ВОДА, окись водорода, Н2О, простейшее устойчивое в обычных условиях хим. соединение водорода с кислородом (11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), мол. масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях имеет голубоватый цвет). В. принадлежит важнейшая роль в геологич. истории Земли и возникновении жизни, в формировании физ. и хим. среды, климата и погоды на нашей планете. Без В. невозможно существование живых организмов. В.- обязательный компонент практически всех технологич. процессов - как сельскохозяйственного, так и пром. производства.
В. в п р и р о д е. В. широко распространена в природе. Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, озёра, водохранилища, реки, подземные В., почвенную влагу, составляет ок. 1,4-1,5млрд.км3,причём на долю В.суши приходится всего ок. 90 млн. км3. Из них подземные воды составляют 60, ледники 29, озёра 0,75, почвенная влага 0,075, реки 0,0012 млн. км3. В атмосфере В. находится в виде пара, тумана и облаков, капель дождя и кристаллов снега (всего ок. 13-15 тыс. км3). Ок. 10% поверхности суши постоянно занимают ледники. На севере и северо-востоке СССР, на Аляске и С. Канады - общей площадью ок. 16 млн. км2всегда сохраняется подпочвенный слой льда (всего ок. 0,5 млн. км3). В земной коре - литосфере содержится, по разным оценкам, от 1 до 1,3 млрд. км3В., 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.км3) 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 магматич. очагов составляет ок. 1 км3. Имеются данные о том, что В., хотя бы частично, имеет "космическое" происхождение: протоны, пришедшие в верх, атмосферу от Солнца, захватив электроны, превращаются в атомы водорода, к-рые, соединяясь с атомами кислорода, дают Н2О. 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‘еаu 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 органич. вещества. Их количеств, 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 ок. 10-20 мг/кг), затем пресные озёра и реки (50-1000 мг/кг). Солёность океана колеблется ок. 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. Макс, концентрации солей наблюдаются в соляных озёрах (до 300 г/кг) и глубокозалегающих подземных В. (до 600 г/кг).
В пресных В. обычно преобладают ионы НСО3-, Са2+ и Mg2+. По мере увеличения общей минерализации растёт концентрация ионов SO42-, Cl-, Na+ и К+. В высокоминерализованных В. преобладают ионы Q- и Na+, реже Mg2+ и очень редко Са2+. Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, хотя почти все естеств. элементы периодич. системы найдены в природных В.
Из растворённых газов в природных В. присутствуют азот, кислород, двуокись углерода, благородные газы, редко сероводород и углеводороды. Концентрация органич. веществ невелика - в среднем в реках ок. 20 мг/л, в подземных В. ещё меньше, в океане ок. 4 мг/л. Исключение составляют В. болотные и нефтяных месторождений и В., загрязнённые промышленными и бытовыми стоками, где количество их бывает выше. Качеств, состав органич. 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 хим. выветривании изверженных пород (Ca2+,Mg2+, Na+, К+ и др.), и вещества, выделявшиеся на протяжении всей истории Земли из её недр (СО2, SO2, НС1, NH3 и др.). От разнообразия состава этих веществ и условий, в к-рых 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 (1Н и 2Н, обычно обозначаемые Н и D) и трёх у кислорода (16О, 17О и 18О) известно 9 изотопных разновидностей В., к-рые находятся в природной В. в среднем в след, соотношениях (в молярных % ): 99,73 Н216О; 0,04 Н217О; 0,20 Н218О, 0,03 HD‘16O, а также 10-5-10-15% (суммарно) НD17О, НD18O, D216O, D217O, D2I8O. Особый интерес представляет тяжёлая вода D2O, содержащая дейтерий. В В. Земли находится всего 13-20 кг "сверхтяжёлой" В., содержащей радиоактивный изотоп водорода - тритий (3Н, 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 и. 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 химич. элементе. В 1781—82 англ. учёный Г. Кавендиш впервые синтезировал В., взрывая электрич. искрой смесь водорода и кислорода, а в 1783 франц. учёный А. Лавуазье, повторив эти опыты, впервые сделал правильный вывод, что В. есть соединение водорода и кислорода. В 1785 Лавуазье совместно с франц. учёным Ж. Менье определил количеств, состав В. В 1800 англ, учёные У. Николсон и А. Карлейль разложили В. на элементы электрич. током. Т. о., анализ и синтез В. показали сложность её состава и позволили установить для неё формулу Н2О. Изучение физ. свойств В. началось ещё до установления её состава в тесной связи с др. научно-технич. проблемами. В 1612 итал. учёный Г. Галилей обратил внимание на меньшую плотность льда сравнительно с жидкой В. как на причину плавучести льда. В 1665 голл. учёный X. Гюйгенс предложил принять темп-ру кипения и темп-ру плавления В. за опорные точки шкалы термометра. В 1772 франц. физик Делюк нашёл, что максимум плотности В. лежит при 4°С; при установлении в конце 18 в. метрич. системы мер и весов это наблюдение было использовано для определения единицы массы — килограмма. В связи с изобретением паровой машины франц. учёные Д. Араго и П. Дюлонг (1830) изучили зависимость давления насыщенного пара В. от темп-ры. В 1891—97 Д. И. Менделеев дал формулы зависимости плотности В. от темп-ры. В 1910 амер. учёный П. Бриджмен и нем. учёный Г. Тамман обнаружили у льда при высоком давлении неск. полиморфных модификаций. В 1932 амер. учёные Э. Уошберн и Г. Юри открыли тяжёлую В. Развитие физ. 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 физ. константы В. приведены в табл. 1. О давлении насыщенного пара В. при разных темп-pax 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 темп-ре + 0,01 оС и давлении 6,03*10-3 атм.
