Вода – источник жизни. Проблема оздоровления

Наша планета существует около 4,5 млрд. лет. Сначала это был раскаленный шар. Землю бомбили метеориты и потрясали вулканические извержения. Мало-помалу планета остывала и успокаивалась. Постоянное испарение воды вело к образованию облаков, из которых лились дожди. В этой-то воде около 3,5 млрд. лет назад и зародилась жизнь. Есть люди, считающие, что все живое сотворено Богом. Но, по мнению большинства ученых, жизнь возникла сама по себе – в результате случайных химических реакций, которые на протяжении миллионов лет преобразовывали простые вещества в живые организмы.

Колыбель жизни.

Представьте себе молодую Землю, в водах которой содержаться только простейшие вещества. Под влиянием солнечного света и грозовых разрядов они вполне могли вступать в химические реакции. Вероятно, в результате некоторых реакций появились соединения способные к самокопированию, а также защищавшие их мембраны. В 1953 г. американским химикам удалось доказать, что химические соединения, из которых состоят организмы, могут возникать случайно из простейших веществ.

Откуда взялась вода?

Происхождение воды на Земле столь же не ясно, как и происхождение самой нашей планеты. Есть несколько гипотез того, откуда взялась вода. В зависимости от ответа на этот вопрос ученые разделились на два лагеря – сторонников метеоритного и сторонников «горячего» происхождения Земли. Первые считают, что Земля в начале была большим холодным твердым метеоритом, вторые – что расплавленным огненным шаром.

Сторонники метеоритного происхождения говорят, что вода в виде льдистой или снегоподобной массы входила в состав того самого метеорита, который и стал прапрапрадедушкой Земли. Сторонники «горячего» происхождения утверждают, что вода выделялась, как пот, из разогретого глубинного вещества (магмы) Земли в процессе его охлаждения и отвердения (кристаллизации). Вода просачивалась на поверхность и скапливалась в низинах – так постепенно образовывались моря и океаны.

А потом, из-за того, что Солнце неравномерно нагревало поверхность Земли, начался круговорот воды, появились реки, озера и т. д.

Вода – простое вещество или сложное?

Еще древнегреческий философ Фалес Милетский, живший 2,5 тыс. лет назад, обратил внимание на то, что вода – единственное вещество, которое в природе встречается в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Поэтому, сделал вывод, все в мире состоит из воды и в нее, в конечном счете, превращается. «Вода – первооснова всего», - утверждал он. И, что самое интересное, оказался в большей степени прав. Многие тысячелетия ученые бились над загадкой: что такое лед? что такое пар? Никто не мог объяснить, что же это за частицы, различные комбинации которых образуют воду, лед и пар. И поэтому вплоть до конца XVIII в. считалось, что вода – простое неделимое вещество. Однако исследователи продолжали изучать свойства и состав воды и все чаще приходили к выводу, что возможно он неоднороден.

Многие ученые уже стояли на пороге этого великого открытия, например английский изобретатель паровой машины Джеймс Уатт (1736-1819). Все они приблизились к решению загадки, но правильно объяснить полученные опытным путем факты так и не смогли.

Завершить многолетний марафон суждено было выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье (1749-1827). Они получили воду из простых элементов – водорода и кислорода, то есть доказали, что вода, во-первых - сложное соединение, во-вторых - жидкость, состоящая из двух невидимых газов.

Самое важное вещество на Земле

Вода – это жидкость без вкуса и запаха, цвета, которая входит в состав всех живых существ. Она имеется в почве и воздухе.

Живые организмы потребляют только ту пищу, которая растворена в воде. Живые ткани в основном состоят из воды. Что входит в состав воды? Это простое соединение двух элементов водорода и кислорода. Но по своим характеристикам вода не похожа на составляющие её элементы. Она обладает определенными свойствами.

Вода, как и многие другие вещества, имеет три основных состояния жидкое (обычное), твердое (лёд) и газообразное (водяные пары). Состояние воды зависит от её температуры. При нулевой температуре вода из жидкого состояния переходит в твердое состояние, или замерзает, при температуре +100°C вода из жидкого состояния переходит в газообразное. Такой переход из видимого в невидимое состояние называется испарением.

Вода в природе никогда не бывает чистой в прямом смысле этого слова. В ней содержаться растворимые минеральные соли, газы, частицы микроорганизмов.

Без воды совершенно невозможно ни одна из известных форм жизни. Жизнь каждой клетки – как растений, так и животных – зависит от наличия этой жидкости. Есть формы живых организмов, прекрасно обходящих без воздуха, но нет таких, которые могут существовать без воды.

