Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО  «ВГПУ»

Факультет технологии и сервиса 
 
 
 
 
 

Вода 
 
 
 

                                                                          Выполнил – студент гр. Т-52

                                                                          Саленко Ольга Сергеевна

                                                                          Проверил – ст. преп.

                                                                          Вышемирская Наталья Федоровна 
 
 
 
 
 
 

Волгоград, 2010

     Вода - наиболее  распространенное  на Земле вещество. Ее количество достигает 1018 тонн, и она покрывает приблизительно четыре пятых земной поверхности. Это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Вода играет жизненно важную роль в промышленности, быту и в лабораторной практике; она совершенно необходима для поддержания жизни. Приблизительно две трети человеческого тела приходятся на долю воды, и многие пищевые продукты состоят преимущественно из воды.  

      Благодаря широкой распространённости воды и  её роли в жизни людей, она издавна  считалась первоисточником жизни. Представление философов античности о воде как о начале всех вещей  нашло отражение в учении  (4 в. до н. э.) о четырёх стихиях (огне, воздухе, земле и воде), причём воды считалась носителем холода и влажности. Вплоть до конца 18 в. в науке существовало представление о воде как об индивидуальном химическом элементе. В 1781-82 английский учёный Г. Кавендиш впервые синтезировал воду, взрывая электрической искрой смесь водорода и кислорода, а в 1783 французский учёный А. Лавуазье, повторив эти опыты, впервые сделал правильный вывод, что вода есть соединение водорода и кислорода. В 1785 Лавуазье совместно с французским учёным Ж. Менье определил количественный состав В. В 1800 английские учёные У. Николсон и А. Карлейль разложили воду на элементы электрическим током. Таким образом, анализ и синтез воды показали сложность её состава и позволили установить для неё формулу H2O.  

      Изучение  физических свойств воды началось ещё  до установления её состава в тесной связи с другими научно-техническими проблемами. В 1612 итальянский учёный Г. Галилей обратил внимание на меньшую  плотность льда сравнительно с жидкой водой как на причину плавучести льда. В 1665 голландский учёный Х. Гюйгенс предложил принять температуру кипения и температуру плавления воды за опорные точки шкалы термометра. В 1772 французский физик Делюк нашёл, что максимум плотности воды лежит при 4°С; при установлении в конце 18 в. метрической системы мер и весов это наблюдение было использовано для определения единицы массы - килограмма. В связи с изобретением паровой машины французские учёные Д. Араго и П. Дюлонг (1830) изучили зависимость давления насыщенного пара воды от температуры. В 1891-97 Д. И. Менделеев дал формулы зависимости плотности В. от температуры. В 1910 американский учёный П. Бриджмен и немецкий учёный Г. Тамман обнаружили у льда при высоком давлении несколько полиморфных модификаций. В 1932 американские учёные Э. Уошберн и Г. Юри открыли тяжёлую воду. Развитие физических методов исследования позволило существенно продвинуться в изучении структуры молекул В., а также строения кристаллов льда. В последние десятилетия особое внимание учёных привлекает структура жидкой воды и водных растворов. 

      Вода  представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, обладающую целым рядом  аномальных физических свойств. Например, она имеет аномально высокие  температуры замерзания и кипения, а также поверхностное натяжение. Ее удельные энтальпии испарения и плавления (в расчете на 1 г) выше, чем почти у всех остальных веществ. Редкой особенностью воды является то, что ее плотность в жидком состоянии при 4°С больше плотности льда. Поэтому лед плавает на поверхности воды.  

      Эти аномальные свойства воды объясняются  существованием в ней водородных связей, которые связывают между  собой молекулы как в жидком, так  и в твердом состоянии. Вода плохо  проводит электрический ток, но становится хорошим проводником, если в ней растворены даже небольшие количества ионных веществ.

