ВОДА

ВОДА при обыкновенной темп-ре - жидкость, являющаяся хим. соединением 2 атомов водорода (11,11% весовой части) и 1 атома кислорода (88,89% весовой части). Простейшая хим. формула воды Н₂О; в жидкой В. имеются также ассоциации молекул, т. е. молекулы удвоенные (Н₂О)₂, утроенные (H₂О)₃ и т. д. В. самое распространённое вещество на земле; 72% "поверхности земного шара (366 млн. км²) покрыто ею; запас В. на земле исчисляется в 130406850 км³, не считая В. химически связанной. В. содержат: океаны - 1300000000 км³, полярный лёд - 3500000 км³, моря и озёра - 250000 км³, подземные озёра - 250 000 км³, реки - 50000 км³, атмосферные осадки - 12300 км³, болота - 6000 км³, снег на поверхности земли - 250 км³. 12% поверхности земного шара, или 144 млн. км², представляет сушу - со стоком В. в океаны и моря (114 млн. км²) и без стока в них (30 млн. км²).

Физические и химические свойства воды. В. может быть в жидком, твёрдом (лёд) и газообразном (пар) состоянии. Химически чистая жидкая В. прозрачна, без запаха, без вкуса и в тонком слое бесцветна, а в толстом - имеет голубую окраску. При 4° В. обладает наибольшей плотностью, равной 1; 1 см³ её весит 1 г. Выше и ниже 4° плотность В. меньше: при 0 ° - 0,999868, при 100° - 0,958380. Из всех твёрдых и жидких веществ В. имеет наибольшую (зависящую от темп-ры) теплоёмкость, равную (при 15 °) 1000 ^{калорий}/_г/_град. Коэф-т абсолютной теплопроводности В. (l) при 10 - 18° равен 0,00154 ^{калорий}/_сек/_г/_см², т. е. при разности темп-р в 1° через сечение в 1 см² проходит в сек. 0,00154 малых калорий.

Коэф-т объёмного расширения В. - 0,00018. При атмосферном давлении в 760 мм и 0° В., выделяя 79,7 калорий/г скрытой теплоты плавления, превращается в лёд. При том же атмосферном давлении и темп-ре в 100° В, кипит и интенсивно превращается в пар, поглощая 539 ^{калорий}/_г скрытой теплоты парообразования. Лёд тает при 0°, поглощая 79,7 калорий/г скрытой теплоты плавления, а пары В., сгущаясь в В., выделяют 539,1 ^{калорий}/_г скрытой теплоты парообразования. Переход В. в лёд сопровождается значительным увеличением объёма, вследствие чего уд. в. льда меньше 1, а именно 0,92. Темп-pa замерзания и темп-pa кипения В. зависят от давления.

Табл. 1. Температуры за мерцания и кипения воды при различном давлении

Малая теплопроводность В., уменьшение уд. в. её с падением темп-ры ниже 4 ° обеспечивают непромерзаемость открытых водоёмов. Образование льда на поверхности их резко уменьшает лучеиспускание дна и предупреждает появление и накопление донного льда и обмерзание водоприёмных решёток захватных сооружений для водоснабжения.

Чистая В., хорошо прокипячённая для удаления из неё газа, м. б., при условии спокойного стояния, переохлаждена до - 20 °, но не замерзает; при сотрясении или при введении в такую В. кусочка льда или снега она мгновенно превращается в кашицу из ¹/₃ льда и ²/₃ жидкой воды.

Лёд, помещённый в пространство, где давление не больше 4,5 мм ртутного столба, не м. б. нагрет выше 0* и переходит в пары не плавясь.

Коэф-т сжатия В. при 20° - 0,0000491. Скорость звука в В. при 13,7° - 1437 ^м/_сек. Показатель преломления при 20° n = 1,3311. Сила внутреннего трения, к-рая появляется между частицами В. при движении, называемая вязкостью, пропорциональна градиенту относительной скорости и зависит от физ. свойств жидкости и температуры. Поверхностное натяжение В. по сравнению с влажным воздухом при 0 ° = 75,49 дин на см².

Табл. 2. Коэфициент вязкости воды при различной температура

Важным физико-хим. свойством В. является её способность образовывать с твёрдыми, жидкими и газообразными веществами растворы, занимающие по своим свойствам промежуточное положение между механическими смесями и хим. соединениями: по однородности эти растворы близки хим. соединениям, а своим непостоянством состава (разная концентрация) они напоминают механические смеси. Водные растворы, благодаря капиллярности, диффузии и др. свойствам, обеспечивают существование и развитие живой природы и многих процессов хоз. и пром. деятельности человека.