Почему вода необходима для жизни?

Главная причина того, что каждому живому существу нужна вода для поддержания жизнедеятельность, состоит в том, что живые клетки обязательно включают в себя огромное количество молекул воды в растениях и животных колеблется от 50% до 99%.

Вода – среда обитания многих тысяч видов водных растений и животных. Она служит единственным источником кислорода в атмосфере, который образуется в результате фотосинтеза.

Вода – один из основных факторов, определяющих климат. Обладая высокой теплоемкостью, она медленно нагревается и охлаждается. Это создает более ровные температурные условия в водной среде (по сравнению с воздушной) и оказывает смягчающие влияние на климат.

Вода испаряется с поверхности океана и суши, переносится воздушными течениями, конденсируется и выпадает в виде осадков.

Водная оболочка Земли – гидросфера – включает в себя совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, болот, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова. Она содержит около 1,4 млрд. км³ воды. В настоящее время гидросфера охвачена невиданными по скорости и масштабам преобразованиями, связанными с технической деятельностью человечества. Ежегодно используется около 5тыс. км³ воды, при этом загрязняется примерно в 10 раз больше. Многие страны начали испытывать нехватку пресной воды. Но это еще не значит, что ее на Земле мало, беда в том, что мы не научились рационально использовать воду.

Содержание воды в организмах.

Вода - самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах. Её содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов воды около 10%, а в клетках развивающегося зародыша – более 90%. В среднем в многоклеточном организме вода составляет около 80% массы тела.

Роль воды в клетке очень велика. Её функции во многом определяются химической природой. Дипольный характер строения молекул обуславливает способность воды активно вступать во взаимодействие с различными веществами. Её молекулы вызывают расщепление ряда водорастворимых веществ на катионы и анионы. В результате этого ионы быстро вступают в химические реакции. Большинство химических реакций представляет собой взаимодействие между растворимыми в воде веществами.

Таким образом, полярность молекул и способность образовывать водородные связи делают воду хорошим растворителем для огромного количества неорганических и органических веществ. Кроме того, в качестве растворителя вода обеспечивает как приток веществ в клетку, так и удаление из неё продуктов жизнедеятельности, поскольку большинство химических соединений может проникнуть через наружную клеточную мембрану только в растворенном виде.

Не менее важна чисто химическая роль воды. Под действием некоторых катализаторов – ферментов – она вступает в реакции гидролиза, т. е. реакции, при которых к свободным валентностям различных молекул присоединяются группы OH¯ или Н+ воды. В результате образуются новые вещества с новыми свойствами.

Вода, в известной степени является теплорегулятором, за счет хорошей теплопроводности и большой теплоемкости воды, при изменении температуры окружающей среды, внутри клетки температура остаётся неизменной или её колебания оказываются значительно меньшими, чем в окружающей клетку среде.

Физические свойства воды.

Вода – единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном.

В отличие от подавляющего большинства других веществ плотность воды в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Вода обладает наибольшей среди всех веществ теплоемкостью, а проводник электричества она плохой.

Чистая вода не имеет цвета, запаха и вкуса. Достаточно толстые слои воды (более 5 м) имеют голубую окраску. Затвердевание воды в лед сопровождается увеличением объема на 9%, т. е. лед легче жидкой воды. Наибольшую плотность вода имеет не при 0°С, а при 4°С.

Химические свойства воды.

Вода реагирует со многими металлами. С наиболее активными металлами (в таблице Д. И Менделеева они находятся IA-и IIA-группах) протекают реакции типа:

2Na+2H2O=2NaOH+H2

С менее активными металлами вода реагирует лишь при высоких температурах (при этом она, естественно, находится в парообразном состоянии). В этих реакциях образуется не гидроксид металла, а его оксид. Например, при высокой температуре протекает реакция:

Fe+H2O=FeO+H2

Вода реагирует с некоторыми металлами. Например, при высокой температуре она взаимодействует с углеродом:

C+2H2O=CO2+2H2

К важнейшим реакциям воды со сложными веществами относится её взаимодействие с оксидами:

Na2O+H2O=2NaOH

Однако не все оксиды реагируют (соединяются) с водой, а лишь те, которые в реакции с водой образуют растворимые вещества. Среди оксидов металлов таким свойством обладают оксиды только самых активных металлов – тех, которые сами реагируют с водой. В таких реакциях образуются основания – гидроксиды металлов (при этом водород, в отличие от реакции воды с металлами, не выделяется).

