165706 (739911), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Свойства воды

Самым удивительным веществом в природе можно назвать простую и обычную воду. Она обладает такими свойствами, которые не характерны для любых других известных соединений кислорода с водородом. Например, закипает при температуре плюс 100° С, тогда как максимальная температура кипения, например, сероводорода минус 61° С. Кроме того, вопреки всем законам физики, теплоемкость воды при нагревании (от 0 до 37) не повышается, а понижается. И, конечно же, всем известно, что при обработке магнитным полем, вода изменяет свою биологическую активность. Есть даже понятие «заговоренная» вода. Под влиянием молитв и заговоров она может творить чудеса. Недаром в сказках, вода делиться на два вида «живая», от которой проходят все болезни, от которой можно ожить, и «мертвая», которая убивает любого, кто ее отведает.

Все знают о важности воды в нашем организме. Присутствуя во всех клетках и тканях, играя главную роль во всех биологических процессах от пищеварения до кровообращения, вода выполняет много важных функций.

Вода должна стать для вас самым ключевым ингредиентом, если вы стремитесь иметь здоровое тело и отличное самочувствие. Ничто так не влияет на наше здоровье, как потребление воды.

Состав воды

24 июня 1783 г. А.Лавуазье и П.Лаплас в присутствии группы своих коллег-ученых «сделали» воду из кислорода и водорода. Воду они получили как продукт сгорания водорода (а то, что в процессе горения участвует кислород – «огненный ВОЗДУХ», стало известно чуть раньше). При этом вес образовавшейся воды равнялся весу водорода и кислорода, участвовавших в реакции горения.

Вот так в один день стало ясно, что вода - не простои элемент, а сложное вещество, но какой долгий и трудный путь вел к этому знаменательному дню, сколько огорчении, разочарований, ошибок и личных трагедий пережили естествоиспытатели, пока вода наконец-то раскрыла свою природу.

Структура воды

Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Так как масса и заряд ядра кислорода больше чем у ядер водорода, то электронное облако стягивается в сторону кислородного ядра. При этом ядра водорода “оголяются”. Таким образом, электронное облако имеет неоднородную плотность. Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура - правильный тетраэдр.

Благодаря наличию водородных связей каждая молекула воды образует водородную связь с 4-мя соседними молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда. Однако, в жидком состоянии вода – неупорядоченная жидкость; эти водородные связи - спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды.

То, что вода неоднородна по своему составу, было установлено давно. С давних пор известно, что лёд плавает на поверхности воды, то есть плотность кристаллического льда меньше, чем плотность жидкости.

В 1999 г. известный российский исследователь воды С.В. Зенин защитил в Институте медико-биологических проблем РАН докторскую диссертацию, посвященную кластерной теории, которая явилась существенным этапом в продвижении этого направления исследований, сложность которых усиливается тем, что они находятся на стыке трех наук: физики, химии и биологии. Им на основании данных, полученных тремя физико-химическими методами: рефрактометрии (С.В. Зенин, Б.В. Тяглов, 1994), высокоэффективной жидкостной хроматографии (С.В. Зенин с соавт., 1998) и протонного магнитного резонанса (С.В. Зенин, 1993) построена и доказана геометрическая модель основного стабильного структурного образования из молекул воды (структурированная вода), а затем (С.В. Зенин, 2004) получено изображение с помощью контрастно-фазового микроскопа этих структур.

Структурные исследования воды можно изучать разными методами; спектроскопией протонного магнитного резонанса, инфракрасной спекроскопии, дифракцией рентгеновских лучей и др. Например, дифракцию рентгеновских лучей и нейтронов в воде изучали много раз. Однако подробных сведений о структуре эти эксперименты дать не могут. Неоднородности, различающиеся по плотности, можно было бы увидеть по рассеянию рентгеновских лучей и нейтронов под малыми углами, однако такие неоднородности должны быть большими, состоящими из сотен молекул воды. Можно было бы их увидеть, и исследуя рассеяние света. Однако вода — исключительно прозрачная жидкость. Единственный же результат дифракционных экспериментов — функции радиального распределения, то есть расстояния между атомами кислорода, водорода и кислорода-водорода. Из них видно, что никакого дальнего порядка в расположении молекул воды нет. Эти функции для воды затухают гораздо быстрее, чем для большинства других жидкостей. Например, распределение расстояний между атомами кислорода при температуре, близкой к комнатной, даёт только три максимума, на 2,8, 4,5 и 6,7 A. Первый максимум соответствует расстоянию до ближайших соседей, и его значение примерно равно длине водородной связи. Второй максимум близок к средней длине ребра тетраэдра — вспомним, что молекулы воды в гексагональном льду располагаются по вершинам тетраэдра, описанного вокруг центральной молекулы. А третий максимум, выраженный весьма слабо, соответствует расстоянию до третьих и более далёких соседей по водородной сетке. Этот максимум и сам не очень ярок, а про дальнейшие пики и говорить не приходится. Были попытки получить из этих распределений более детальную информацию. Так в 1969 году И.С. Андрианов и И.З. Фишер нашли расстояния вплоть до восьмого соседа, при этом до пятого соседа оно оказалось равным 3 A, а до шестого — 3,1 A. Это позволяет делать данные о дальнем окружении молекул воды.