Многие физ. свойства В. обнаруживают существенные аномалии. Как известно, свойства однотипных хим. соединений у элементов, находящихся в одной и той же группе периодич. системы Менделеева, изменяются закономерно. В ряду водородных соединений элементов VI группы (Н2Те, H2Se, H2S, Н2О) темп-ры плавления и кипения закономерно уменьшаются лишь у первых трёх; для В. эти темп-ры аномально высоки. Плотность В. в интервале 100—4°С нормально возрастает, как и у огромного большинства др. жидкостей. Однако, достигнув макс, значения 1,0000 г/см3при +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 значит, переохлаждению, т. е. может оставаться в жидком состоянии ниже темп-ры плавления (даже при -30°С). Уд. теплоёмкость, уд. теплота плавления и кипения В. аномально высоки по сравнению с др. веществами, причём уд. теплоёмкость В. минимальна при 40°С. Вязкость В. с ростом давления уменьшается, а не повышается, как следовало бы ожидать по аналогии с др. жидкостями. Сжимаемость В. крайне невелика, причём с ростом темп-ры уменьшается.
Табл. 1. — Физические свойства воды
Свойство
Значение
Плотность, г/см3 лёд
0,9168(0°С)
жидкость
0,99987(0°С) 1,0000(3,98°С) 0,99823(20оС)
пар насыщенный
0,5977 кг/м3(1000С)
Темп-pa плавления
0°С
Темп-pa кипения
100°С
Критич. темп-pa
374,15°С
Критич. давление
218,53 кгс/см2
Критич. плотность
0.325 г/см3
Теплота плавления
79,7 кал/г
Теплота испарения
539 кол/г(100°С)
Уд. теплопроводность, кал/(смсек град) лёд
5,6*10-3(0°С)
жидкость
1,4310-3(oC) 1,5410-3(45сС)
пар насыщенный
5,51*10-5(1000С)
Уд. электропроводность, ом--1*см-1 лёд
0,4*10-8(0°С)
жидкость
1,4710-5(О°С) 4,4110-8(18°С) 18,9*10-8(50°С)
Уд. теплоёмкость, кал/(г • град) жидкости
1,00(15°С)
пар насыщенный
0,487(100°С)
Диэлектрическая проницаемость лёд
74,6(0°С)
жидкость
81,0(20°С)
пар насыщенный
1,007(145°С)
Вязкость, спз жидкость
1,7921(0°С) 0,284(100°С)
Поверхностное натяжение жидкой воды на Границе с воздухом, дин/см
74,64(0°С) 62,61(80°С)
Показатель преломления (D — линия натрия)
1,33299(20°С)
Скорость звука в воде
1,496 м/сек (25°С)
Примечание: 1 кал/(см • сек град) = = 418,68 вт/(мК); 1 ом-1см-1=100 сим/м; 1 кал/(гград) = 4,186 кдж(кгК); 1 спз= = 10-3 нсек/мг; 1 дин/см = 10-3н/м.
Аномалии физ. 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 ди-польный момент (1,86 D), а четыре полюса зарядов позволяют каждой молекуле В. образовать четыре водородные сеязи с соседними (такими же) молекулами (напр., в кристаллах льда).