Оксиды, которые при взаимодействии с водой образуют основания, относят к так называемым основным оксидам.

Большинство оксидов неметаллов взаимодействуют с водой при обычных условиях, при этом образуются кислоты.

Например, в реакции с водой диоксида углерода образуется угольная кислота:

CO2+H2O=H2CO3

Кислоты ( а не основания) образуются также при взаимодействии с водой оксидов металлов, в которых металлы проявляют высокие валентности (V-VIII). Так может быть получена марганцовая кислота:

Mn2O7+H2O=[ H2Mn2O8]=2HMnO4

Формально формулы гидроксидов металлов и кислот (кислородосодержащих) получаются простым «сложением» формул оксидов и воды.

Такой вывод формулы допустим всегда, даже если сама реакция непосредственно не происходит, и рекомендуется этим пользоваться при составлении соответствующих формул.

Уникальные физико – химические свойства воды и их значение

Свойства воды Их значение

1. Только вода в нормальных земных условиях находится в трех агрегатных Условие, обеспечивающее круговорот воды в природе и ее запасы в ледниках состояниях

2. При переходе из одного агрегатного состояния в другое либо требуется Регулирование теплового режима окружающей среды затрата тепла (испарение, таяние), либо тепло выделяется ( конденсация, замерзание )

3. При охлаждении ниже +4°С плотность воды уменьшается, объем Плотность льда меньше плотности воды, лед остается на поверхности, увеличивается, причем в момент замерзания происходит резкое увеличение предостерегая водоем от промерзания объема на 10% от объема жидкости

4. Высокая теплоемкость. В значительно большей степени, чем другие Вода играет на планете роль главного аккумулятора и распределителя вещества, вода способна поглощать тепло. У всех тел теплоемкость при тепла. Тепловые океанические течения благоприятно влияют на климат росте температуры увеличивается. У воды с повышением температуры от 0 доогромных территорий. Даже небольшие водоемы оказывают смягчающее влияние

27°С она падает, затем начинает расти. Интервал между 30°С и 40°С – на микроклимат.

вторая точка плавления ( изменение структуры )воды Температура, близкая к 37°С, не случайно выбрана у теплокровных как пороговая

5. Вода – сильнейший инертный растворитель. Это свойство связано с Вода – растворить и переносчик всех веществ, участвующих в двухполюсной структурой молекулы воды (диполь). Под воздействием диполейжизнедеятельности, и в первую очередь питательных веществ. Именно воды связи между атомами и молекулами на поверхности погруженных в нее благодаря воде в организме происходят сложные химические реакции. Она веществ ослабевают в 80 раз обеспечивает выделение из организма продуктов обмена, защищая его от их вредного накопления.

Водный обмен – важнейшая функция организма, обеспечивающая принцип постоянства внутренней среды организма

6. Большое поверхностное натяжение и смачивающая способность Поднимается по капиллярам, пронизывающим почву и другие породы, движется вверх в растениях, доставляя растворы питательных веществ. С этим свойством связано также движение крови и тканевых жидкостей в организме человека и животных

7. Чем большее давление испытывает вода, тем выше температура ее Океаническая вода не замерзает при температуре -3°С на глубине 4 тыс. м замерзания

Вода – растворитель.

Вода – химически активное вещество, она взаимодействует со многими другими веществами. Самое общеизвестное, видимое из таких взаимодействий – растворение веществ в воде. Вода является наиболее универсальным растворителем, т. е. в ней хорошо растворяются многие вещества.

Раствор- это химическая система, образованная несколькими веществами, между которыми нет поверхностей раздела.

Вещества, образующие раствором, называются компонентами раствора. Один из компонентов раствора – растворитель. Вода – самый лучший растворитель на Земле.

Загрязнение воды.

Особым загрязнением воды являются радиоактивные отходы. Радиоактивные отходы – результат деятельности наземных ядерных установок и судовых реакторов. Радиоактивные вещества, как и другие отходы производства, сбрасываются в реки, моря и океаны. Радиоактивное излучение, превышающее естественный уровень, вредно для всего живого как на суше, так и в водоемах. Накапливаясь, радиация приводит к необратимым изменениям в живых организмах, уродствам в последующих поколениях.

