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.