Пищевая ценность воды

     Взрослый  человек состоит на 65 % из воды. В  результате различных обменных процессов  он теряет вместе с мочой, калом, потом, выдыхаемым воздухом в среднем ежедневно 2—2,5 литра воды. В исключительных случаях—при тяжелой физической работе, в жару (зной), при большом потреблении жидкостей и т. д. — потери могут возрасти до 10 литров. Естественные потери воды (Т- е 2—2,5 литра) человек должен ежедневно компенсировать. Вода является основной частью крови и более или менее равномерно распространена в мышечной ткани (76 %). Содержание ее в крови и мышцах довольно постоянное. Без получения воды извне человек может прожить в большинстве случаев не более 2—3 дней.

     Итак, сколько нужно воды взрослому человеку? 2—2,5 литра? Нет. В чистом виде гораздо меньше. Дело в том, что большинство пищевых продуктов (свежих, вареных, жареных) содержат воду: 40 %— хлебные изделия, до 90 % — некоторые овощи и фрукты. Даже в сухарях содержится 11—12 % воды. Поэтому с продуктами организм взрослого человека обычно получает 600— 800 граммов воды. Кроме того, в самом организме в результате окислительных процессов из жиров, углеводов и даже белков пищи образуется некоторое количество воды — около 300—400 граммов. Таким образом, на долю жидких продуктов для восполнения естественных потерь приходится 1—1,5 литра воды. Сюда включается вода в напитках (чай, минеральная или фруктовая вода, компоты) и в супах.

     Чем вреден недостаток воды в питании? При  недостатке воды происходит некоторое сгущение крови, что отрицательно сказывается на снабжении организма кислородом и пищевыми веществами, затрудняется работа почек из-за образования более концентрированной мочи, ухудшается работа мозга (он содержит80 % воды). Вреден ли избыток воды? Несомненно. При избытке воды усиливается работа почек, раздражается мочевой пузырь, сердце работает с большой перегрузкой — ведь "увеличивается объем крови.

     Мы  уже говорили, что чувство жажды  всегда несколько запаздывает по отношению к фактическому удовлетворению потребности организма в воде. 

     Жажда возникает не только в условиях жары или при сильной физической нагрузке в результате выделения больших  количеств пота. Она часто бывает причиной потребления больших количеств  сильно соленой пищи, например соленой рыбы. Соли натрия затрудняют выделение почками воды с мочой, и вода накапливается в организме. Поэтому возникает жажда, так как нужна вода для снижения содержания натрия в организме до ^нормального уровня.

     Соли  калия вызывают противоположное действие. Они способствуют выделению мочи и удалению воды из организма. Солей калия больше всего в бобовых, картофеле. Поэтому не злоупотребляйте солеными продуктами, а если хочется соленого, то добавьте к нему побольше картофеля.

     Водопроводная вода, используемая для приготовления пищи (супа, напитков) и просто для питья, является источником некоторых минеральных веществ, в том числе кальция и магния (которые определяют «жесткость» воды). Обычно в воде содержатся 4,5 мг % кальция, 1 мг% магния, 1 мг% серы, 1,4 мг% хлора, 1,2 мкг% железа, 1,6 мкг% марганца, 0,6 мкг% меди и другие элементы.

     Однако  содержание минеральных веществ  весьма сильно колеблется в зависимости  от источника водоснабжения.

Химический  состав воды

     Если  капельку природной воды нанести на стекло и подождать, пока она испарится, то на месте капли будут видны белые разводы - это кристаллизуются растворимые в воде соли. Содержание солей в природных водах различается в тысячи раз. Например, в литре дождевой воды содержатся единицы, максимум десятки миллиграммов солей. А в литре воды из залива Кара-Богаз-Гол (Каспийское море) - 300 г, почти треть от массы раствора.

Основные (преобладающие) компоненты

     В водных растворах подавляющее большинство  солей существует в виде ионов. В  природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO₃^-, хлорид Cl^- и сульфат SO₄^2-) и четыре катиона (кальций Ca²⁺, магний Mg²⁺, натрий Na⁺ и калий K⁺) - их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %, а в высокоминерализованных - свыше 99 % всех растворенных веществ. Обычно нижним пределом концентрации для главных ионов считают 1 мг/л, поэтому в ряде случаев, например для морских и некоторых подземных вод, к главным компонентам можно отнести также Br^-, B³⁺, Sr³⁺ и др. Отнесение ионов K⁺ к числу главных является спорным. В подземных и поверхностных водах эти ионы, как правило, занимают второстепенное положение. Только в атмосферных осадках ионы K⁺ могут играть главную роль.

