом, ка-
нализацией и системой
централизованного горя-
чего водоснабжения
275-400
Для предупреждения опасности прямого или косвенного отрицательного влияния В. на здоровье и санитарные условия жизни населения большое значение имеют научно-обоснованные гигиенические нормативы предельно допустимого содержания в В. химических веществ. Эти нормативы являются основой государственных стандартов качества питьевой В. (ГОСТ - 2874) и обязательны при проектировании и эксплуатации хозяйственно-питьевых (коммунальных) водопроводов. В интересах здравоохранения в 60-х гг. 20 в. во всех социалистических странах, в США, Франции были пересмотрены стандарты качества питьевой В. Международные стандарты питьевой В. были опубликованы Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в 1963; в 1968 закончена разработка проекта нового стандарта качества питьевой В. в СССР.
Потребление В. населением должно быть безопасно в эпидемиологическом отношении; В. не должна содержать болезнетворных бактерий и вирусов. Водный путь распространения характерен для возбудителей холеры, брюшного тифа, паратифов и лептоспирозов, в известной мере также для возбудителей дизентерии, туляремии, эпидемического гепатита, бруцеллёза. С В. в организм человека могут попадать цисты дизентерийной амёбы, яйца аскарид и др. Эпидемиологическая безопасность В. обеспечивается очисткой сточных вод и их обеззараживанием, мерами санитарной охраны водоёмов , очисткой и обеззараживанием водопроводной В.
Показателями безопасности В. в эпидемиологическом отношении являются: 1) общее количество бактерий (выращиваемых на питательной среде - агаре при t 37|С) - не более 100 в 1 мл ; 2) количество кишечных палочек (выращиваемых на плотной питательной среде с концентрацией на мембранных фильтрах) - не более 3 в 1 л . При использовании жидких сред накопления титр кишечной палочки должен быть не менее 300. По проекту ГОСТа (1968) к бактериям группы кишечной палочки относятся грамотрицательные неспороносные палочки, факультативные анаэробы, способные сбраживать глюкозу с образованием кислоты и газа при t 35-37|С в течение 24 часов.
Природный состав В. издавна привлекал к себе внимание как возможная причина массовых заболеваний неинфекционной природы. Содержание в В. хлоридов, сульфатов и продуктов разложения органических веществ (аммиак, нитриты и нитраты) рассматривалось лишь как косвенный показатель опасного для здоровья населения загрязнения В. бытовыми стоками. Благодаря применению новых методов исследования были обнаружены районы с недостатком или избытком в В. тех или иных микроэлементов. В этих районах наблюдаются своеобразные изменения флоры и фауны. В связи с недостаточным или избыточным поступлением в организм микроэлементов с В. и с пищей, среди населения отмечаются характерные заболевания. Так, развитие эндемического флюороза вызывается недостаточным содержанием фтора в питьевой В., причём выявлена прямая связь между концентрацией фтора в В. и частотой и тяжестью поражения зубов. Фтор питьевой В. оказывает также влияние на фосфорно-кальциевый обмен и на процесс кальцификации костей. Для фтора питьевой В. характерен малый диапазон концентраций от токсических до физиологически полезных. В связи с этим установлено, что содержание фтора в питьевой В. не должно превышать 0,7-1,0 мг/л (до 1,2 при фторировании В.) в зависимости от климатических условий. Долгое время существовало представление о содержащихся в В. нитратах как о косвенных показателях бытового загрязнения В. Однако наличие повышенных концентраций нитратов обнаруживается и в природных подземных В. и даже в В. артезианских водоносных горизонтов (Молдавская ССР, Татарская АССР, район Владивостока). Использование в молочных смесях для детского питания В., содержащей повышенные концентрации нитратов, вызывает у детей метгемоглобинемию разной тяжести. Водонитратная метгемоглобинемия встречается и у детей старших возрастов, поэтому она приобретает черты эндемического заболевания. (См. табл. 4).
Табл. 4 . - Показатели безвредности химических веществ (природных и добавляемых в процессе обработки) в питьевой воде
Наименование ингре-
диентов и веществ
Содержание в
воде, мг/л ,
не более
Свинец. . . . . . . . . . . .
0,1
Мышьяк. . . . . . . . . . .
0,05
Фтор. . . . . . . . . . . . . .
0,7-1,5
Берилий. . . . . . . . . . .
0,0002
Молибден. . . . . . . . .
0,5
Нитраты (по N). . . . .
10,0
Полиакриламид (ПАА)
2,0
Стронций. . . . . . . . . .
2,0
Первые водные интоксикации были отмечены во 2-й половине 19 в. в Западной Европе (свинцовые 'эпидемии') вследствие применения свинцовых труб в водопроводной технике (применение таких труб в СССР запрещено). Свинец обнаруживается и в В. подземных источников, в концентрациях, которые не безразличны для организма из-за возможности длительного действия.
Среди химических веществ, обнаруживаемых в питьевых В., могут встречаться также вещества, которые в небольших концентрациях изменяют органолептические свойства В. (запах, вкус, прозрачность и пр.). Наиболее часто органолептические свойства В. изменяют содержащиеся химические вещества, в природных В. (соли общей минерализации, железо, марганец, медь, цинк и др.), остаточные количества соединений, используемые как реагенты при обработке В., а также промышленные загрязнения водоёмов.
Показатели, обеспечивающие благоприятные органолептические свойства В., приведены в табл. 5 .
Табл. 5.-Показатели благоприятных органолептических свойств воды при содержании в ней природных или добавляемых в процессе очистки веществ
Наименование ингреди-
ентов и веществ
Содержание в воде, мг/л ,
не более
Мутность по стандарт-
ной шкале. . . . . . . . . . .
1,5
Железо. . . . . . . . . . . . . .
0,3
Марганец. . . . . . . . . . . .
0,5
Медь. . . . . . . . . . . . . . . .
1,0
Цинк. . . . . . . . . . . . . . . .
5,0
Хлориды. . . . . . . . . . . . .
350
Сульфаты. . . . . . . . . . . .
500
Сухой остаток. . . . . . . . .
1000
Триполифосфат. . . . . . .
5,0
Гексаметафосфат. . . . .
5,0
В случае применения В. для обработки серебра остаточная концентрация его не должна быть больше 0,05 мг/л . Для органолептических свойств В. также существуют нормативы: запах и привкус на уровне 2 баллов, цветность по шкале -20|, жёсткость -7,0 мг/экв и pH в пределах 6,5-9,0. При содержании в В. одновременно хлоридов, сульфатов, марганца, меди, цинка сумма их концентраций, выраженная в долях от максимально допустимых концентраций каждого вещества, не должна превышать 1 .
Лит.: Руководство по коммунальной гигиене, т. 2, М., 1962; Вернадский В. И., Биогеохимические очерки. 1922-1932 гг., М. - Л., 1940; Международные стандарты питьевой воды, 2 изд., пер., М., 1964.
С. Н. Черкинский.
Большая советская энциклопедия, БСЭ. 2012