Вода є основним компонентом всіх живих організмів і відіграє ключову роль підтримці життя Землі. Склад та фізичні властивості води поряд з хімічними властивостями роблять її незамінною для процесів, що відбуваються в біологічних системах. У цій статті ми розглянемо, що робить воду такою важливою, хімічні та фізичні властивості води, роль в організмі людини, а також важливість якісної води.
Чому вода така важлива для життя?
Вода є основою всіх живих організмів, виконуючи безліч життєво важливих функцій:
- Підтримка гомеостазу: Вода бере участь у регулюванні температури тіла та підтримці кислотно-лужного балансу. Наприклад, потовиділення дозволяє охолоджувати організм під час перегріву.
- Участь у метаболізмі: Вода є середовищем для біохімічних реакцій, таких як синтез та розщеплення речовин. Вона бере участь у гідролізі, де молекули води руйнують хімічні зв'язки.
- Транспортування речовин: Кров, що складається на 90% води, транспортує кисень, поживні речовини та гормони до клітин, а також видаляє вуглекислий газ та продукти обміну.
- Розчинник: Вода розчиняє електроліти, такі як натрій та калій, необхідні для проведення нервових імпульсів та м'язових скорочень.
Фізичні властивості води
Унікальні фізичні властивості води визначають її поведінку за різних умов. Ці властивості включають температуру кипіння та замерзання, щільність, теплоємність та інші характеристики, які роблять воду важливим компонентом не тільки у природних процесах, а й у повсякденному житті. Далі розглянемо якісь фізичні властивості води.
Основні фізичні властивості води
Температура кипіння та замерзання:
Вода кипить при 100°C і замерзає при 0°C за нормального атмосферного тиску. Ці точки визначають фізичний стан води у природі та її використання у побуті та промисловості.
Щільність та аномальна розширюваність:
Щільність води максимальна при 4°C (1 г/см3). При замерзанні вона розширюється, що призводить до того, що лід легший за воду і плаває на її поверхні. Ця властивість захищає водоймища від повного промерзання, зберігаючи життя під льодом.
Теплоємність та теплопровідність:
Вода має високу теплоємність (4,18 Дж/(г·°C)), що дозволяє їй акумулювати та передавати тепло. Ця властивість важлива для кліматичної стабілізації та підтримки температури тіла.
Особливості стану води
Вода в рідкому стані є найбільш поширеною на Землі і є універсальним розчинником.
Лід утворюється за температури нижче 0°C. Лід має кристалічну структуру, що робить його менш щільним, ніж рідка вода.
Водяна пара формується при кипінні води або випаровуванні за будь-якої температури. Пара бере участь у кругообігу води в природі.
Переходи між станами:
Переходи між рідким, твердим та газоподібним станами води відбуваються при зміні температури та тиску. Наприклад, процес конденсації пари в хмари або плавлення льоду навесні.
Хімічні властивості води
Хімічні властивості води зумовлені її молекулярною структурою та здатністю вступати у хімічні реакції. Ці властивості роблять воду універсальним розчинником та ключовим учасником численних хімічних процесів у природі та організмі людини.
Хімічний склад та структура молекули води
Формула води та її унікальні хімічні зв'язки:
Молекула води складається з двох атомів водню та одного атома кисню (H₂O), з'єднаних ковалентними зв'язками. Кисень має більш високу електронегативність, що створює полярність молекули.
Полярність молекули води:
Полярність води робить її відмінним розчинником для іонних та полярних речовин. Ця властивість використовується в біологічних системах для розчинення та транспортування речовин.
Реакційна здатність води
Розчинність різних речовин:
Вода розчиняє електроліти (солі, кислоти та основи) та полярні молекули (цукри, амінокислоти). Ця властивість важлива для метаболізму та транспортування речовин в організмі.
Водневі зв'язки та їх вплив на хімічні реакції:
Водневі зв'язки між молекулами води надають їй унікальних властивостей, таких як висока температура кипіння і плавлення. Ці зв'язки також відіграють роль у структурі та функції білків та нуклеїнових кислот.
Вода та здоров'я
Вода відіграє ключову роль у підтримці здоров'я та життєдіяльності організму людини. Вона бере участь у всіх фізіологічних процесах, від травлення до регулювання температури тіла. Недолік або надлишок води може призвести до серйозних наслідків здоров'я.