     Однако  ионная форма главных компонентов  свойственна в полной мере лишь маломинерализованным водам. При увеличении концентрации между ионами усиливается взаимодействие, направленное на ассоциацию, т.е. процесс, обратный диссоциации. При этом образуются ассоциированные ионные пары, например MgHCO₃⁺, CaHCO₃⁺.

     Под влиянием климатических и других условий химический состав природных  вод изменяется и приобретает  характерные черты, иногда специфические  для различных видов природных вод (атмосферные осадки, реки, озера, подземные воды).

     По  данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) ежегодно в мире из-за низкого  качества воды умирает около 5 млн. человек. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год. Это дало основание назвать проблему водоснабжения доброкачественной водой в достаточном количестве проблемой номер один. 
В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, состав и соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. Из грунта атмосферная вода поглощает углекислоту и становиться способной растворять по пути своего движения минеральные соли. 
Проходя через породы, вода приобретает свойства, характерные для них. Так, при прохождении через известковые породы, вода становится известковой, через доломитовые породы - магниевой. Проходя через каменную соль и гипс, вода насыщается сернокислыми и хлористыми солями и становится минеральной. 
После постройки колодца, да и любого другого источника водоснабжения, необходимо провести исследования качества и состава воды для определения пригодности ее к использованию и потреблению. Надо помнить, что хозяйственно-питьевая вода относится к пищевым продуктам и ее показатели должны отвечать согласно Закону РФ «О санитарно-эпидемическом благополучии населения» от 19.04.91года, санитарным правилам СанПиН 4630-88 и требованию ГОСТа 2874-82 «Вода питьевая».

     Качество  воды характеризуется ее физическими, химическими и бактериологическими свойствами.

     К физическим свойствам относятся ее температура, цветность, мутность, привкус и запах. 
Температура воды из колодцев должна быть 7...12°С. Вода, имеющая более высокую температуру, теряет свои освежающие свойства. Температура ниже 5° С считается вредной для здоровья людей и приводит к простудным заболеваниям. 
Под цветностью понимают ее окраску и выражают в градусах по платиново-кобальтовой шкале. 
Мутность определяется содержанием в воде взвешенных частиц и выражается в миллиграммах на литр (мг/л). Вода подземных источников имеет малую мутность. 
Наличие в воде органических веществ резко ухудшает ее физические (органолептические) показатели, вызывая различного рода запахи (землистый, гнилостный, рыбный, болотный, аптечный, камфорный, запах нефтепродуктов, хлорфенольный и т.д.), повышает цветность, вспениваемость, оказывает неблагоприятное действие на человека и животных. 
Установлено, что незначительные изменения физических свойств воды снижают секрецию желудочного сока, а приятные вкусовые ощущения повышают остроту зрения и частоту сокращений сердца (неприятные - снижают).

