Значение воды

Введение

Вода - самое удивительное и самое загадочное вещество на Земле. Она играет важнейшую роль во всех жизненных процессах и явлений, происходящих на нашей планете и за ее пределами. Н2О – молекула воды,  является наиболее распространённым веществом на нашей планете и, встречающимся на ней в жидком, газообразном и твёрдом состоянии. Вода – жидкость без вкуса, запаха и цвета, плотность 1,0 г/ см3. Гидросфера занимает 71% поверхности земного шара. Рождается из элементов, занимающих первое и третье место по распространенности во вселенной, в объёмном соотношении 2:1. Это одна из самых маленьких молекул нам известных. Уже много веков учёные изучают воду. Как известно , для животных, растительного мира и, естественно, значение воды для человека огромно. Вода действительно является источником жизни на земле – ни одна клетка живого организма не может без нее существовать. А, следовательно, не может существовать без воды и сам организм. Ведь организмы живых существ – ничто иное, как совокупность множества водных систем – суспензии, коллоиды, водные растворы.  До некоторых пор казалось, что проще и изученной воды ничего быть не может. Зазубренная всеми формула, температурные метаморфозы ото льда до пара, способность растворять некоторые вещества и участвовать в процессе конвекции - вот практически и все. На самом же деле, с "простой" водой оказалось не так уж все и просто... Вода наделялась душой во многих культурах мира. С древних времен вода широко используется человеком для хозяйственных нужд. Человек использует воду во всех отраслях производства. Жизнедеятельность человека неразрывно связана с водой. От химического и бактериального состава воды в значительной мере зависят здоровье человека и санитарные условия его жизни.

Значение воды

В организме всех живых существ содержится определенное количество воды. Трехдневный зародыш человека состоит из воды на 97%, трехмесячный - на 91%, новорожденный - на 80%. Взрослый организм содержит 66-70% воды. К 50 годам вода составляет 60%. Основая часть воды (70%) сосредоточена внутри клетки, а 30% — это внеклеточная вода, в составе крови и лимфы (7%) и межтканевой (интерстици-алъной) жидкости (23%). Содержание воды в разных тканях организма не одинаково: в костной ткани оно составляет 20% массы, в мышечной — 75%, в соединительной — 80%, в плазме крови — 92%, стекловидном теле — 99%.

Трудно переоценить роль воды в нормальной жизнедеятельности человека. От ее физических свойств и химического состава зависит нормальное течение физиологических процессов в организме. Все жизненно важные процессы: ассимиляция, диссимиляция, осмос, диффузия, резорбция, фильтрация и др. - протекают только в водных растворах органических и неорганических веществ. Обмен веществ (процессы гидролиза, окисления и др.) возможен только при условии полного растворения продуктов, поступающих в организм, и продуктов обмена. Растворителем для них является вода. В ней растворены минеральные соли, создающие определенное осмотическое давление в крови и тканях. Вода способствует сохранению коллоидального состояния живой плазмы. Нарушение этого состояния при недостатке воды приводит отдельные клетки и целый организм к гибели. Процесс кроветворения и синтез тканей совершаются в водных растворах или с участием воды. Водная среда необходима для переваривания пищи в желудочно-кишечном тракте. Тепловой баланс организма зависит от наличия воды, так как вода, выделяемая потовыми железами, кожными покровами, слизистыми оболочками и дыхательными путями, участвует в процессе терморегуляции, регулирует температуру тела. Слезы, состоящие на 99% из воды, непрерывно увлажняют глаза, удаляя с их поверхности пыль. С водой выводятся из организма различные вредные шлаки, образующиеся в результате обмена веществ. Для поддержания физиологических процессов необходимо постоянное восполнение утраченного количества воды. При нормальных условиях человек находится в состоянии водного равновесия, нарушение которого приводит к тяжелым последствиям. Если содержание воды в организме человека уменьшается на 1-2%, появляется жажда, на 5% - присоединяются помрачение сознания, галлюцинации. Потеря организмом 10% воды вызывает еще более серьезные нарушения его функций; при потере 20-25% воды наступает смерть. Вода поступает в организм с пищей (600-900мл) и при питье (1,5л). Наиболее интенсивное всасывание воды происходит в тонком и особенно в толстом кишечнике. Выделяется она разными путями: через почки (1,5 л), с потом (400-600 мл), с выдыхаемым воздухом (350-400мл), с калом (100-150мл). Выделение воды зависит от характера употребляемой пищи, содержания в ней солей.  Вода,  принятая с пищей, дольше задерживается в организме, чем выпитая натощак. Ионы натрия, находящиеся в продуктах питания, способствуют накоплению воды, а ионы калия - ее выделению. Поэтому для нормальной жизнедеятельности организма необходима рациональная организация как питьевого, так и пищевого режима. В результате окислительных процессов в организме образуется 300-400 мл воды.Суточная потребность человека в воде 2,2-2,5 л.