По последним данным, к 2001 году во всем мире было введено в действие около 400 атомных судов, которые будут сбрасывать радиоактивные отходы непосредственно в воду. Основную же массу отходов дает атомная промышленность. И если ядерная энергетика станет основным источником энергии в мире, количество отходов может достичь 1000 т в год. Потому многочисленные международные организации активно выступают за запрещение сброса радиоактивных отходов в природные воды планеты.

Дождевая вода

Давайте прежде всего разберемся, что такое дождевая вода. Основной ее источник – влага, испаряющаяся с поверхности водоемов и увлажненной почвы. Массы воды, скапливающейся в атмосфере, огромны: одно облако может содержать сотни тонн воды. Они непрерывно перемещаются над поверхностью земли, перераспределяя не только тепло и влагу, но и твердые вещества – различные химические элементы, их соли, пыль. Обычная дождевая капля весом 50 миллиграммов при падении промывает 16 литров воздуха, а один литр дождевой воды поглощает примеси, содержащиеся в 300 тысячах литров воздуха.

Таким образом, состав дождевой воды зависит и от того, над какой территорией образовались облака, от загрязнения атмосферы там, где осадки выпадают, от направления ветра и других обстоятельств.

Воздух, а следовательно, и дождевую воду загрязняют прежде всего транспорт, промышленные и сельскохозяйственные предприятия. Автотранспорт поставляет в атмосферу угарный газ, окислы азота и серы, а различные промышленные предприятия соединения мышьяка, свинца, ртути. В сельскохозяйственных районах воздух загрязняется аммиаком, сероуглеродом, пестицидами, ядохимикатами. И это перечень далеко не всех веществ, которые из атмосферы вместе с дождем могут вновь попасть на землю.

Наибольший процент в промышленных выбросах составляют соединения серы и азота. Вступая в атмосфере в реакцию с водой, они превращаются в кислоты и выпадают на землю в виде так называемых кислотных дождей.

Термин кислотные дожди введен около ста лет назад английским химиком А. Смитом, выявившим зависимость между уровнем загрязнения воздуха и кислотностью осадков, Но пагубные их последствия стали проявляться лишь 10 – 15 лет назад. Сегодня почти любой дождь в той или иной степени кислотный.

Если он застиг вас в дороге – раскройте зонт или наденьте плащ. Неоднократное воздействие дождевой воды на кожу может вызвать покраснение и шелушение из – за содержащихся в осадках кислот.

Кислотные дожди наносят ущерб и народному хозяйству: ускоряют коррозию металлических конструкций, разрушают песчаник, известняк, мрамор, закисляют воды рек и озер, что приводит к гибели рыбы, лесов.

В современных условиях дождевую воду для хозяйственно – бытовых целей использовать нельзя: нельзя мыть ею голову, стирать белье, как это делали раньше, когда воздух не был так сильно загрязнен. И тем более нельзя дождевую воду пить, мыть ею посуду, готовить на ней пищу.

Тяжелая вода.

Известна изотопная разновидность воды – тяжелая вода D2О; в природных водах массовое отношение D2O : H2О=1 : 6000.

Физические константы D2О отличаются от таковых для обычной воды: Mr = 20,03 ≈ 20, ρ = 1,107г/см³, tпл. = +3,81°С, tкип. = +101. 43ºС.

Растворимость большинства веществ в тяжелой воде значительно меньше, чем в обычной воде. Тяжелая вода ядовита, т. к. замедляет биологические процессы в живых организмах.

Тяжелая вода накапливается в остатке электролита при многообразном электролизе воды. Используется как теплоноситель и замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.

Анализ речных и озерных вод в Калининской области.

Массовые химические анализы речных и озерных вод выполнены в 1971 – 1991 годах для нужд строительства АЭС. Более 20 лет контроль за радиоактивностью воды водоемов, донных отложений, водорослей, источников хозяйственного и питьевого водоснабжения, внешнего дозиметрического контроля, который является структурным подразделением ОРБ.

Отбор проб воды водоемов производится в 10 точках сброса на озерах Песьево, Удомля, Кубыча, Саменец, реках Хомутовка, Съежа. Периодичность отбора – один раз в месяц. Все сточные воды АЭС, которые поступают в открытые водоемы (Песьево, Удомля) проходят строгий радиометрический контроль. Активность озерных вод измерялась еще до пуска блоков (нулевой фон). Сегодня показатели радиоактивности фактически не отличаются от нулевого фона. Сбросы в озеро составляют сотые доли Бк\л. Так, в апреле того года радиоактивность цезия-137 в озере Удомля составила 0,0005 Бк\л, в озере Песьево-0,0005 Бк\л , в озерах Кубыча, Саминец и реке Съежа- меньше 0,0003Бк\л. Других радиоактивных элементов не обнаружено. Единственный изотоп, активность которого увеличилась – это тритий (от 50 до 150 Бк\л). Но у него очень маленькая энергия бетаизлучения, поэтому влияние его на организм человека незначительно (норма радиационной безопасности составляет 7700Бк\л).