Природная вода. В природе В. всегда содержит: 1) минеральные вещества в растворённом, коллоидальном и взвешенном состоянии; 2) органические вещества, являющиеся продуктами жизнедеятельности живых существ или распада их самих; 3) живущие в В. организмы (водоросли, бактерии, насекомые). Природная В. м. б. пресной и минерализованной. Пресная В. (рек, озёр, ключей и др.) содержит не более 0,05% растворённых минеральных веществ. Она обычно применяется для питья и хоз. надобностей. Минерализованная В. содержит св. 0,05% растворённых минеральных веществ; это В. минеральных источников и колодцев, часто применяемая для лечения, а также В. океанов, морей и солёных озёр. Морская В. имеет до 3,5% растворённых веществ. Минерализованная В. бывает солёная (от NaCl), горькая (от солей Mg), горько-солёная (от NaCl и Mg), кислая (от СО₂), щелочная (от углекислых солей), вяжущая (от Zn). Иногда она имеет запах сероводорода (H₂S), йодоформа. Чем более минерализована В., тем ниже темп-ра её замерзания: В. с 58,5 г NaCl в 1 л замерзает при - 3,42°. Аналогично минеральным источникам подземная В. с темп-рой в 10° м. б. названа нормальной, ниже 10° - холодной, выше 10° и до 50° - тёплой и выше 50° - горячей. В., содержащая от 5 до 40% растворённых веществ, называется рассолом.

Круговорот В. в природе. По происхождению В. бывает: 1) ювенильная, поднимающаяся сравнительно в малом количестве из недр земной коры - при извержении вулканов - в виде гейзеров и юзенильных источников; 2) В. атмосферных осадков, получающихся в результате сгущения паров В., испаряющейся с поверхности морей, водоёмов суши и с самой суши.

За год с поверхности океанов и морей испаряется 307 000 км³, с суши со стоком - 71000 км³ и с суши без стока - 10 км³, а всего - 388 000 км³. Осадками выпадает соответственно: на море - 277000 км³, на суше со стоком - 101000 км³ и на суше без стока - 10000 км³. Выпавшая на сушу В. частью снова испаряется, частью стекает в виде рек в море и во внутренние бессточные водоёмы и, наконец, частью просачивается в водопроницаемые горные породы и в виде подземных потоков стекает в водоёмы. Речной сток в море - 37000 км³, а во внутренние водоёмы примерно 7000 км³ воды.

В общем круговороте В. на земле участвует 0,031%, а активное количество В., определяющее сток суши, составляет ок. 0,002% общего объёма В. на земле. Вода в почве - см. Водный режим почвы.

Применение В. весьма разнообразно, и требования к качеству и количеству её зависят от назначения и режима потребления В., а также мощности потребителя.

Наиболее высокие требования предъявляются к качеству питьевой В. Самая чистая в природе - В. снежных вершин высочайших гор; неск. больше примесей содержит дестиллированная В., получаемая перегонкой и применяющаяся в лабораториях и нек-рых хим. производствах. Химически чистая и дестиллированная В. вредна для здоровья. Многие имеющиеся в природной В. примеси полезны и делают В. пригодной для питья. По Временному стандарту качества воды к питьевой В. предъявляются след. требования: 1) мутность (по мутномеру) не более 1 ^мг/_л в ср. за год и не выше 1,5 ^мг/_л для отдельных определений (для Москвы 0,2 ^мг/_л); 2) прозрачность не менее 1 м по кресту и не менее 30 см (по шрифту №1); 3) цветность В. не более 20 ° за год и не выше 30* за отдельные определения (по платиново-кобальтовой шкале); 4) В., нагретая до 45°, не должна пахнуть, а нагретая до 25° - не иметь привкуса; желательная темп-pa В. - от 7 до 15°; 5) плотный остаток при выпаривании не д. б. более 500 ^мг/_л; 6) жёсткость (общая) В. желательна не выше 20°, что соответствует содержанию в литре В. 200 мг окиси кальция (СаО) или 143,8 мг окиси магния (MgO). В., имеющую жёсткость 0 - 4°, называют очень мягкое 4 - 8° - мягкой, 8 - 12° - ср. жёсткости, 12 - 20° - жёсткой, 20° и более - очень жёсткой. Наличие хлоридов (напр., поваренной соли) св. 30 ^мг/_л в присутствии аммиака и азотной кислоты может указывать на загрязнение В. сточными водами. Предельное содержание хлоридов 300 ^мг/_л. Они вызывают коррозию железных труб, котлов и пр. Наличие сероводорода указывает на опасное загрязнение В. Солей железа и марганца допускается не больше 0,3 мг, азотных солей не более 30 мг и сульфатов не выше 200 мг на литр В. Азотистые соединения и аммиак допустимы лишь в виде следов, т. к. они указывают на опасность загрязнения В. болезнетворными бактериями. Окисляемость - не более 12 мг марганцевокислого калия (КМnO₄) или 2 - 3 мг кислорода на литр В. Наличие солей калия и фосфористых солей также характеризует загрязнённость В. Присутствие свободного кислорода вызывает разъедание металла; углекислота разрушает бетон. Фтор более 1 ^мг/_л вызывает разъедание эмали зубов.

Реакция В. должна быть нейтральная или слабощелочная. Щелочная В. вызывает коррозию меди, бронзы, алюминия.