Рис. 1. Структура молекулы водыЗ a—геометрия молекулы Н2О(в парообразном состоянии); б — электронные орбиты в молекуле Н2О; в — электронная формула молекулы Н,О (видны необобществленные электронные пары); г — четыре полюса зарядов в молекуле Н2О расположены в вершинах тетраэдра.
Кристаллич. структура обычного льда гексагональная (рис. 2), она «рыхлая», в ней много «пустот». (При плотной «упаковке» молекул В. в кристаллах льда его плотность составляла бы ок. 1,6 г/см3.) В жидкой В. присущая льду связь каждой молекулы Н2О с четырьмя соседними («ближний порядок») в значит, 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., к-рое начиная с +3,98°С уже преобладает, и поэтому далее с ростом темп-ры плотность В. уменьшается. Водородные связи примерно в 10 раз прочнее, чем связи, обусловленные межмолекулярными взаимодействиями, характерными для большинства др. 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 уд. теплоёмкости.
Рис. 2. Кристаллическая структура льда.
С повышением темп-ры водородные связи разрываются, однако определённое их число сохраняется даже при 100°С. Растворённая в органич. растворителях В. состоит из образовавшихся за счёт водородных связей ассоциатов (Н2О)2.
Вода как растворитель. В.- наиболее универсальный растворите ль. Газы достаточно хорошо растворяются в В., если способны вступать с ней в хим. взаимодействие (аммиак, сероводород, сернистый газ, двуокись углерода). Прочие газы мало растворимы в В. При понижении давления и повышении темп-ры растворимость газов в В. уменьшается. Мн. газы при низких темп-pax 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/м2 (3 кгс/см2) даёт кристаллогидрат С3Н8*17Н2О. При уменьшении давления такие гидраты распадаются. Кристаллогидраты мн. газообразных веществ, образующиеся при низких темп-pax, содержат В. в "пустотах" своих кристаллов (т. н. клатраты, см. Соединения включения).
В.- слабый электролит, диссоциирующий по ур-нию: Н2О <=> Н+ + ОН-, причём количественной характеристикой электролитической диссоциации В. служит ионное произведение В.:К„= [Н+] [ОН-],где [Н+] и [ОН-] -концентрация соответствующих ионов в г-ион/л; Квсоставляет 10-14 (22°С) и 72*10-14 (100°С), что соответствует усилению диссоциации В. с ростом температуры (см. также Водородный показатель).
Будучи электролитом, В. растворяет мн. кислоты, основания, минеральные соли. Такие растворы проводят электрич. ток благодаря диссоциации растворённых веществ с образованием гидратированных ионов (см. Гидратация). Мн. вещества при растворении в В. вступают с ней в реакцию обменного разложения, наз. гидролизом. Из органич. веществ в В. растворяются те, к-рые содержат полярные группы (-ОН, -NH2, -СООН и др.) и имеют не слишком большую мол. массу. Сама В. хорошо растворима (или смешивается во всех отношениях) лишь в ограниченном числе органич. растворителей. Однако в виде ничтожной примеси к органич. веществам В. присутствует практически всегда и способна резко изменять физ. константы последних.
В. любого природного водоёма содержит в растворённом состоянии различные вещества, преим. соли (см., напр., 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 технич. 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 теоретич. объяснение этих явлений пока отсутствует, они уже находят широкое практич. 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/молъ (58,3 ккал/моль) при 25°С (для жидкой В.). Реакция 2Н2 + О2 = = 2Н2О до темп-ры 300°С идёт крайне медленно, при 550°С - со взрывом. Присутствие катализатора (напр., платины) позволяет реакции идти при обычной темп-ре. 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 Н2О (термич. диссоциация) становится заметным лишь выше 1500°С. Разложение В. происходит также под действием ультрафиолетового (фотодиссоциация) или радиоактивного излучения (радиолиз). В последнем случае, кроме Н2 и О2, образуется также перекись водорода и ряд свободных радикалов. Характерным химич. свойством В. является способность её вступать в реакции присоединения, а также гидролитич. разложения взаимодействующих веществ. Восстановители действуют на В. преим. 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 + 2Н2О = 2NaOH + Н2; Са + + 2Н2О = Са(ОН)2 + Н2. 