     Химические  свойства воды характеризуются следующими показателями: активной реакцией, жесткостью, окисляемостью, содержанием растворенных солей. 
Активная реакция воды определяется концентрацией водородных ионов. Обычно она выражается через pH. При pH=7 среда нейтральная; при pH7 среда щелочная. 
Жесткость воды определяется содержанием в ней солей кальция и магния. Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг·экв/л). Вода подземных источников имеет большую жесткость, а вода поверхностных источников - относительно невысокую (3-6 мг·экв/л). 
Жесткая вода содержит много минеральных солей, от которых на стенках посуды, котлах и других агрегатах образуется накипь - каменная соль. Жесткая вода губительна и непригодна для систем водоснабжения. В такой воде плохо заваривается чай, плохо растворяется мыло, почти не развариваются овощи, особенно бобовые. 
Мягкая вода должна иметь жесткость не более 10 мг·экв/л. 
В последние годы высказано предположение, что вода с низким содержанием солей жесткости способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. 
Окисляемость обуславливается содержанием в воде растворенных органических веществ и может служить показателем загрязненности источника сточными водами. Для колодцев особую опасность представляют сточные воды, в составе которых есть белки, жиры, углеводы, органические кислоты, эфиры, спирты, фенолы, нефть и др. 
Содержание в воде растворенных солей (мг/л) характеризуется плотным (сухим) осадком. Вода поверхностных источников имеет меньший плотный осадок, чем вода подземных источников, т.е. содержит меньше растворенных солей. Предел минерализации питьевой воды (сухого остатка) 1000 мг/л был в свое время установлен по органолептическому признаку. Воды с большим содержанием солей имеют солоноватый или горьковатый привкус. Допускается содержание их в воде на уровне порога ощущения: 350 мг/л для хлоридов и 500 мг/л для сульфатов. Нижним пределом минерализации, при котором гомеостаз организма поддерживается адаптивными реакциями, является сухой остаток в 100 мг/л, оптимальный уровень минерализации 200-400 мг/л. При этом минимальное содержание кальция должно быть не менее 25 мг/л, магния -10 мг/л.

     Степень бактериологической загрязненности воды определяется числом бактерий, содержащихся в 1 куб.см воды и должен быть до 100. Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные сточными и дождевыми водами, животными и т.д. Вода подземных артезианских источников обычно не загрязнена бактериями. 
Различают патогенные (болезнетворные) и сапрофитные бактерии. Для оценки загрязненности воды патогенными бактериями определяют содержание в ней кишечной палочки. Бактериальное загрязнение измеряют коли-титром и коли-индексом. Коли-титр - обьем воды, в котором содержится одна кишечная палочка, должен составлять не менее 300. Коли-индекс - число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды, должен составлять до 3.

     Примерный норматив воды с комментариями

Минеральные воды

     Минеральные воды с давних времен использовали в качестве лечебного средства. С  тех пор миллионы людей убедились, что минеральные воды – богатство, подаренное нам природой, которое дарует здоровье и долголетие.

     Лечебные  свойства минеральных вод определяются их химическим составом: минералами и  солями, в них содержащимися, наличием газов и органических веществ, а  также температурой воды. Разнообразие природных минеральных вод зависит от соотношения этих факторов.

• Температура  минеральных вод зависит от глубины, на которой происходит их образование, – чем глубже, тем они горячее. Температура доходит до 80–100 °С в районах вулканов и гейзеров. Минеральные воды делят по температурному показателю следующим образом:

холодные – ниже 20 °С,

теплые – 20–30 °С,

горячие – 35–42 °С,

очень горячие – выше 42 °С.

     Чем выше температура воды, тем больше в ней солей, которые вымываются из окружающих пород, а растворимость  газов, напротив, в горячих водах  меньше, чем в холодных.

     К холодным водам относятся: Ямаровка (2 °С), Кука (0,7 °С), Дарасун (3 °С), Шиванда (0,4 °С), Молоковка (0,5 °С), Ургучан (до 4 °С), Ессентуки (14 °С), Аршан (8 °С), Шмаковка (8 °С).

     Теплые  воды (слаботермальные): Пятигорск (22–32 °С), Мацеста (30 °С), Нальчик (27 °С), Горячий Ключ (29 °С).

     Горячие (термальные): Железноводск (38 °С), Талги (38 °С), Рычал-Су (38 °С), Белокуриха (35–40 °С), Цхалтубо (35 °С), Боржоми (35–38 °С).

     Очень горячие (высокотермальные): Талая (90 °С), Джермук (90 °С), Исти-Cу (90 °С).

     Содержание растворенных солей зависит от природных условий, в которых происходит образование подземных минеральных вод. Границей между пресной и минеральной водой считается содержание минеральных химических соединений в количестве 1 г/л, в то же время максимальная минерализация подземных вод достигает 350–400 г/л.

