Когда мы слышим вопрос о том, растворяется ли кислород в воде, ответ не может быть простым «да» или «нет», если мы хотим быть точными. С точки зрения химии и физики, правильный ответ звучит так: да, растворяется, но в очень ограниченных количествах. Кислород относится к газам, которые малорастворимы в воде. Именно поэтому в лабораторной практике кислород часто собирают методом вытеснения воды — он проходит через воду в виде пузырьков, почти не оставаясь в ней, и собирается в перевернутом сосуде.
Однако то небольшое количество кислорода, которое всё-таки способно раствориться, имеет колоссальное значение для нашей планеты. Без растворенного кислорода (РК) жизнь в водоемах была бы невозможна. Давайте разберем это явление подробно.
В какой форме кислород находится в воде?
В воде кислород находится не в виде отдельных атомов и не в виде газовых пузырьков. В практически любом водоёме кислород присутствует в растворённой форме — в виде гидратированных молекул О2. Это значит, что молекулы кислорода окружены молекулами воды (образуют гидратные оболочки), что позволяет им некоторое время оставаться в толще воды, а не сразу улетучиваться в атмосферу.
От чего зависит концентрация растворенного кислорода?
Содержание растворённого кислорода (РК) в воде — величина непостоянная. Она зависит от множества факторов окружающей среды:
- Температура воды. Это один из главных факторов. Чем холоднее вода, тем больше кислорода она способна удержать. При нагревании системы молекулы кислорода, обладающие низкой растворимостью, получают избыточную энергию и легко покидают воду;
- Атмосферное давление. Чем выше давление, тем больше кислорода растворяется в воде (закон Генри).
- Минерализация (соленость). В пресной воде растворяется больше кислорода, чем в соленой (морской) при прочих равных условиях.
- Степень турбулизации (перемешивания). Проточная вода (реки, ручьи) всегда растворяет большее количество кислорода по сравнению с неподвижной водой в озере или пруду.
- Наличие водных растений. Растения создают растворенный кислород посредством процесса фотосинтеза.
- Количество осадков и другие факторы.
Цифры и факты: сколько кислорода в воде?
Чтобы наглядно понять, насколько кислород малорастворим, взгляните на цифры. Для сравнения: воздух состоит из кислорода примерно на 21%, тогда как в воде его концентрация измеряется единицами миллиграммов на литр (мг/л).
Примеры для пресной воды при нормальном атмосферном давлении:
- При 0 °C вода может содержать до 14,6 мг/л кислорода.
- При 15 °C вода находится в состоянии растворять 10,08 мг/л.
- При 25 °C — около 8,2 мг/л.
- При 30 °C жидкая среда способна растворить еще меньше.
Как видно из списка, зависимость от температуры обратная и очень резкая: при нагреве от 0 до 30 °C способность воды удерживать кислород падает почти вдвое!
Зачем нужно измерять растворенный кислород?
Кислород — важнейший параметр качества воды. Его концентрация напрямую определяет, смогут ли в водоеме жить рыбы, ракообразные и другие гидробионты. В экологическом мониторинге и очистке сточных вод используются два ключевых показателя:
- РК (растворенный кислород) — текущая массовая концентрация кислорода в воде. Измеряется с помощью специальных приборов (оксиметров) или тест-комплектов (например, РК-БПК).
- БПК (биохимическое потребление кислорода) — количество кислорода, которое необходимо микроорганизмам для разложения органических веществ в воде за определенное время (обычно за 5 суток, БПК5). Чем выше БПК, тем более загрязнена вода.
Нормы и ПДК
Для водоемов рыбохозяйственного назначения установлены строгие предельно допустимые концентрации (ПДК) растворенного кислорода. В зависимости от категории водоема, концентрация РК не должна опускаться ниже 4–6 мг/л. Если кислород падает ниже этих значений, начинается замор рыбы.
Резюме
Так растворяется ли кислород в воде? Определенно да. Но это физическое явление имеет строгие ограничения. Вода не может вобрать в себя много кислорода, как, например, сахар или соль. Растворимость кислорода невелика, но именно эти миллиграммы кислорода на литр воды являются фундаментом всего подводного мира, поддерживая жизнь от мельчайших бактерий до крупных млекопитающих.