Роль води в організмі людини
- Підтримка гомеостазу: Вода регулює температуру тіла через потовиділення та випаровування.
- Участь у травленні: Вода є компонентом шлункового соку, що допомагає у перетравленні їжі.
- Виведення токсинів: Вода допомагає ниркам виводити відходи метаболізму через сечу.
- Мастило суглобів: Синовіальна рідина, що містить воду, зменшує тертя в суглобах.
- Зволоження тканин: Вода зволожує шкіру, очі та слизові оболонки, запобігаючи їх пересиханню.
Проблеми нестачі та надлишку води
Дегідратація може призвести до сухості шкіри, втоми, головного болю та зниження когнітивних функцій. Хронічне зневоднення може спричинити каміння у нирках та проблеми з серцем.
Водна інтоксикація (гіпонатріємія) виникає при надмірному споживанні води, що призводить до розведення натрію в крові. Це може викликати головний біль, нудоту, судоми і навіть смерть.
Якість води
Якість води має значення для здоров'я людини. Чиста та безпечна питна вода необхідна для запобігання різноманітним захворюванням та підтримці загального благополуччя. Визначення якості води включає аналіз фізичних, хімічних і мікробіологічних показників.
Показники якості питної води
- Фізичні показники: Прозорість, колір, смак та запах води. Ці характеристики визначаються наявністю механічних домішок та органічних речовин.
- Хімічні показники: вміст мінералів, рівень pH, наявність токсичних речовин (наприклад, важких металів). Норми визначаються санітарними стандартами.
- Мікробіологічні показники: Наявність патогенних мікроорганізмів, таких як бактерії, віруси та паразити. Вода має бути вільною від хвороботворних організмів, щоб бути безпечною для пиття.
Методи очищення води
- Фільтрація: Видалення механічних домішок та забруднень за допомогою фільтрів різного типу (вугільні, керамічні, механічні).
- Ультрафільтрація: Використання мембран для видалення вірусів та бактерій, забезпечуючи високий рівень очищення води.
- Зворотний осмос: Технологія, що використовує напівпроникні мембрани для видалення розчинених солей, важких металів та інших забруднювачів.
- Ультрафіолетова обробка: Знезараження води за допомогою ультрафіолетового випромінювання, що знищує мікроорганізми без використання хімікатів.
Міфи та факти про воду
Міф: Питна вода під крана завжди безпечна.
Факт: Якість водопровідної води може змінюватись в залежності від регіону та стану водопровідних систем. Рекомендується використовувати фільтри для покращення якості води.
Міф: Що більше води пити, то краще.
Факт: Надлишок води може бути шкідливим і викликати водну інтоксикацію. Важливо дотримуватися балансу і пити воду відповідно до потреб організму.
Міф: Бутильована вода завжди краща за водопровідну.
Факт: Якість бутильованої води може не відрізнятися від водопровідної, а іноді може бути гіршою. Важливо перевіряти джерело та якість бутильованої води.
Міф: Кип'ятіння води вбиває усі шкідливі речовини.
Факт: Кип'ятіння знищує мікроорганізми, але не видаляє хімічні забруднювачі, такі як важкі метали та пестициди. Для повного очищення можуть знадобитися додаткові методи.
Поради щодо забезпечення якісної води будинку
- Використовуйте фільтри: Встановіть фільтри для видалення механічних домішок, хлору, органічних забруднень та важких металів.
- Регулярно перевіряйте якість води: Проводьте тести на наявність забруднень, особливо якщо ви використовуєте колодязну або артезіанську воду.
- Знезаражуйте воду: Використовуйте ультрафіолетові лампи або кип'ятіння для знищення мікроорганізмів, якщо сумніваєтеся у її мікробіологічній чистоті.
- Тримайте воду в чистих, герметичних контейнерах далеко від сонячного світла.
Вода – це не просто хімічна сполука, а життєво важливий елемент, від якого залежить здоров'я та добробут кожної людини. Розуміння фізико-хімічних властивостей води допомагає нам краще використовувати воду у повсякденному житті та промисловості. Важливо усвідомлювати, що якість води впливає на наше здоров'я. Використання ефективних методів очищення води, таких як фільтрація, ультрафільтрація, зворотний осмос та ультрафіолетова обробка дозволяє забезпечити безпечну питну воду вдома.
