- -
- 100%
- +
Введение
До недавних пор многие из нас и не подозревали, что самая обычная вода, в которой мы никогда не замечали ничего необычного, обладает уникальными свойствами. В начале XXI века японский исследователь Масару Эмото опубликовал материалы, из которых следовало, что она может принимать, хранить и передавать информацию. Позже ученые установили, что данная способность воды обусловлена наличием в ее молекулах особых структурных образований – кластеров. М. Эмото подвергал воздействию внешних раздражителей различные типы воды, существующие в природе, и выяснил, что она по-разному реагирует на них.
Основополагающая роль воды в биосфере нашей планеты была известна всем древним народам. Это отразилось в их космогонических мифах, религии, верованиях и обычаях. Древние шумеры умело пользовались силой приливов и отливов, изготавливали сосуды для очищения воды и придания ей особых свойств. В скандинавской магии она была представлена сразу двумя рунами, символизирующими ее жидкое и твердое состояние. В Индии все реки являются священными, в них совершают омовения, перед ними преклоняются, с их помощью решают проблемы. Египет поражает ученых не только гигантскими пирамидами, но и совершенной ирригационной системой, что свидетельствует о серьезных научных изысканиях в гидрологии. Древние египтяне создали свой загробный мир, дорогой в который, согласно «Книге мертвых», является именно река.
Для славянских народов вода всегда была не только символом жизни и плодородия, но и самой жизнью. Грандиозное празднество, которое язычники устраивали в честь главного божества воды – Купалы, до сих пор живет в народной памяти. Многие языческие обряды славян, связанные с водой, проводят и сегодня. Понимание ими этой стихии отразилось в устном народном творчестве в виде многочисленных примет, пословиц, поговорок, сказаний и легенд о живой и мертвой воде. Потомки сохраняют верность магии воды – в наши дни проводят гадания на воде, заряжают ее молитвами, заговорами, энергией солнца, луны и драгоценных камней. С ее помощью снимают сглаз, порчу, проклятия и избавляются от различных заболеваний. Особым было отношение восточных славян к освященной в церкви воде и воде из святых источников.
Стихия воды
Вода – не только самое распространенное, но и самое удивительное вещество в природе. Данное утверждение основывается на присущих ей физических, химических и уникальных свойствах, обеспечивающих то исключительное положение, которое она занимает в биосфере. Вода является единственным веществом, которое в огромном количестве содержится в естественных условиях. Причем нам хорошо известны все три ее агрегатных состояния – жидкое, газообразное и твердое. Она не только считается источником жизни, но и поддерживает ее существование на нашей планете.
Свойства воды
Уникальной особенностью Земли является наличие на ней гидросферы, или водной оболочки. К ней относятся ледники, океаны, моря, реки, озера, почвенная влага, подземные воды и водохранилища. В целом объем гидросферы составляет около 1,5 млрд. км3. В атмосфере, окружающей Землю, вода содержится в виде облаков, тумана, пара, кристаллов снега и капель дождя. Гидросфера находится в тесном взаимодействии с биосферой, атмосферой и литосферой.
Ученые в результате многочисленных научных экспериментов доказали, что именно воде принадлежит ведущая роль в эволюции геологических процессов и зарождении жизни на планете. Огромное количество воды в связанном состоянии присутствует в недрах Земли, в частности в некоторых минералах и горных породах. Основные ее запасы сосредоточены в мантии земной коры – около 15 млрд. км3. Согласно современным научным представлениям вода, вышедшая из глубоких слоев земли, дала начало гидросфере планеты. Процесс выхода ее из мантии и магмы осуществляется и в наше время и составляет приблизительно 1 км3 в год. Ученые высказывают также предположение о космическом происхождении воды: протоны солнечной энергии, достигнув атмосферы Земли, соединяются с электронами и трансформируются в атомы водорода, которые, вступая в реакцию с атомами кислорода, создают простейшую химическую формулу воды – H2O.
В настоящее время нет никаких сомнений в определяющем влиянии воды на формирование климата, погоды, физической и химической среды Земли, а существование живых организмов на нашей планете просто невозможно без этой жидкости. Содержание H2O в них колеблется от 60 до 99 % массы тела. Данный факт позволяет ученым утверждать, что всякий живой организм на Земле – это одушевленная или одухотворенная вода. В организме человека она регулирует температуру тела, обмен веществ и выведение образовавшихся в результате этого продуктов. Вода в свободном состоянии содержится в жидких средах нашего организма – крови, лимфе, пищеварительных соках и межклеточном пространстве. В тканях она присутствует в связанном виде, поэтому при повреждении или рассечении органа не выводится. Она может связываться с белком и другими органическими соединениями. Молекулы воды, содержащиеся внутри клеток, легко включаются в общий круговорот воды в организме. Она является основной средой организма человека, в которой осуществляются все виды обмена веществ и протекают ферментативные биохимические реакции. В процессе фотосинтеза вода и углекислый газ, синтезируя образование органических веществ, становятся основой создания живой материи на нашей планете.