Бактерий в 1 см³ допускается не более 100 (для Москвы 20). В 1 литре В. должно быть не более 3 кишечных палочек (Bact. coli).

Для поения скота В. должна отвечать тем же требованиям, только жёсткость м. б. для кр. рог. ск. 80°, овец 60°, лошадей и кроликов 40°. Для решения вопроса водоснабжения совхозов проф. Лисициным дана след. классификация воды (см. табл. на стр. 344).

В. для производства. В. для паровых котлов не должна содержать больше 30 ^мг/_л плотного остатка, 5 ^мг/_л кислорода, свободной угольной кислоты, масел, жиров; окисляемость допустима не выше 30 мг КМnO₄ на литр В. Вредны для котлов: хлориды, особенно хлористый магний, сульфаты, соли азотистой и азотной кислот, сероводород и сульфиды, гуминовые кислоты, а также большая жёсткость В., к-рая для котлов низкого давления с жаровыми трубами допускается не более 12 °, для водотрубных не более 4° и котлов высокого давления 0,1 - 0,3°.

Для охлаждения двигателей тракторов жёсткость В. должна быть не выше 20°, а для стационарных двигателей внутреннего сгорания - не выше 60°.

Для хлебопекарни недопустимо содержание в В. грибков, затрудняющих брожение и вызывающих гниение; допускается железо в количестве 0,1 ^мг/_л и марганец 0,05 ^мг/_л. Для крахмального производства нежелательны в В. хлористо-магнезиальные соли, недопустимы аммиак, азотистая и азотная кислоты, плавающие и гниющие вещества, возбудители брожения, вызывающие образование молочной и масляной кислот; допускается не больше (^мг/_л): 60 хлора, 60 серной кислоты, 0,5 окиси алюминия, 0,1 железа, 0,05 марганца; окисляемость 10 ^мг/_л (КМnO₄).

Для маслоделия и сыроварения недопустимы в В.: аммиак, азотная кислота, окись магния, Bact. fluorescens, разлагающие молочный жир, "колодезная нитка", придающие сыру и творогу тёмные пятна и чернильный привкус. Окись магния придаёт маслу горечь; железо и марганец сообщают маслу и сыру металлический привкус и чёрный цвет. Допускается: хлора 30 ^мг/_л, серной кислоты 100 ^мг/_л, азотистой кислоты 15 ^мг/_л.

В воде для сахароварения недопустимы: гниющие органические вещества, аммиак, азотистая и азотная кислоты, железо, марганец. Допускается: хлора 50 ^мг/_л, серной кислоты 50 ^мг/_л, окисляемость 10 ^мг/_л (КМnO₄).

Для пивоварения пригодна питьевая вода.

В воде для дрожжевого и винокуренного производств допустимы только следы сероводорода, 30 ^мг/_л азотной кислоты. Недопустимы: аммиак, серная кислота, железо и марганец. В. для консервного производства не должна иметь бактерий, нитратов, железа, марганца, окиси алюминия и железа, а также плохого вкуса и цвета. В воде для кожевенного производства недопустимы: аммиак, азотистая и азотная кислоты, железо, марганец; допускается: 40 ^мг/_л хлора, 8 ^мг/_л серной кислоты; окисляемость 10 ^мг/_л. В воде для прачечной допустимы: жёсткость 5°, железо 0,2 ^мг/_л и марганец 0,5 ^мг/_л.

В. для перечисленных производств в бактериологическом отношении и по содержанию др. веществ должна отвечать требованиям для питьевой воды.

Для с.-х. водоснабжения используется, гл. обр., подземная В. неглубоких шахтных колодцев, затем

В. прудов, озёр, рек, речек, ручьёв и глубоких трубчатых колодцев и сравнительно редко В. ключей, кяризов и вообще горизонтальных водосборных сооружений. В юж. и.ю.-в. районах СССР часто используются солоноватые В. При отсутствии естественных наземных водоёмов и близких подземных вод иногда собирают В. атмосферных осадков в подземных резервуарах - цистернах, на водосборных площадках.

В. для орошения д. б. достаточно тёплой (15 - 25°) и не содержать солей больше 0,7 - 1,0 ^г/_л. При содержании солей в поливной В. 3 - 5 ^г/_л и даже 10 ^г/_л необходимо обеспечить вертикальный нисходящий ток воды (дренаж).

Потребление воды. Города СССР, имеющие водопроводы, расходуют на водоснабжение ок. 3 млн. м³ воды в сутки. Сельское хозяйство СССР на водоснабжение населения и ж-ных, по ориентировочным подсчётам, должно расходовать не менее 12 млн. м³ воды в сутки; ж.-д. транспорт расходует до 2 млн. м³ в сутки и пром. предприятия до 3 млн. м³ в сутки. А. Калинников

Литература: Каблуков И., Курс лекций неорганической химии, М., 1940; Справочник по мелиорации и гидротехнике, т. III, M., 1945; Черкасов А., Мелиорация и сельскохозяйственное водоснабжение, 2 изд., М., 1939.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 1 (А - Е)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1949, с. 620