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 + 4Н2О = = Fe3О4 + 4Н2. Медленное взаимодействие многих металлов и их сплавов с В. происходит при обычной темп-ре. Используя В., содержащую изотоп кислорода 18О, 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: Н2О + O=H2O2 Фтор уже при обычной темп-ре разлагает В.: F2 + Н2О = 2HF + О. Одновременно образуются также Н2О2, озон, окись фтоpa F2O и молекулярный кислород О2. Хлор при комнатной темп-ре даёт с В. хлористоводородную и хлорноватистую кислоты: С12 + Н2О = НС1 + НС1О. Бром и иод в этих условиях реагируют с В. аналогичным образом. При высоких темп-pax (100°С для хлора, 550°С для брома) взаимодействие идёт с выделением кислорода: 2С12 + 2Н2О = 4НС1 + О2. Фосфор восстанавливает В. и образует метафосфорную кислоту (только в присутствии катализатора под давлением при высокой темп-ре): 2Р +6Н2О = = 2НРОз + 5Н2. С азотом и водородом В. не взаимодействует, а с углеродом при высокой темп-ре даёт водяной газ: С + Н2О = СО + Н2. Эта реакция может служить для пром. получения водорода, как и конверсия метана: СН4 + + Н2О = СО + ЗН2 (1200-1400°С). В. взаимодействует со мн. основными и кислотными окислами, образуя соответственно основания и кислоты. Присоединение В. к молекулам непредельных углеводородов лежит в основе пром. способа получения спиртов, альдегидов, кетонов (см. также Гидратация). В. участвует во многих химич. процессах как катализатор. Так, взаимодействие щелочных металлов или водорода с галогенами, мн. окислительные реакции не идут в отсутствие хотя бы ничтожных количеств В.
В., химически связанную с веществом, в к-рое она входит (неразличимую в виде "готовых" молекул Н2О), наз. конституционной; молекулы Н2О образуются лишь в момент разложения вещества, например при сильном нагревании: Са (ОН)2 = СаО + Н2О. В., входящая в состав ряда кристаллических веществ (например, алюминиевых квасцов K2SO4A12 (SO4)324H2O) и различимая в этих кристаллах рентгенографически, наз. кристаллизационной или кристаллогидратной. В., поглощённую твёрдыми веществами, имеющими большое число пор и развитую поверхность (напр., активным углём), наз. адсорбционной. Свободную В., заполняющую тонкие канальцы (например, в почве), наз. гигроскопической (капиллярной) В. Различают также структурн о-с вободную В., располагающуюся в пустотах нек-рых структур, напр, в минералах. Качественно можно обнаружить В. в виде конденсата, образующегося при нагревании исследуемого образца; проводя нагревание при непрерывном взвешивании, получают количеств, результаты (термогравиметрический анализ). В органич. растворителях В. можно обнаружить по окрашиванию бесцветной сернокислой меди CuSO4, образующей с В. синий кристаллогидрат CuSO4*5H2O. Отделить и количественно определить В. часто удаётся азеотропной отгонкой её с бензолом, толуолом или др. жидкостью в виде азеотропной смеси, после расслоения к-рой при охлаждении измеряют объём отделившейся В.
Применение В. в промышленности. Невозможно указать другое вещество, к-рое бы находило столь разнообразное и широкое применение, как В. В.- хим. реагент, участвующий в производстве кислорода, водорода, щелочей, азотной кислоты, спиртов, альдегидов, гашёной извести и мн. др. важнейших хим. продуктов. В.- необходимый компонент при схватывании и твердении вяжущих материалов - цемента, гипса, извести и т. п. Как технологич. компонент для варки, растворения, разбавления, выщелачивания, кристаллизации В. применяется в многочисленных производств, 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 гидравлич. передачах и прессах, а так же 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 пром-сти, весьма разнообразны. В. особой чистоты необходима для развития новейших отраслей пром-сти (произ-во полупроводников, люминофоров, атомная техника и др.). Поэтому особое внимание уделяется в наст, время вопросам водоподготовки и водоочистки. По нек-рым оценкам, общий объём ежегодно перерабатываемых материалов (руды, уголь, нефть, минералы и т. д.) составляет во всём мире ок. 4 млрд. м3(4 км3); в то же время потребление свежей В. (т. е. В. из источников водоснабжения) только промышленностью СССР составило в 1965 37 млрд. м3. 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; Ф ю р о н 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 к-рой протекает обмен веществ у всех растений, животных и микроорганизмов, а также субстрат ряда химич. ферментативных реакций. В процессе фотосинтеза В. вместе с углекислым газом вовлекается в образование органич. веществ и, т. о., 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 листья
91-93
75-86
Семена злаков
12-14
Водоросли
90-98
Мхи, лишайники
5-7
Медузы
95-98
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), физич. терморегуляцию (см. Транспирация, Потоотделение) и др. 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 внеш. среды. Жизнь без В. невозможна. При недостатке В. жизнедеятельность организмов нарушается. Лишь покоящиеся формы жизни - споры, семена - хорошо переносят длит, обезвоживание. Растения при отсутствии В. увядают и могут погибнуть, но чувствительность различных растений к недостатку В. неодинакова (сп.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, пище-варит. 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 др. органич. 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 им мобильную В., легче гидратационной вовлекаемую в общий круговорот В. в организме (см. Водно-солевой обмен, Всасывание, Выделение).