Грунтовые воды отбираются из наблюдательных скважин ( около 30), расположенных на территории АЭС и вокруг хранилища радиоактивных отходов. Они показывают отсутствие протечек. Сточные воды закачиваются в баки радиоактивного контроля. В случае превышения радиоактивности они возвращаются на доочистку. После прохождения контроля сточные воды очищаются на очистных сооружениях, после чего сбрасываются в озеро.

В настоящее время бурят скважины для контроля грунтовых вод вокруг третьего энергоблока. Приборы, которыми работают специалисты, самые современные. Спектрометры от ведущих американских фирм. Чувствительность установки позволяют фиксировать активность в тысячные доли Беккереля (Бк), тогда как естественная активность почвы составляет десятки и сотни Бк. По результатам измерений составляют ежемесячные и годовые отчеты. А весь период эксплуатации КАЭС ни разу не было превышения допустимых норм по радионуклидам (цезий – 137, цезий – 134, марганец – 54, кобальт – 58, стронций – 90 ).

Проблема оздоровления.

Вода – источник жизни. Вода – наше богатство и его надо беречь. Для нормальной работы организма человека нужна чистая вода, при этом для питья нельзя постоянно использовать дистиллированную воду, потому что она вымывает минеральные соли из организма, жизнедеятельность без которых невозможна, поэтому для питья используют воду, с растворенными в ней минеральными солями. В организме человека H2О находиться в качестве раствора соли физраствора NaCl и KCl в процентном соотношении 0,09 или 9%.

Вода и неинфекционные заболевания

Качество воды Воздействие на здоровье

1. Вода с повышенным содержанием хлоридов и сульфидов Отрицательно влияет на функции системы пищеварения. Минерализация до 3

г/л отрицательно влияет на течение беременности и родов, на плод и новорожденного, увеличивает гинекологические заболевания

2. Повышенное содержание кальция Способность камнеобразованию в почках и мочевом пузыре

3. Маломинерализированные воды (с содержанием солей 50 мг/л) Ухудшают водно – солевой обмен, функции желудка. Плохо утоляют жажду

4. Дефицит некоторых микроэлементов (фтора, йода) Дефицит фтора оказывает отрицательное влияние на состояние зубов, причем и в случаях повышенного содержания. Дефицит йода вызывает такое заболевание, как эндемический зоб

5. Жесткость воды Вопрос дискуссионный. Большинство ученых считают, что чем мягче питьевая вода, тем больше вероятность сердечно – сосудистых заболеваний

6. Присутствие металлов в концентрациях, превышающих ПДК Токсический эффект развивается постепенно, по мере накопления металлов в организме. Свинец вызывает заболевание нервной и кроветворной систем организма; кадмий, хром – заболевание почек; ртуть – центральной нервной системы, выделительной и кровеносной систем; цинк – двигательного аппарата (мышц), расстройство деятельности желудка; мышьяк – почек, печени, легких, сердечно – сосудистой системы

7. Повышение концентрации нитратов Вызывает заболевание крови, особенно у детей (детский цианоз), связанное с появлением в крови формы гемоглобина (метгемоглобина), не способного к переносу кислорода.

Первые стандарты питьевой воды были утверждены в США и России в 1937 году. В этих стандартах содержатся нормы качества питьевой воды (требования к микробному составу, физическим и химическим характеристикам воды). А с 1994 года по инициативе Международной ассоциации водопользователей 22 марта был утвержден Всемирный день воды. Чтобы еще раз обратить внимание общественности на остроту и важность данной проблемы, 2003 год был объявлен ООН Всемирным годом пресной воды.

Угроза существованию жизни на Земле потребовала от человека решительных практических мер по защите и охране природы, правого регулирования использования природных ресурсов. Сегодня природоохранительные меры предусмотрены в водном (и не только) национальном законодательстве, которое устанавливает ответственность за нарушение природоохранительных норм. В ряде стран в результате осуществления правительственных природоохранных программ удалось существенно улучшить качество окружающей среды в отдельных регионах (например, в результате многолетней и дорогостоящей программы удалось восстановить чистоту и качество воды в Великих озерах. ).