Другой метод исследования структуры – нейтронная дифракция на кристаллах воды осуществляется точно также, как и рентгеновская дифракция. Однако из-за того, что длины нейтронного рассеяния различаются у разных атомов не столь сильно, метод изоморфного замещения становится неприемлемым. На практике обычно работают с кристаллом, у которого молекулярная структура уже приблизительно установлена другими методами. Затем для этого кристалла измеряют интенсивности нейтронной дифракции. По этим результатам проводят преобразование Фурье, в ходе которого используют измеренные нейтронные интенсивности и фазы, вычисляемые с учётом неводородных атомов, т.е. атомов кислорода, положение которых в модели структуры известно. Затем на полученной таким образом фурье-карте атомы водорода и дейтерия представлены с гораздо большими весами, чем на карте электронной плотности, т.к. вклад этих атомов в нейтронное рассеяние очень большой. По этой карте плотности можно, например, определить положения атомов водорода (отрицательная плотность) и дейтерия (положительная плотность).

Возможна разновидность этого метода, которая состоит в том, что кристалл образовавшийся в воде, перед измерениями выдерживают в тяжёлой воде. В этом случае нейтронная дифракция не только позволяет установить, где расположены атомы водорода, но и выявляет те из них, способные обмениваться на дейтерий, что особенно важно при изучение изотопного (H-D)-обмена. Подобная информация помогает подтвердить правильность установления структуры.

Другие методы также позволяют изучать динамику молекул воды. Это эксперименты по квазиупругому рассеянию нейтронов, сверхбыстрой ИК-спектроскопии и изучение диффузии воды с помощью ЯМР или меченых атомов дейтерия. Метод ЯМР-спектроскопии основан на том, что ядро атома водорода имеет магнитный момент — спин, взаимодействующий с магнитными полями, постоянными и переменными. По спектру ЯМР можно судить о том, в каком окружении эти атомы и ядра находятся, получая, таким образом, информацию о структуре молекулы.

Для анализа структуры воды выбираются три параметра:

- степень отклонения локального окружения молекулы от вершин правильного тетраэдра;

-потенциальная энергия молекул;

-объём так называемого многогранника Вороного.

Итак, среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоемкостью. Это ее качество оказывает существенное влияние на климат. Основным терморегулятором климата являются воды океанов и морей: накапливая тепло летом, они отдают его зимой. Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата. Благодаря влиянию океанов на значительной части Земного пара обеспечивается перевес осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают нужное им для жизни, количество воды. Водная и воздушная оболочки Земного шара постоянно обмениваются углекислотой с горными породами, растительным и животным миром, что также способствует стабилизации климата.

2. Вода, дарующая жизнь

2.1 Вода и жизнь. Вода и здоровье

Питьевая вода - важнейший фактор здоровья человека. Практически все ее источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности. Санитарное состояние большей части открытых водоемов России в последние годы улучшилось из-за уменьшения сброса стоков промышленных предприятий, но все еще остается тревожным.

Приведенные данные свидетельствуют об ухудшении качества воды с 1995 г. и о том, что в ряде регионов уровень химического и микробиологического загрязнения водоемов остается высоким, в основном из-за сброса неочищенных производственных и бытовых стоков (Архангельская, Ивановская, Кемеровская, Кировская, Рязанская области).

В стране 10 138 коммунальных и 53 506 ведомственных водопроводов, в том числе с водозабором из поверхностных водоемов соответственно 1036 и 1275. Они обеспечивают в основном крупные города и подают 68% водопроводной воды. Остальные питаются от подземных источников.

Состояние водных объектов города Рязани.

Наблюдения за состоянием водных ресурсов и объектов на территории области включают в себя наблюдения за гидрологическим режимом водных объектов, наблюдения и контроль гидрохимических показателей поверхностных вод, контроль санитарного состояния водных объектов.

Систематические наблюдения за гидрологическим режимом водных объектов осуществляются Рязанским областным центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ЦГСМ) на сети из 16 действующих гидрологических постов: 8 постов уровневых, 8 - стоковых. Наблюдения и контроль гидрохимических показателей поверхностных вод суши проводится сетью Рязанского ЦГСМ в 13 створах. В черте города Рязани расположены 3 створа на реках: Ока (2 створа), Трубеж (1 створ).

