Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ВО)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 10 (всего у книги 89 страниц)
Водорода перекись
Водоро'да пе'рекись, см. Перекись водорода .
Водородная бомба
Водоро'дная бо'мба, бомба взрывного действия большой разрушительной силы. Действие В. б. основано на термоядерной реакции. См. Ядерное оружие .
Водородная связь
Водоро'дная связь, вид химического взаимодействия атомов в молекулах, отличающийся тем, что существенное участие в нём принимает атом водорода (Н), уже связанный ковалентной связью с другим атомом (А). Группа А – Н выступает донором протона (акцептором электрона), а другая группа (или атом) В – донором электрона (акцептором протона). Иначе говоря, группа А – Н проявляет функцию кислоты, а группа В – основания. Для обозначения В. с. употребляют, в отличие от обычной валентной чёрточки, пунктир, т. е. А – Н···В [в предельном случае симметричной В. с., например, в бифториде калия, K + (F···Н···F)- , различие двух связей исчезает].
К образованию В. с. способны группы А – Н, где А – атомы О, N, F, Cl, Вr и в меньшей мере С и S. В качестве второго, электродонорного центра В могут выступать те же атомы О, N, S разнообразных функциональных групп, анионы F- , С1- и др., в меньшей мере ароматические кольца и кратные связи. Если А – Н и В принадлежат отдельным (разнородным или идентичным) молекулам, то В. с. называют межмолекулярной, а если они находятся в разных частях одной молекулы, – внутримолекулярной.
От общих для всех веществ ван-дер-ваальсовых сил взаимного притяжения молекул В. с. отличается направленностью и насыщаемостью, т. е. качествами обычных (валентных) химических связей. В. с. не сводится, как ранее считали, к электростатическому притяжению полярных групп А – Н и В, а рассматривается как донорно-акцепторная химическая связь. По своим энергиям, обычно 3—8 ккал/моль , В. с. занимает промежуточное положение между ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями (доли ккал/моль ) и типичными химическими связями (десятки ккал/моль ) (1 ккал = 4,19·103 ·дж ).
Наиболее распространены межмолекулярные В. с. Они приводят к ассоциации одинаковых или разнородных молекул в разнообразные агрегаты-комплексы с В. с., или Н-комплексы, которые при обычных условиях находятся в быстро устанавливающемся равновесии. При этом возникают как бинарные комплексы (кислота – основание и циклические димеры), так и большие образования (цепи, кольца, спирали, плоские и пространственные сетки связанных молекул). Наличием таких В. с. обусловлены свойства различных растворов и жидкостей (в первую очередь, воды и водных растворов, ряда технических полимеров – капрона, нейлона и т.д.), а также кристаллическая структура многих молекулярных кристаллов и кристаллогидратов неорганических соединений, в том числе, разумеется, и льда . Точно так же В. с. существенно определяет структуру белков , нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений и поэтому играет важнейшую роль в химии всех жизненных процессов. Вследствие всеобщей распространённости В. с. её роль существенна и во многих других областях химии и технологии (процессы перегонки, экстракции, адсорбции, хроматографии, кислотно-основные равновесия, катализ и т.д.).
Образование В. с., специфически изменяя свойства групп А – Н и В, отражается и на молекулярных свойствах; это обнаруживается, в частности, по колебательным спектрам и спектрам протонного магнитного резонанса. Поэтому спектроскопия, особенно инфракрасная, является важнейшим методом изучения В. с. и зависящих от неё процессов.
Лит.: Пиментел Дж., Мак-Клеллан О., Водородная связь, пер. с англ., М., 1964; Водородная связь. Сб. ст., М., 1964; Pauling L., The chemical bond, N. Y., 1967.
А. В. Иогансен.
Водородные бактерии
Водоро'дные бакте'рии,бактерии , окисляющие водород и использующие образующуюся при этом энергию для усвоения углерода (см. Хемосинтез ). Окисление протекает по следующей схеме: 2H2 + O2 = 2H2 O + 138 кал . Все В. б. – аэробы , т. е. развиваются только в присутствии кислорода. В связи со способностью В. б. синтезировать органическое вещество из углекислого газа они хорошо развиваются на минеральных средах, но могут расти и на мясо-пептонном агаре и других питательных средах; поэтому В. б. относят к миксотрофным организмам . Способность окислять водород встречается у представителей различных систематических групп бактерий. Наиболее изучена Hydrogenomonas eutropha – широко распространённая в почве мелкая неспороносная подвижная, с полярным жгутиком палочка, образующая гладкие блестящие колонии жёлтого цвета. Окисляя водород, В. б. потребляют меньше кислорода, чем выделяется при электролизе воды. Поэтому аппараты, в которых выращиваются В. б., предложены для регенерации воздуха в кабине космонавтов. В. б. могут одновременно служить источником для получения белка.