     • По своему назначению минеральные воды делят на столовые, лечебно-столовые и лечебные. К природным столовым относятся воды, минерализация которых не превышает 1 г/л и в составе которых не содержатся биологически активные компоненты, оказывающие специфическое лечебное действие на организм человека. Их используют для утоления жажды. В качестве столовых вод широко известны Нарзан и Ессентуки № 20.

     Воды  с общей минерализацией от 2 до 8 г/л – это лечебно-столовые воды, иногда в их состав входят биологически активные компоненты. В таких водах чаще представлены соединения железа, мышьяка, бора, кремния, брома, йода в количествах от 5–50 мг/л, а также и некоторые органические вещества.

     Лечебно-столовые воды применяются по назначению врача, а также используются в качестве столового напитка (не систематическое употребление). Наиболее известной из них является Боржоми.

     Воды  с общей минерализацией от 8 до 12 г/л относятся к лечебным, нередко они включают биологически активные компоненты. В качестве лечебных вод широко известны сероводородные источники в районе курорта Мацеста.

     • По общей минерализации минеральные воды для внутреннего употребления делятся на три группы:

     • малой минерализации (2–5 г/л); такие воды обладают мочегонным действием;

     • средней минерализации (5–15 г/л; основная группа лечебных вод, они используются для питьевого лечения, промываний желудка и кишечника, ингаляции и других процедур;

     • высокой минерализации (15–25 г/л); при внутреннем применении оказывают слабительное действие, например воды Баталинского источника, общая минерализация которого достигает 21,4 г/л. 
 

     Химический  состав минеральных  вод

     Химики-аналитики, эксперты, экологи приложили немало усилий по изучению химического состава  более 200 видов минеральных вод России и ближнего зарубежья. Врачи, используя эти научные данные, прописывают пациентам водолечение.

     По  наличию главного компонента лечебные минеральные воды распределены на группы.

     1. Лечебные без специфических компонентов и свойств. Их действие определяется основным ионным составом и общей минерализацией, из газов преобладают азот и углекислый газ.

     2. Углекислые. Лечебное значение связывается с наличием в этих водах растворенного углекислого газа (свыше 500 мл/л), а также общим составом и минерализацией. Углекислые воды широко распространены, используются для внутреннего и наружного применения. Они повышают щелочные резервы организма, нормализуют работу желудка, применяются для лечения гастритов.

     Углекислые  воды положительно действуют также на желчеотделение, они участвуют в белковом обмене, помогают при инфекционных заболеваниях. К этой группе относятся: Арзни (Армения), Боржоми (Грузия), Дарасун (Читинская область), Ессентуки № 4 и 17, Смирновская и Славяновская, Баталинская, Нарзан (доломитный и сульфатный), Машук.

     3. Сульфидные (сероводородные) воды. Название этих вод свидетельствует о наличии в них свободного сероводорода, ионов водорода и сульфид-анионов. К сульфидным водам относятся: Мацеста (Сочи) – группа источников, выведенных буровыми скважинами с глубины от 400 до 1500 м, их вода сходна по солевому составу, но различается по содержанию сероводорода (от 80 до 400 мг/л).

     По  химическому составу эти воды хлоридно-натриевые, общая минерализация  их – 26,7 г/л, температура – от 34 до 38 °С. Высоко ценятся лечебные свойства вод Талги (Дагестан) – они теплые, высококонцентрированные. Содержание сероводорода составляет от 350 до 650 мг/л, по химическому составу вода хлоридно-гидрокарбонатно-натриевая. С успехом лечит гинекологические и кожные заболевания, а также заболевания опорно-двигательного аппарата.

     4. Железистые воды содержат железа не менее 20 мг/л. К ним относятся Марциальные воды с содержанием железа 67 мг/л и Полюстровские – 33 мг/л. В минеральных водах Ставрополья железо обнаружено в сульфатном нарзане Кисловодска (17 мг/л), в скважине № 33 Пятигорска (15,6 мг/л).

     5. Мышьяковистые воды, с высоким содержанием мышьяка, марганца, меди и других элементов. Благодаря высокой биологической активности эти воды энергично действуют на многие функциональные системы. Много мышьяка накапливается в щитовидной железе. Однако, если его содержание в любых водах выше, чем 0,2 мг/л, они становятся токсичными и применять их внутрь нельзя. С особой осторожностью и в малой дозировке применяются Синегорские воды (Сахалин) и Верхне-Кармадонские (Северная Осетия).