Государственная санитарно-эпидемиологическая служба области в 2001 году продолжала осуществлять лабораторный контроль за качеством воды, подаваемой населению области, и состоянием водных объектов.

В 2006 году госсанэпидслужбой области контроль за качеством осуществлялся в 125 створах наблюдения, в т.ч. за р. Окой, как водоемом 1 категории водопользования, в 9 постоянных створах.

Одним из основных факторов, влияющих на состояние водного объекта, является качество сосредоточенных сбросов сточных вод в водные объекты.

В 2006 г. в бассейн Оки на территории Рязанской области отведено 136,14 млн. куб. м сточных вод, требующих очистки, что составляет 71% от общего водоотведения в водные объекты (в 2000г. - 74%).

При этом сброшено 32,2 тыс. тонн загрязняющих веществ (в 2000г. - 31,3). Количество основных загрязняющих веществ - сульфатов, нитритов, взвешенных веществ осталось на уровне 2000г. (96-102% к 2000г.). Масса сброса хлоридов и нитратов увеличилась на 15 и 7% соответственно. Масса сброса нефтепродуктов, азота аммонийного, фосфора, жиров уменьшилась на 33, 14, 11, 46% соответственно.

Информация, содержащаяся в форме 2-ТП (водхоз), не позволяет достоверно оценить фактическое поступление специфических загрязнителей (тяжелые металлы, нефтепродукты и др.) в водные объекты.

Реки Трубеж и Листвянка (протекают в черте г. Рязани) являются природными коллекторами сточных вод и загрязняющих веществ (ЗВ) в р. Ока. На две реки приходится около 80% от общего объема стоков, требующих очистки, по бассейну Оки.

В 2006 г. в р. Листвянка и далее в р. Ока сброшено 103,7 млн. куб. м нормативно очищенных вод, или 76% от общего объема сбросов, требующих очистки, по области.

Степень загрязненности сточных вод бассейна Листвянки незначительная, что обусловило сохранение качества воды р. Ока после впадения р. Листвянки на уровне фона.

В р. Трубеж сброшено 2,4 млн. куб. м или всего 1,8% от общего объема сбросов, требующих очистки, по области. Однако степень загрязненности сточных вод очень сильная, что обусловило поступление в р. Ока значительного количества ЗВ. Доля загрязняющих веществ от общего количества ЗВ, сброшенных в бассейн Оки, составила: азот аммонийный - 30, СПАВ - 60, меди и железа - 20-25, жиров и хрома - 98-100%.

В 2006 г. степень загрязненности бассейна р. Оки сточными водами сохраняется на уровне 1995-2000 гг. Относительная многоводность реки (расход реки более чем в 200 раз превышает расход сточных вод) является предпосылкой сохранения качества окской воды в пределах Ш класса умеренно загрязненных вод.

Санитарное состояние реки оценивалось на соответствие нормативам для воды водных объектов рыбохозяйственного назначения и нормативам СанПиН 2.1.5.980-00 по следующим 32 показателям: температура, цветность, прозрачность, рН, растворенный кислород, окисляемость, БПК5, жесткость, гидрокарбонат-ион, сухой остаток, хлориды, сульфаты, фосфаты, взвешенные вещества, ионы аммония, нитриты, нитраты, железо общее, марганец, медь, цинк, хром, никель, свинец, кремний, кальций, магний, нефтепродукты, фенолы, СПАВ, метанол, формальдегид.

В апреле 2006 г. в 6 обследованных точках выявлено несоответствие качества воды нормативным требованиям для водных объектов рыбохозяйственного назначения по 13 показателям из 32: взвешенные вещества, цветность, ион аммония, нитриты, БПК5, ХПК, фосфаты, нефтепродукты, фенолы, железо, СПАВ, марганец, медь, кремний. Максимальное превышение норматива ПДК обнаружено:

• по взвешенным веществам (7,6 ПДК), иону аммония (3,8 ПДК), нитратам (3,1 ПДК), фенолам (2 ПДК), марганцу (16 ПДК) в створе Кузьминского гидроузла;

• по цветности (3,4 ПДК), БПК5 (1,8 ПДК), кремнию (10 ПДК) в створе выше г. Рязань (13 км);

• по нефтепродуктам (8 ПДК), железу (10 ПДК), меди (4 ПДК) в створе г. Рязань;

• по ХПК (6 ПДК), фосфатам (1,3 ПДК), меди (4 ПДК) в створе ниже г. Рязань (21км).

Максимальное превышение норматива СанПиН обнаружено:

по фенолам (2 ПДК), взвешенным веществам (7,6 ПДК) в створе Кузьминского гидроузла;

Характеристики

Список файлов реферата