А. А. Имшенецкий.
Водородный показатель
Водоро'дный показа'тель , pH, отрицательный десятичный логарифм концентрации (точнее, активности) ионов водорода (в г-ион/л ) в данном растворе:
В. п. служит количественной характеристикой кислотности растворов, которая оказывает существенное влияние на направление и скорость многих химических и биохимических процессов. При обычных температурах (точнее, при 22 °С) pH = 7 для нейтральных, pH < 7 для кислых и pH > 7 для щелочных растворов. Точное измерение и регулирование pH необходимо как при лабораторных химических и биохимических исследованиях, так и в многочисленных промышленных технологических процессах, а также при оценке свойств почвы и проведении мероприятий по повышению её плодородия.
Вода диссоциирует на ионы по уравнению
По действующих масс закону :
где с – молярные концентрации, а К – постоянная при данной температуре величина (1,8·10-16г-ион/л при 22 °С). В 1 л воды содержится
(количество диссоциировавших молекул настолько мало, что его можно не учитывать). Поэтому
Константу КВ называют ионным произведением воды. Поскольку в чистой воде (и в любой нейтральной среде)
то
При добавлении к воде кислот cH+ возрастает, а pH соответственно уменьшается. Так, для 0,01 молярного (М) раствора HCl концентрация cH+ = 10-2 и pH = —lgcH+ = 2. Наоборот, при добавлении щелочей возрастает cOH- ; тогда
уменьшается и соответственно возрастает pH.
Например, в 0,01 М растворе NaOHcOH– = 10-2 . Это значит, что
и pH = 12.
Для точных определений pH используют преимущественно методы потенциометрии (см. Электрохимические методы анализа ). При определениях, не требующих высокой точности, pH измеряют б. ч. с помощью набора индикаторов, меняющих свою окраску каждый при определённом pH. Шкала pH обычно используется для растворов, имеющих концентрации ионов водорода от 1 г-ион/л и меньше.
Нейтральным водным растворам отвечает pH = 7 лишь при комнатных температурах. При повышении температуры диссоциация воды усиливается, KB возрастает, и при 100 °С чистая вода имеет pH » 6. При температурах ниже 22 °С в чистой воде pH > 7. При этом во всех случаях в нейтральной среде cH+ = cOH- .
Лит.: Киреев В. А., Краткий курс физической химии, 4 изд., М., 1969.
В. Л. Василевский.
Водородный термометр
Водоро'дный термо'метр, см. Газовый термометр .
Водородный электрод
Водоро'дный электро'д, платиновая пластинка, электролитически покрытая платиновой чернью, погружённая в раствор кислоты с определённой концентрацией ионов водорода Н+ и омываемая током газообразного водорода. Потенциал В. э. возникает за счёт обратимо протекающей реакции
Между водородом, адсорбированным платиновой чернью, и ионами водорода в растворе устанавливается равновесие. Потенциал электрода Е определяется уравнением Нернста:
где Т — абсолютная температура (К), аН+ – активная концентрация ионов водорода (г-ион/л ), р — давление водорода [кгс/см2 (атм )], Е° — нормальный (или стандартный) потенциал В. э. при р = 1 кгс/см2 (1 атм ) и aH+ = 1. При любой заданной температуре Е° условно принято считать равным нулю. От потенциала стандартного В. э. отсчитывают потенциалы всех других электродов (так называемая водородная шкала потенциалов). При работе с В. э. необходима тщательная очистка водорода от примесей. Особенно опасны соединения серы и мышьяка, а также кислород, реагирующий с водородом на поверхности платины с образованием воды, что приводит к нарушению равновесия
В. э. применяют как электрод сравнения .
Рисунок к ст. Водородный электрод.