Щоб підтримувати своє здоров'я, слідує:
- Регулярно перевіряти якість води, яку ви споживаєте.
- Встановлювати фільтри та інші системи очищення води для дому.
- Стежити за споживанням води, щоб уникнути як дефіциту, так і надлишку.
Якісна вода – це запорука здорового способу життя. Інвестуючи в її якість, ви інвестуєте у своє здоров'я та добробут.
Хамад Амін, Мохаммед Сабер Хамад Амін. Фізичні властивості води / Мохаммед Сабер Хамад Амін Хамад Амін. – Текст: безпосередній // Молодий учений. – 2022. – № 7 (402). – С. 1-5. – URL: https://moluch.ru/archive/402/88866/ (дата звернення: 07.01.2025).
У статті розкрито основні фізичні властивості води. Розглянуто такі зовнішні особливості: температура, смак, запах, колір, каламутність та прозорість.
Ключові слова: властивості, колір, смак, запах, прозорість, температура.
article reveals basic physical properties of water. З наступних зовнішніх нюансів розглядаються: temperature, taste, smell, color, turbidity and transparency.
Keywords: властивостей, кольору, куштування, smell, transparency, temperature.
Вода є оксидом водню та має хімічну формулу H 2 O: молекула води має два атоми водню та один атом кисню, з'єднані ковалентним зв'язком. Якщо приймати нормальні умови, вода не має ні кольору, ні запаху, ні смаку і є прозорою рідиною. У газоподібному стані є водяною парою, у твердому стані льодом, в окремих випадках снігом або інеєм. Сильнополярний розчинник. В основному в природі містить у собі розчинені солі та гази [1] [2].
Вода є фундаментом усього життя Землі. Неоціненна роль її у кругообігу речовини та енергії [3], створенні та підтримці життя, формування придатних кліматичних умов, у хімічному складі в живих організмах [4].
Вода Землі займає порядку
її поверхні (річки, озера, океани, моря
міститься у Світовому океані, в якому солона вода, тобто непридатна для пиття та життєдіяльності людини. Порядку
води міститься в льодовиках, у підземних водах.
Під фізичними властивостями води зазвичай розуміють так звані зовнішні особливості: температуру, смак, запах, колір, каламутність та прозорість.
Вода в природі буває різної температури, від температури близької до
і до киплячої води деяких гарячих джерелах. Але для застосування в господарстві та інших потреб придатна лише вода помірної температури; так, для пиття вода повинна по можливості мати температуру від 7 до 12 ℃, щоб здаватися взимку-холодною, а влітку теплою.
Холодна вода 5° неприємна і навіть шкідлива, тому що холод може викликати подразнення ротової порожнини, гортані і травних органів і нездужання печінки. Тепла вода 14-15 ° перестає освіжати [2].
Чиста вода несмачна і не має запаху; смак і запах походять від розчинених чи зважених домішок до води.Більшість мінеральних солей, цукор тощо надають воді смаку, не викликаючи запаху, як розчинені гази та олії діють більше на нюх, ніж на смак.
Розчинність газу у водах різна, і підвищення температури зменшується; утворює водень з постійною розчинністю при температурі
Коефіцієнти розчинності деяких газів при тиску 760 мм.
Коефіцієнт розчинності при тиску 760 мм. рт. ст.
(По відношенню до повітря).
та тиск 760 мм. рт. ст.
Мал. 1. Розчинність твердих речовин у рідинах
На смак та колір сильно впливають методи одержання води:
– при реакціях нейтралізації
При дії високих температур, електролізі [1], радіаційному випромінюванні вода розпадається на молекулярний кисень та водень. Цей факт було встановлено в 1902 [2] Фрідріхом Гізелем в експерименті з водним розчином бромідом радію [13]:
3. Закони розчинності газів
1) При однаковій температурі розчинність збільшується прямо пропорційно тиску;
2) При дотику суміші газу з рідиною кожен газ розчиняється в ній, якби він займав весь обсяг всієї суміші газів.
Нерідко запах викликають присутність у воді живих або мертвих мікроорганізмів, головним чином водоростей, які особливо сильно розвиваються в озерах і ставках. Живі мікроорганізми викликають ароматичні запахи, схожі на запах герані (Asterionella) або фіалки (Mallomonas), інші викликають запах трави (Anabaena, Melosira тощо) або риби (Chloro phycea). Після смерті мікроорганізми розкладаються і надають більшого запаху сірководню і вуглеводню [7].