Вода (окись водорода, H2O) – соединение водорода с кислородом, устойчивое в обычных условиях. Эта жидкость не обладает ни цветом, ни запахом, ни вкусом. Голубоватый цвет она имеет только в слоях большой толщины, например в океанах и морях. Молекулярная масса воды (18,016 а. е. м.) распределяется следующим образом: водород – 11,19 %, кислород – 88,81 %.
Свойства воды определяются особенностями ее строения. Ее молекула имеет 3 ядра, составляющие равнобедренный треугольник. В его основании находятся протоны водорода, а на вершине – атом кислорода.
Электроны в молекуле воды располагаются таким образом, что образуют по 2 парных полюса противоположных зарядов: атомы водорода создают 2 положительных полюса, а атомы кислорода – 2 отрицательных.
Высокая полярность молекулы воды позволяет атомам кислорода притягивать атомы водорода соседних молекул и образовывать по 4 водородные связи, что четко прослеживается в кристаллах льда. Структура последних имеет гексагональную решетку, в которой находится множество пустот.
При плавлении льда соседние молекулы H2O заполняют пустоты, что приводит к повышению плотности.
Дальнейшее нагревание усиливает движение молекул. Происходит расширение пустот и уменьшение плотности. Водородные связи очень устойчивы, большинство из них разрывается при нагревании, но некоторая часть сохраняется даже при температуре кипения.
Вода в природе существует в жидком, твердом (лед) и газообразном (пар) состоянии. При переходе из твердой формы в жидкую плотность молекулы воды вопреки ожидаемому эффекту возрастает, а не уменьшается. Максимума она достигает при 4 °C, когда вес единицы объема воды превышает тот же показатель при 0 °C. При дальнейшем нагревании плотность воды уменьшается. В случае снижения температуры вода медленно опускается на дно, а на ее поверхности образуется лед. Так как его плотность ниже, он поднимается вверх, но за его нижней чертой всегда находится вода. Это ее свойство обеспечивает жизнедеятельность организмов (флоры и фауны) под слоем льда. Трудно представить, что могло бы случиться с природой, если бы вода не выполняла свою главную функцию – жизнеобеспечения.
Еще одно уникальное свойство воды – высокая теплоемкость. Она имеет наибольшую теплоемкость среди всех жидкостей. Этим объясняется медленное остывание воды в течение осени и длительное нагревание в весенний период. Данное свойство воды связано с другой ее функцией – регуляцией температуры на планете. Ученые установили, что теплоемкость этой жидкости снижается при нагревании от 0 до 37 °C, а далее этот параметр, напротив, возрастает. Следовательно, самая оптимальная температура, при которой вода быстро нагревается и охлаждается, составляет 37 °C, что почти соответствует нормальной температуре тела человека. Объяснения данному факту пока нет, но связь с терморегуляцией человеческого организма очевидна. Предполагается, что в этом состоит защитная функция воды, которая направлена на устранение воздействия высокой температуры.
Длительное время ученые воспринимали воду в качестве самостоятельного химического элемента. Только в конце XVIII века она была синтезирована англичанином Г. Кавендишем. Впоследствии его гипотезу о соединении водорода и кислорода подтвердил французский ученый А. Лавуазье.
Вода считается универсальным растворителем. Двуокись углерода, сероводород, сернистый газ и аммиак хорошо растворяются в ней, все остальные газы – только в том случае, если способны вступать с ней в биохимическую реакцию. Некоторые газы, взаи модействуя с водой, образуют кристаллогидраты – многочисленные соединения. К ним относятся сероводород, хлор, пропан, аргон, ксенон и др. Более сложные группы возникают при взаимодействии ее с различными кислотами, основаниями и солями, которые изменяют структуру жидкости. Например, морская вода содержит почти все элементы периодической системы Менделеева.
При растворении в воде некоторых веществ возникает реакция гидролиза (обменного разложения) – химический процесс, характеризующийся образованием двух или более веществ. Это можно наблюдать, например, при взаимодействии с хлором (при отбеливании или намыливании), производстве этилового спирта из древесины и др. Обычно в воде растворяются вещества, имеющую небольшую молекулярную массу. Она почти всегда входит в состав органических веществ и в значительной степени изменяет их физические свойства. От способности воды растворять соединения зависит степень ее чистоты. Так как в ней обычно присутствуют многочисленные соли, чистой воды в природе не существует. Установлено, что у дистиллированной воды, полученной в процессе перегонки, электропроводность в 100 раз больше, чем у чистой. Последнюю синтезируют из очищенных кислорода и водорода в лабораторных условиях.