Водородоподобные атомы
Водородоподо'бные а'томы, атомы, состоящие, подобно атому водорода, из ядра и одного электрона. Такими являются ионизованные атомы, потерявшие все электроны, кроме одного, например Не+ , Li2+ , В3+ и т.д. В. а. обладают сходными с водородом оптическими свойствами (см. Атом ). В физике полупроводников В. а. называют примесные атомы, у которых валентность на 1 больше или меньше, чем у основных атомов.
Водоросли
Во'доросли (Algae), группа низших, автотрофных, обычно водных, растений; содержат хлорофилл и другие пигменты и вырабатывают органические вещества в процессе фотосинтеза . Цветков и семян нет. Споры, как правило, лишены твёрдой оболочки. Тело В. (слоевище, или таллом) по своему строению проще, чем у мхов, папоротников и других наземных растений; часто отсутствует дифференциация клеток на ткани; у самых примитивных В. (синезелёных) клетки лишены оформленных ядер и хроматофоров ; у части В. в клетках содержится помногу ядер; есть В. неклеточного строения (ботридиум, сифоновые). Хроматофоры у В. бывают пластинчатые, звездчатые, лентовидные, сетчатые, мелкие дисковидные (последние характерны для высших представителей ряда типов В.). У многих В. имеются плотные образования – пиреноиды и пиреноидообразные тельца; у высших В. (почти всех бурых и большинства красных) они отсутствуют. Клеточные оболочки состоят из целлюлозы, пектиновых веществ, кремнийорганических соединений (диатомовые), альгина и фуцина (бурые). Запасные вещества: крахмал, гликоген, полисахариды, реже масло. Насчитывается около 30 тыс. видов В. На основании различий в наборе пигментов, особенностей морфологии и биохимии (состав клеточных оболочек, запасные вещества) различают 10 типов (отделов) В.: синезелёные (Cyanophyta), золотистые (Chrysophyta), пиррофитовые (Pyrrophyta), диатомовые (Bacillariophyta), разножгутиковые, или жёлтозелёные (Xanthophyta), эвгленовые (Euglenophyta), зелёные (Chlorophyta), харовые (Charophyta), бурые (Phaeophyta), красные (Rhodophyta). Все типы В. эволюционировали в основном независимо. В. (по-видимому, зелёные) дали начало наземным растениям.
Размеры В. колеблются от долей микрона (кокколитофориды и некоторые диатомовые) до 40 м (макроцистис). Многие В. одноклеточные; среди них есть подвижные, совершающие скользящие движения (диатомовые, десмидиевые, синезелёные), механизм передвижения которых окончательно не выяснен, и В., снабженные жгутиками, во многом подобные простейшим – жгутиковым , но отличающиеся от них наличием хлорофилла и хроматофоров. Они могут утрачивать хлорофилл (в темноте), становиться бесцветными и существовать за счёт поглощения органических веществ, растворённых в воде; есть также виды одноклеточных В., способные, подобно простейшим , захватывать органические частицы (некоторые пиррофитовые). Одноклеточные В. часто при помощи слизи или выростов объединяются в колонии. Среди многоклеточных В. наряду с крупными есть микроскопические; наиболее просто организованные из них имеют вид разветвленных нитей, состоящих из одного ряда клеток; другие имеют слоевища: корковидные, шнуровидные, шаровидные, пластинчатые или кустистые с «листьями», снабженными жилками (саргассум). У части синезелёных, зелёных и красных В. в слоевище откладываются соединения кальция, и оно становится твёрдым. В. лишены корней и поглощают нужные им вещества из воды всей поверхностью. Крупные донные В. имеют органы прикрепления – подошву (уплощённое расширение в основании) или ризоиды (разветвленные выросты). У некоторых В. побеги стелются по дну и дают новые слоевища.