     Воды  с оптимальным содержанием мышьяка  благотворно влияют на процесс кроветворения, улучшают состояние печени.

     6. Бромные, йодные  воды встречаются довольно часто, в них содержится не менее 5 мг/л йода и 25 мг/л брома. Они способны активизировать окислительно-восстановительные процессы, используются для лечения заболеваний нервной и эндокринной систем. Это знаменитые источники Трускавца (вода Нафтуся), Краснодарского края (Семигорская и Хадыженская).

     7. Кремнистые термы. В эту группу включают термальные воды, содержащие 50 мг/л кремниевой кислоты, при температуре более 35 °С. К ним относятся, например, минеральные воды Джермук (Армения), в которых содержится 83 мг/л кремниевой кислоты, сходный состав и на курортах Карловы Вары (Чехия), Исти-Су (Азербайджан), Нальчика (Кабардино-Балкария).

Минеральные вещества и микроэлементы  минеральных вод

     Потребителю, даже если он имеет слабые химические знания, важно ориентироваться в  составах лечебных вод, которые приводятся на этикетках.

     Основными составляющими компонентами минеральных  вод являются: хлор, сульфаты, гидрокарбонаты, калий, натрий, кальций, магний. Реже содержатся железо и алюминий. По этим главным  составным частям водам присваиваются свои названия.

     Среди минеральных вод особую ценность имеют воды, содержащие гидрокарбонат-ионы ( ). Такая вода лучше усваивается организмом; попадая в желудок, она реагирует с желудочным соком и выделяет углекислоту, чем стимулирует секреторную деятельность желудка.

     Хлорид-ионы (Cl^–) усиливают секрецию желудочного сока и выделительную функцию почек. Хлоридные воды можно употреблять при заболеваниях дыхательных путей, нарушениях обмена веществ, болезнях сердечно-сосудистой системы.

     Сульфат-ионы ( ) встречаются чаще в питьевых минеральных водах в сочетании с кальцием (Краинка, Кисловодский, Славяновский и Смирновский источники и др.). В водах типа баталинских представлены сульфаты в сочетании с натрием и магнием. Они способны снижать желудочную секрецию, извлекать избыточную жидкость из тканей

     Ионам калия и натрия (K, Na) принадлежит главная роль в водном обмене организма, они наиболее часто встречаются в составе питьевых минеральных вод. Натрий хорошо всасывается в пищеварительном тракте. По некоторым наблюдениям соли натрия задерживают воду в организме. При недостатке, а равно и при передозировке калия, в сердце и центральной нервной системе развиваются патологические явления. Калий и натрий поддерживают необходимое давление в тканевых и межтканевых жидкостях организма.

     Кальций (Са) довольно часто присутствует в питьевых водах, иногда в незначительных количествах, его много в кисловодских нарзанах. Воды с большим содержанием кальция, попадая в организм, усиливают сократительную силу сердечной мышцы, активируют ряд ферментов, повышают устойчивость организма к инфекциям.

     Ионы  кальция снижают проницаемость клеточных мембран за счет их уплотнения. Кальций обладает противовоспалительным действием, обезвоживает ткани, влияет на рост костей. Горячие кальциевые воды типа железноводских с успехом применяют при лечении язвенной болезни, а также гастрита с повышенной секрецией и нарушением двигательной функции желудка.

     Магний (Mg) встречается в питьевых минеральных водах реже и в меньших количествах, однако его лечебное значение особенно велико при заболеваниях печени и желчевыводящих путей. Магний хорошо усваивается организмом, способствует уменьшению спазмов желчного пузыря, снижает уровень холестерина в крови и в желчи, при этом благотворно влияет на нервную систему. В бо'льшем количестве сернокислый магний вызывает слабительный эффект, с учетом этого нельзя увлекаться значительными количествами вод типа кисловодских, баталинских, а также крымским нарзаном.