Лит.: 3 ю к о в 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. Ларин. Гигиеническое значение В. Вода входит в состав всех жидкостей и тканей человеческого тела, составляя ок. 65% всей его массы. Потеря В. опаснее для организма, чем голодание: без пищи человек может прожить больше месяца, без В.- всего лишь неск. дней. В В. растворяются важные для жизнедеятельности организма органич. и неорганич. вещества; она способствует электролитич. диссоциации содержащихся в ней солей, кислот и щелочей, выполняет роль катализатора разнообразных процессов обмена веществ в организме.
Физиологич. потребность человека в В., к-рая вводится в организм с питьём и с пищей, в зависимости от климатич. условий составляет 3-6 л в сутки. Значительно большее количество В. необходимо для сан. и хозяйственно-бытовых нужд.
Лишь при достаточном уровне водопотребления, к-рое обеспечивается централизованными системами водоснабжения, оказывается возможным удаление отбросов и нечистот при помощи сплавной канализации. Уровень водопотребления (в л на 1 жит. в сутки) в известной мере определяет и уровень сан. культуры в населённых местах (см. табл. 3).
Для предупреждения опасности прямого или косвенного отрицательного влияния В. на здоровье и сан. условия жизни населения большое значение имеют научно обоснованные гигиенич. нормативы предельно допустимого содержания в В. хим. веществ. Эти нормативы являются основой гос. 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 социалистич. странах, в США, Франции были пересмотрены стандарты качества питьевой В. Междунар. стандарты питьевой В. были опубликованы Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в 1963; в 1968 закончена разработка проекта нового стандарта качества питьевой В. в СССР.
Табл. 3,-Нормативы хозяйственно-питьевого водопотребления
Степень благоустройства районов жилой застройки
Водопотребле ние на 1 жит. л/сут (среднесуточное, за год)
Здания с водопользованием из водоразборных колонок (без канализации)
30-50
Здания с внутренним водопроводом и канализацией (без ванн)
125-150
Здания с водопроводом, канализацией, ваннами и водонагревателями , работающими на твёрдом топливе
150-180
То же с газовыми нагревателями
180-230
Здания с водопроводом , канализацией и системой централизованного горячего водоснабжения
275-400
Потребление В. населением должно быть безопасно в эпидемиологич. 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. Эпидемиологич. безопасность В. обеспечивается очисткой сточных вод и их обеззараживанием, мерами санитарной охраны водоёмов, очисткой и обеззараживанием водопроводной В.
Показателями безопасности В. в эпидемиологич. отношении являются: 1) общее количество бактерий (выращиваемых на питательной среде - агаре при t 37 оС ) - 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 органич. 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 эндемич. 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 климатич. 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 (Молд. ССР, Тат. 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 ингредиентов и веществ
Содержание в воде, мг/л, не более
Свинец
0,1
Мышьяк
0,05
Фтор
0,7-1,5
Бериллий
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 пол. 19 в. в Зап. 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, к-рые не безразличны для организма из-за возможности длительного действия.
Среди хим. веществ, обнаруживаемых в питьевых В., могут встречаться также вещества, к-рые в небольших концентрациях изменяют органолептич. свойства В. (запах, вкус, прозрачность и пр.). Наиболее часто органолептич. свойства В. изменяют содержащиеся хим. вещества, в природных В. (соли общей минерализации, железо, марганец, медь, цинк и др.), остаточные количества соединений, используемые как реагенты при обработке В., а также пром. загрязнения водоёмов.
Показатели, обеспечивающие благоприятные органолептич. свойства В., приведены в табл. 5.
Табл. 5.-П о к а з а т е л и благоприятных органолептических свойств воды при содержании в ней природных или добавляемых в процессе очистки веществ
Наименование ингредиентов и веществ
Содержание в воде, мг/л, не более
Мутность по стандартной 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 органолептич. свойств В. также существуют нормативы: запах и привкус на уровне 2 баллов, цветность по шкале - 20°, жёсткость - 7,0 ж/экв и рН 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.