 Гигиеническое значение воды  определяется прежде всего физиологической потребностью в ней человека.  Вода, как воздух и пища, является тем элементом внешней среды, без которого невозможна жизнь. Человек без воды может прожить всего 5—-6 сут. Это объясняется тем, что тело человека в среднем на 65% состоит из воды.

В организме лишь незначительная часть воды находится в свободном состоянии. Пластическая функция воды обусловлена тем, что большее ее количество является компонентом макромолекулярных комплексов белков, углеводов и жиров и образует с ними желеподобные клеточные и внеклеточные структуры. В них каждая коллоидная частица благодаря определенным размерам и заряду притягивает к себе молекулы воды, обусловливая структурирование воды, подобное кристаллической решетке и напоминающее лед. Именно поэтому многие клетки переносят замораживание без повреждений.

 Физиологическое значение воды. Вода играет в организме человека  важную роль. Без воды не происходит ни один биохимический, физиологический и физико-химический процесс обмена веществ и энергии, невозможны пищеварение, дыхание, анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция), синтез белков, жиров, углеводов из чужеродных белков, жиров, углеводов пищевых продуктов. Такая роль воды обусловлена тем, что она является универсальным растворителем, в котором газообразные, жидкие и твердые неорганические вещества создают молекулярные или ионные растворы, а органические вещества находятся преимущественно в молекулярном и коллоидном состоянии. Именно поэтому она принимает непосредственное или косвенное участие практически во всех жизненно важных процессах: всасывании, транспорте, расщеплении, окислении, гидролизе, синтезе, осмосе, диффузии, резорбции, фильтрации, выведении и др.

 С помощью воды в клетки  организма поступают пластические  вещества, биологически активные  соединения, энергетические материалы, выводятся продукты обмена. Вода  способствует сохранению коллоидального  состояния живой плазмы. Вода  и растворенные в ней минеральные  соли поддерживают важнейшую  биологическую константу организма  — осмотическое давление крови  и тканей. В водной среде создаются  необходимые уровни щелочности, кислотности, гидро-ксильных и водородных ионов. Вода обеспечивает кислотно-основное состояние в организме, а это влияет на скорость и направление биохимических реакций. Принимает участие в процессах гидролиза жиров, углеводов, гидролитического и окислительного дезаминирования аминокислот и в других реакциях. Вода — основной аккумулятор тепла, которое образуется в организме в процессе экзотермических биохимических реакций обмена веществ. Кроме того, испаряясь с поверхности кожи и слизистых оболочек органов дыхания, вода принимает участие в процессах теплоотдачи, т. е. в поддержании температурного гомеостаза. Во время испарения 1 г влаги организм теряет 2,43 кДж (0,6 ккал) тепла.

 Потребность организма в  воде удовлетворяется за счет  питьевой воды, напитков и продуктов  питания, особенно растительного  происхождения. Физиологическая суточная  потребность взрослого человека  в воде (при отсутствии физических  нагрузок) в регионах с умеренным климатом ориентировочно составляет 1,5—3 л, или 90 л/мес, почти 1000 л/год и 60 000—70 000 л за 60— 70 лет жизни. Это так называемая экзогенная вода.