Ще не до кінця визначено, чи для здоров'я шкідлива вода з таким запахом, і навіть із самими мікроорганізмами.Очевидно, вони нешкідливі здорової людини, але можуть зашкодити кишечник.
Насправді для з'ясування відсутності запаху беруть 0,5 л води і нагрівають до 40–50°С.
Якщо вода містить сірководень, що заглушує інші пахучі гази, додають до води розчин сірчанокислої міді, яка з вільним (звільненими при нагріванні розчину) сірководнем утворюють сірчисту мідь і звільняють воду від цього газу; потім повторюють нагрівання визначення інших пахучих газів.
Для характеристики сили запаху немає наукових прийомів і виразів, і доводиться визначати запах як «слабкий», «помітний», «сильний» тощо, тобто суб'єктивними параметрами. А. Герардін запропонував. визначати запах, викликаний у повітрі органічними домішками, у вигляді перекису марганцю і встановив поняття «озометричного градуса». Озометричний градус – це кількість кристалічної щавлевої кислоти, яка справляє на перекис марганцю таку дію, як органічна речовина, що містить 1 грам повітря [8].
Смакові відчуття поділяються на чотири групи: солодкий смак, солоний, кислий та гіркий. Людська мова не чутлива, і більшість переважаючих водних солей смачніша лише при смаку не більше 0,5-1 гр. на 1 літр; виняток становить солі заліза та міді, яка надає металевого присмаку при 0,05–0,06 гр. на літр. Органічні речовини діють виключно на чарівність, а не на смак.
Нам здається, що вода має «приємний» смак, коли вона справляє на нас освіжаючу дію, яка залежить від температури води та від кількості розчинених у ній повітря та вуглекислоти.
5. Колір, прозорість та каламутність
Характерна особливість води, незалежно від кількості речовин, що знаходяться в ній; каламутність («turbidity»), тобто сильно забруднена дрібними частинками; нарешті, прозорість води, яка є результатом двох попередніх властивостей і пояснюється водопроникністю води.
Колір. Хімічно чиста вода відрізняється невеликою глибиною і має блакитний колір, а при глибині в кілька метрів зелене забарвлення.
Всі інші кольори походять від розчинених у воді речовин. Речовини ці здебільшого бувають рослинного походження і походять від листя, моху, трави, які надають поверхневим водам жовте забарвлення.
Забарвлення ґрунтових вод залежить від розчинених у ній сполук заліза, що утворилися внаслідок нестачі кисню; при зіткненні з повітрям, ці сполуки, окислюючись, переходять у нерозчинні та осаджуються.
Для визначення відносного ступеня фарбування води її порівнюють із дистильованою водою. Для цього беруть дві однакові циліндричні судини з чистого безбарвного скла, діаметром 20-30 мм, і довжиною 30-40 см, і наповнюють один досліджувану, а інший дистильовану воду, і потім дивляться через циліндри на підкладену під дно білий папір. Прилади визначення фарбування води називаються колориметрами.
Мутність. Вода не завжди містить однакову кількість завислих речовин. У поверхневих водах вона збільшується навесні під час танення снігів, коли стікаючі води захоплюють землісті частинки з землі. Однак, не всяка зважена частка каламутить воду; так, бактерії навіть у значній кількості не викликають каламутності внаслідок нікчемних розмірів.Щоб викликати каламутність води, зважені частки мають бути досить великими і у достатній кількості. Органічні зважені частинки трапляються практично в озерах та штучних резервуарах, внаслідок розкладання водоростей та дрібних організмів.
Ступінь каламутності води характеризується або кількістю зважених частинок в одиницю об'єму води, або прозорістю води.
Для визначення прозорості використовують прилади, подібні до колориметра, або ж наливають у циліндр прозорого скла стовп досліджуваної води висотою 70 см і під дно поміщають білу пластинку з надрукованими на ній цифрами різного розміру (шкала Хіллера); найменша з видимих цифр дає ступінь прозорості води, що досліджується.