Размножение В. – вегетативное, бесполое и половое. Многие одноклеточные В. размножаются делением на две части. Крупные В. размножаются вегетативно – частями слоевища или при помощи специальных почек (сфацеляриевые). Некоторые многоклеточные В. не имеют полового размножения, у большинства же образуются споры и гаметы либо в обычных клетках (зелёные В., часть красных), либо в особых образованиях – спорангиях и гаметангиях (бурые В.); споры и гаметы бывают неподвижными (красные, конъюгаты) или подвижными – со жгутиками. У В. наблюдаются все формы полового процесса: изогамия, гетерогамия, оогамия и конъюгация (слияние протопластов двух вегетативных клеток). Образующаяся в результате полового процесса зигота делится сразу или после периода покоя. Одновременно в ней может происходить мейоз . У примитивных В. одна и та же особь даёт гаметы или споры в зависимости от внешних условий. У других В. функции бесполого и полового размножения выполняют разные особи (спорофиты и гаметофиты ); они могут произрастать одновременно в одинаковых условиях (фурцелярия); одновременно, но в разных местообитаниях (бангиевые); в одних и тех же местообитаниях, но в разные сезоны. У ряда В. происходит строгое чередование гаметофита и спорофита, которое принято называть «чередованием поколений». При этом у высших В. зигота или прорастает на гаметофите, на нём же вырастает и спорофит (ламинариевые), а гаметофит отмирает, или спора, не отделяясь от спорофита, прорастает в гаметофит, который развивается на спорофите (фукусовые). Советские специалист по В. – альголог М. М. Голлербах предложил для этого явления термин «смена форм развития», наиболее верно отражающий существо процесса. Спорофит у В. часто диплоиден (ядра содержат двойной набор хромосом), а гаметофит гаплоиден (ядра с одинарным набором хромосом). В ряде случаев гаметофит и спорофит находятся в одной ядерной фазе – оба гаплоидны (бангиевые) или оба диплоидны (некоторые кладофоры, фукусовые).
Мелкие свободноплавающие В. входят в состав планктона и, развиваясь в больших количествах, вызывают «цветение» (окрашивание) воды. Бентосные В. прикрепляются ко дну водоёма или к другим В. Есть В., внедряющиеся в раковины и известняк (сверлящие); встречаются (среди красных) и паразитические. Крупные морские В., главным образом бурые, образуют нередко целые подводные леса. Большинство В. обитает от поверхности воды до глубины 20—40 м , единичные виды (из красных и бурых) при хорошей прозрачности воды опускаются до 200 м . В. нередко в большом количестве живут на поверхности и в верхних слоях почвы, одни из них усваивают атмосферный азот, другие приспособились к жизни на коре деревьев, заборах, стенах домов, скалах. Микроскопические В. вызывают красное или жёлтое «окрашивание» снега высоко в горах и в полярных районах. Некоторые В. вступают в симбиотические отношения с грибами (лишайники) и животными.
В. – главные производители органических вещества в водной среде. Около 80% всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю В. и других водных растений . В. прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Известны горные породы (диатомиты, горючие сланцы, часть известняков), возникшие в результате жизнедеятельности В. в прошлые геологические эпохи. В. участвуют в образовании лечебных грязей. Некоторые, в основном морские, употребляются в пищу (морская капуста , порфира , ульва ). В приморских районах В. идут на корм скоту и удобрение. В ряде стран В. культивируют для получения большого количества биомассы , идущей на корм скоту и используемой в пищевой промышленности. Многие В. – важный компонент процесса биологической очистки сточных вод. Из В. получают: студне– и слизеобразующие вещества – агар-агар (анфельция, гелидиум), агароиды (филлофора, грацилярия), карраген (хондрус, гигартина, фурцелярия), альгинаты (ламинариевые и фукусовые), кормовую муку, содержащую микроэлементы и иод. В. широко применяют в экспериментальных исследованиях для решения проблем фотосинтеза и выяснения роли ядра и других компонентов клетки. Предпринимаются попытки использовать некоторые быстро размножающиеся и неприхотливые В. (например, хлореллу , которая быстро и в большом количестве синтезирует белки, жиры, углеводы, витамины и достаточно полно поглощает вещества, выделяемые человеком и животными) для создания круговорота веществ в обитаемых отсеках космического корабля. Наука о В. называется альгологией.