 Определенное количество воды  образуется в организме вследствие  обмена веществ. Например, при полном  окислении 100 г жиров, 100 г углеводов  и 100 г белков вырабатывается соответственно 107, 55,5 и 41 г воды. Это так называемая  эндогенная вода, ежедневно образующаяся  в количестве 0,3 л.

 Физиологическая норма потребления  воды может колебаться в зависимости  от интенсивности обмена веществ, характера пищи, содержания в  ней солей, мышечной работы, метеорологических  и других условий. Доказано, что  на 1 ккал энергозатрат организму необходимо 1 мл воды. То есть для человека, суточные энергозатраты которого составляют 3000 ккал, физиологическая потребность в воде равна 3 л.

 С увеличением энергозатрат во время физических нагрузок повышается и потребность человека в воде. Особенно если тяжелый физический труд выполняют в условиях повышенной температуры, например в мартеновских цехах, на доменном производстве, на поле в жару. Тогда потребность в питьевой воде может возрасти до 8—10 и даже 12 л/сут. Кроме того, потребность в воде изменяется при определенных патологических состояниях. Например, она возрастает при сахарном и несахарном диабете, гиперпа-ратиреозе и т. п. В таком случае количество воды, употребляемое человеком в течение месяца, составляет 30 л, в течение года — 3600 л, за 60—70 лет — 216 000 л.

 Поддержание водного баланса  в организме человека предусматривает  не только поступление и распределение  воды, но и ее выведение. В состоянии  покоя вода выводится через  почки — с мочой (почти 1,5 л/сут), легкие — в парообразном состоянии (приблизительно 0,4 л), кишечник — с фекалиями (до 0,2 л). Потери воды с поверхности кожи, которые в значительной мере связаны с терморегуляцией, изменяются, но в среднем составляют 0,6 л. Таким образом, из организма человека в состояния покоя ежесуточно в среднем выводится 2,7 л воды (с колебаниями от 2,5 до 3,0 л). При некоторых патологических состояниях и физической нагрузке выделение воды усиливается и соотношение путей выведения, приведенное выше, изменяется. Например, при сахарном диабете усиливается выделение воды через почки — с мочой, при холере — через пищеварительный тракт, во время работы в горячих цехах — через кожу — с потом.

 Человек остро реагирует  на ограничение или полное  прекращение поступления воды  в организм. Обезвоживание — чрезвычайно  опасное состояние, при котором  нарушается большинство физиологических  функций организма. Большие потери  воды сопровождаются выделением  значительного количества макро- и микроэлементов, водорастворимых витаминов, что усугубляет негативные последствия обезвоживания для здоровья и жизни человека.

 В случае обезвоживания организма  усиливаются процессы распада  тканевых белков, жиров и углеводов, изменяются физико-химические константы  крови и водно-электролитного  обмена. В центральной нервной  системе развиваются процессы  торможения, нарушается деятельность  эндокринной и сердечно-сосудистой систем, ухудшается самочувствие, снижается трудоспособность и т. п. Четкие клинические признаки обезвоживания появляются, если потери воды составляют 5—6% массы тела. При этом учащается дыхание, наблюдаются покраснение кожи, сухость слизистых оболочек, снижение артериального давления, тахикардия, мышечная слабость, нарушение координации движения, парестезии, головная боль, головокружение. Потери воды, равные 10% массы тела, сопровождаются значительным нарушением функций организма: повышается температура тела, заостряются черты лица, ухудшаются зрение и слух, кровообращение, возможен тромбоз сосудов, развивается анурия, нарушается психическое состояние, возникает головокружение, коллапс.

 Потеря воды на уровне 15—20% массы тела смертельна для  человека при температуре воздуха 30 °С, на уровне 25% — при температуре 20—25 °С.