В даний час частіше визначають ступінь прозорості води глибиною, до якої видно занурений у воду платиновий дріт діаметром 1 мм. Для вираження каламутності води в градусах за зразок приймають воду, що містить 100 мгр. аморфного кремнію. У такій кількості платиновий дріт видно до глибини 100 мм, причому око спостерігача знаходиться на 1,2 м над дротом. Мутність такого зразка приймають за 100 градусів. Для оцінки води, більш каламутної ніж зразок, розбавляють її дистильованою водою до ступеня каламутності зразка, і визначають відношення об'єму розведеної води до початкового обсягу каламутної води. Для оцінки менш каламутної води, навпаки, розбавляють зразок [9].
6. Фізична якість води для здоров'я
Без сумніву, бажано, щоб питна вода була належною температурою (
), без смаку та без запаху і абсолютно прозора [10]. Однак вода, яка не володіє тими чи іншими з цих якостей, далеко не завжди шкідлива для здоров'я.У кожному окремому випадку необхідно з'ясувати причину того чи з фізичних недоліків води, і вже залежно від цієї причини говорить чи шкідлива вода і чи необхідно з точки зору гігієни усунення знайдених недоліків. Як ми вже вказували, вода, що містить багато заліза, по дотику з повітрям стає каламутною, внаслідок окислення розчинених у ній солей заліза і переходу їх у нерозчинні сполуки, що випадають із води та мутність, що дає; Однак така вода абсолютно нешкідлива для здоров'я. Навпаки, іноді вода, на вигляд бездоганно чиста, містить багато бактерій та небезпечна для здоров'я.
Однак, незважаючи на всі фізичні властивості, людина відчуває інстинктивно недовіру і навіть огиду до води, яка не має фізичної чистоти — каламутної, пахучої тощо. п. Якщо є можливість вибирати між водою, неприємну на вигляд, хоча і абсолютно нешкідливою, і чистою водою по виду, хоча і містить бактерії, – людина майже завжди віддасть перевагу другій.
Тому при очищенні води завжди доводиться дбати про покращення зовнішніх фізичних властивостей води.
XXI століття вважається інформаційним. З одного боку людство зробило крок уперед, відкриті всі простори для довгого і щасливого існування людства. Але з іншого — екологічні питання через це пішли на перший план. Одна з цих проблем — проблема якості води, яка необхідна для існування всього живого на нашій планеті. Вода в природі практично ніколи не буває абсолютно чистою, в ній завжди є домішки розчинених речовин.Вода, будучи хорошим розчинником, містить велику кількість органічних та неорганічних хімічних речовин, які можуть завдати величезної шкоди нашому організму [1]. Наявність мікроорганізмів у воді говорить нам про ризики отримати захворювання від бактерій, вірусів, грибів. При вступі до нашого організму разом із питною водою вони викликають незворотні процеси. У зв'язку з цим людство розробило значну кількість методів очищення води [2]. Тому дана тема є і буде актуальною. Адже вона стосується нашого здоров'я з вами.
- Віктор Семенович Архипкін. Океанологія. Фізичні властивості морської води 2-ге вид., Випр. та дод. Навчальний посібник для академічного бакалаврату / Віктор Семенович Архіпкін. – М.: Юрайт, 2017. – 174 c.
- Батмангхелідж Вода для здоров'я / Батмангхелідж, Фірейдон. – М.: Попурі, 2018. 486-544 c.
- Кондратов, А. М. Століття та води / А. М. Кондратов. – М.: Дитяча література, 2016. – 208 c.
- Анатолій Невзоров. Мікрофізика холодних хмар: феномен рідкої фази. – М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. – 80 с.
- Леонід Якушин. Аспекти кінетичної картини світу. – М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2015. – 76 с.
- Глейк, П. Х. Пікова вода / П. Х. Глейк, М. Паланіаппан, // Праці Національної академії наук. – 2010.
- Прес-реліз Організації Об'єднаних Націй POP/952 (13 березня 2007 року). Населення світу збільшиться на 2,5 мільярда людей до 2050 року.
- Betterton, C. Introduction to Structured Water with Clayton Nolte / C. Betterton. – Ultimate Destiny Network, 2011. – p. 5–7.
- Аткінс, П. В. Фізична хімія Аткінса / П. В. Аткінс, Дж. де Паула, Дж. Кеєлер. – Оксфорд, 2018.
- Центр для Affordable Water and Sanitation Technology, Biosand Filter Manual: Design, Construction, & Installation. – 2007.
Основні терміни (генеруються автоматично): вод, запах, смак, газ, мутність, прозорість води, температура, фізична властивість води, колір, каламутна вода.