Лит.: Арнольди В. М., Введение в изучение низших организмов, М. – Л., 1925; Курсанов Л. И. и Комарницкий Н. А., Курс низших растений, 3 изд., М., 1945; Воронихин Н. Н. и Шляпина Е. В., Водоросли, в кн.: Жизнь пресных вод СССР, под ред. В. И. Жадина, т. 2, М. – Л., 1949, гл. 19; Определитель пресноводных водорослей СССР, в. 1 – Голлербах М. М. и Полянский В. И., Пресноводные водоросли и их изучение, М., 1951; Чэпмен В., Морские водоросли и их использование, пер. с англ., М., 1953; Определитель низших растений, под ред. Л. И. Курсанова, т. 1—2, Водоросли, М., 1953; Зинова А. Д., Определитель зеленых, бурых и красных водорослей южных морей СССР, М. – Л., 1967; Oltmanns F., Morphologie und Biologie der Algen, 2 Aufl., Bd 1—3, Jena, 1922– 23: Fritsch F. Е., The structure and reproduction of the algae, v. 1—2, Camb., 1935—45; Smith G. М., Manual of phycology, L., 1951; Fott B., Algenkunde, Jena, 1959; Chapman V. J., The algae, L., 1962.
Ю. Е. Петров.
Зелёные водоросли. Кладофора (Cladophora).
Красные водоросли. Полисифония (Polysiphonia).
Бурые водоросли. Саргассум (Sargassum).
Зелёные водоросли. Каулерпа (Caulerpa).
Бурые водоросли. Эктокарпус (Ectocarpus).
Бурые водоросли. Ламинария (Laminaria).
Диатомовые водоросли. Мелозира (Melosira).
Красные водоросли. Делессерия (Delesseria).
Зелёные водоросли. Ульва (Ulva).
Красные водоросли. Порфира (Porphyra).
Красные водоросли. Одонталия (Odontalia).
Синезёленые водоросли. Осциллятория (Oscillatoria).
Зелёные водоросли. Кладофора (Cladophora).
Бурые водоросли. Падина (Padina).
Зелёные водоросли. Микрастериас (Micrasterias).
Синезёленые водоросли. Анабена (Anabena).
Красные водоросли. Родимения (Rhodymenia).
Диатомовые водоросли. Пиннулярия (Pinnularia).
Зелёные водоросли. Спирогира (Spirogyra).
Красные водоросли. Каллитамнион (Callithamnion).
Зелёные водоросли. Энтероморфа (Entheromorpha).
Бурые водоросли. Фукус (Fucus).
Синезёленые водоросли. Микроцистис (Microcystis).
Зелёные водоросли. Клостериум (Closterium).
Красные водоросли. Дазия (Dasya).
Красные водоросли. Анфельция (Ahnfeltia).
Водосбор
Водосбо'р, то же, что водосборная площадь .
Водосбор (род травянистых растений)
Водосбо'р, орлик, аквилегия (Aquilegia), род многолетних травянистых растений семейства лютиковых. Цветки с 5 ярко окрашенными крупными чашелистиками и 5 воронковидными, вытянутыми в шпорец лепестками синего, фиолетового, реже красного, розового или белого цвета. Плод – сборная листовка. Известно около 75 видов – в умеренной зоне в Европе, Азии и Америке. В. растут на лесных опушках, по долинам рек и в горах. В СССР около 20 видов. Некоторые виды В. издавна введены в садовую культуру, дали много ценных форм и межвидовых гибридов; особенно ценятся длинношпорцевые гибриды. Широко распространён В. обыкновенный (A. vulgaris); известны сорта с простыми и махровыми цветками. Как декоративный ценится В. железистый (A. glandulosa) с красивыми крупными светло-синими с белым центром цветками.
Лит.: Многолетние цветы открытого грунта, М., 1959.
Водосбор обыкновенный: а – ветка с цветками; б – стеблевые листья; в – плод.
Водосборная воронка
Водосбо'рная воро'нка, полая форма рельефа в вершине временного водотока, где концентрируются дождевые и талые снеговые воды, давая начало устойчивому русловому стоку; склоны иногда прорезаны эрозионными бороздами, сходящимися к вершине канала стока. Наиболее четко выражены в горных странах.
Водосборная площадь
Водосбо'рная пло'щадь, водосбор, водосборный бассейн, ограниченная водораздельной линией площадь на поверхности земли, сток с которой идёт в водоём . Строение поверхности В. п. (рельеф, наличие озёр и болот, характер растительности) оказывает значительное влияние на условия стока воды. Так, характер рельефа В. п. определяет собой уклоны и густоту речной и овражно-балочной сети, т. е. скорость стекания по склонам и время пробега воды по руслам. Наличие различных замкнутых впадин приводит к тому, что часть воды, поступающей на дневную поверхность, задерживается в этих понижениях, расходуется на испарение и фильтрацию и только по заполнении понижений начинает стекать в русло.