 Изложенное выше убедительно  свидетельствует о том, что вода  является одним из самых ценных  даров природы. И нельзя не  вспомнить выражение восхищения  водой французского писателя  Антуана де Сент-Экзюпери. Самолет героя его повести "Планета людей" потерпел катастрофу во время полета над пустыней, а сам летчик пережил предсмертную агонию от обезвоживания и, увидев живительную влагу, почувствовал невероятную радость: "Вода! В тебе нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать. Тобою наслаждаешься, не зная, что это такое. Нельзя сказать, что ты нужна для жизни, ты — сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже распрощались. .. ты самое большое богатство на свете".

 В то же время в случае  употребления некачественной воды  создается реальная опасность  развития инфекционных и неинфекционных  заболеваний. Статистика ВОЗ свидетельствует, что почти 3 млрд населения планеты пользуются недоброкачественной питьевой водой. Из более чем 2 тыс. болезней техногенного происхождения 80% возникают вследствие употребления питьевой воды неудовлетворительного качества. По этой причине ежегодно 25% населения мира рискуют заболеть, приблизительно каждый десятый житель планеты болеет, почти 4 млн детей и 18 млн взрослых умирают. Считается, что из 100 случаев онкологических заболеваний от 20 до 35 (особенно толстой кишки и мочевого пузыря) обусловлены употреблением хлорированной питьевой воды. Именно поэтому чрезвычайно важны гигиеническая роль воды и ее значение для профилактики инфекционных и неинфекционных заболеваний.

Состав природной воды. Вода является одним из загадочных явлений природы, без нее невозможна наша жизнь. И хотя люди издавна селились возле источников, использовали воду для удовлетворения питьевых нужд, в быту, в промышленности и сельском хозяйстве, знали о ее величайшей ценности, все-таки и поныне нет еще окончательного ответа на вопрос: "Что же это за феномен — вода?".

 Из курса химии известно, что вода является простым  соединением, которое состоит из  двух атомов водорода и одного  атома кислорода. Обозначается формулой  Н20 и имеет молекулярную массу 18. Результаты исследований, проведенных  в последнее время, свидетельствуют, что вода имеет более сложное  строение, молекулы воды могут  быть и тяжелыми, если в их  состав входят изотопы водорода  с атомной массой 2 и 3 (дейтерий  и тритий) и кислорода с атомной массой 17 и 18. И хотя в природной воде количество более тяжелых атомов (нуклидов) по сравнению с обычными очень незначительно и относительная плотность воды, состоящей из изотопов, невелика, этим обеспечивается ее чрезвычайное разнообразие: ныне известно 42 разновидности. Кроме того, вода имеет сложное кристаллическое строение, то есть является структурированной.

 Каждая молекула воды в  целом электрически нейтральна, но в ней существует перераспределение  зарядов: та сторона, где размещен  атом кислорода, более отрицательна, а та, где атомы водорода, —  более положительна. Возникает так  называемый дипольный момент. Две  соседние молекулы притягиваются  друг к другу за счет электростатических  сил; между ними возникает водородная  связь. При комнатной температуре  каждая молекула воды образует  временные связи с 3—4 соседними  молекулами. Формируется своеобразная  кристаллическая решетка, в которой  старые водородные связи постоянно  разрушаются и одновременно возникают  новые.

 С физико-химической точки  зрения природная вода представляет  собой сложную дисперсную систему, в которой в качестве дисперсной  среды выступает вода, а в качестве  дисперсной фазы — газы, минеральные  и органические вещества, живые  организмы. Химические соединения  в воде ведут себя по-разному. Некоторые почти не растворяются, образуя взвешенные вещества, суспензии  и эмульсии. Другие растворяются, но в различной степени. Среди  минеральных солей наиболее растворимы  хлориды, сульфаты и нитраты щелочных  и щелочноземельных металлов. Неорганические  вещества (соли, кислоты, основания) способны  в воде диссоциировать на катионы металлов (Na+, K+, Са2+, Mg2+) или водорода (Н+) и анионы кислотных остатков (CI", SO 2~, НСО ~, СО3), или гидроксильные анионы ОН", образуя ионные растворы. Простые органические соединения (мочевина, глюкоза и другие сахара), растворяясь в воде, находятся в виде молекулярных растворов.