Воде свойственна жесткость, обусловленная содержанием в ней солей кальция и магния. Нагревание такой жидкости сопровождается выпадением специфического осадка. Ее обычно смягчают в процессе кипячения или путем добавления реагентов. Дождевая вода считается самой мягкой.
Из негативных свойств воды известно одно – она непременно вызывает коррозию при взаимодействии с металлами.
Типы воды
Изучением природных вод и их взаимодействия с литосферой и атмосферой занимается гидрология. Предмет исследования данной науки – все известные виды гидросферы, в том числе подземные и почвенные. В гидрологии выделяются 3 главных направления – океанология, гидрология суши и гидрогеология. Результаты научных исследований ориентированы на усовершенствование деятельности человека в управлении режимом отдельных водных объектов и используются в географии, физике и промышленности.
В зависимости от происхождения, молекулярного состава или особенностей применения выделяются основные и особые типы воды. К первым относятся подземные и сточные воды, талая, пресная, морская, минеральная, тяжелая, легкая, дистиллированная, дождевая вода и др. А особые типы воды окружены ореолом таинственности и обусловлены наличием каких-либо уникальных свойств. Речь идет о святой и структурированной, живой и мертвой воде.
Минеральная вода
Она содержится в природных источниках и сохраняет первоначальный состав минеральных веществ. Целебные свойства природных минеральных вод более эффективны по сравнению с основными характеристиками воды, полученной в результате промышленной переработки (минерализованной воды). Кроме того, она обладает повышенным содержанием биологически активных веществ (минералов), определенным химическим составом, температурой и радиоактивностью. Все это в совокупности оказывает благоприятное воздействие на здоровье человека.
Как правило, такие воды сосредоточены в тех районах, где зафиксирован выход подземных вод на поверхность суши в виде источников. Иногда их выводят из недр Земли с помощью специальных буровых скважин. Каждый такой регион характеризуется определенными гидрогеологическими условиями и геологическим развитием. Пластовые системы артезианских бассейнов располагают солеными и рассольными водами различного ионного состава и степени минерализации (до 400 г/л). Они обогащены газами – сероводородом, азотом, углеводородом. В регионах со складчатым происхождением преобладают углекислые минеральные воды, а на территории новейших тектонических движений находятся азотные, щелочные и кремниевые источники.
Минеральные воды в зависимости от степени минерализации (содержания ионов минералов) разделяют на слабоминерализованные (до 2 г/л), маломинерализованные (до 5 г/л), среднеминерализованные (до 15 г/л), высокоминерализованные (до 30 г/л), рассольные (до 150 г/л) и крепкорассольные (свыше 150 г/л).
Вода из природных источников используется в качестве наружных или внутренних лечебных средств. Для приема внутрь рекомендуется слабоминерализованная, маломинерализованная и среднеминерализованная вода.
С медицинской точки зрения минеральную воду делят на столовую (до 1 г/л), лечебно-столовую (до 10 г/л) и лечебную (более 10 г/л). Ее ионный состав является основой для классификации. По преобладанию в составе того или иного минерала различают хлоридные, гидрокарбонатные, сульфатные, натриевые, кальциевые и магниевые воды. Углекислые, сульфидные и азотные минеральные воды характеризуются присутствием в них различных газов. Наличие специфических элементов периодической системы Менделеева обуславливает благотворное влияние железистых, бромистых, кремниевых, йодистых, радоновых (радиоактивных) и других вод. Кроме того, минеральные воды могут быть холодными (до 20 °C), теплыми (до 37 °C), горячими (до 42 °C) или высокотермальными (от 42 °C), а также газированными и негазированными.
В магазинах обычно продаются столовые минеральные воды, которые можно употреблять в любом количестве без ущерба для здоровья. Все остальные типы можно принимать только после консультации с лечащим врачом. В летнее время употребление минеральной воды необходимо для восстановления водно-солевого обмена, так как при повышенной температуре наш организм теряет влагу и необходимые соли. Положительный эффект для здоровья от употребления лечебно-столовой воды возможен только при грамотной дозировке. Газированная вода обогащена ионами углекислого газа, без которого невозможно отделение минеральных веществ от горных пород и их попадание в воду в виде активных заряженных ионов. Она лучше утоляет жажду, чем обычная вода, и приятна на вкус. Минеральную воду можно использовать для приготовления пищи, заваривания чая или кофе: она не испортит их вкус, а выгодно подчеркнет его.
Проблема в том, что в наше время в магазине можно порой приобрести не настоящую минеральную воду, а подделку. Выход один – покупать ее в аптеках или внимательно изучать сведения, указанные на этикетке бутылки. Настоящие производители указывают тип воды (столовая, лечебная, газированная и др.), район расположения скважины, ее номер, название источника, описание химического состава, степень минерализации, срок годности и условия хранения.
Термальные воды
К ним относятся подземные воды, исходящие из земной коры и характеризующиеся повышенной температурой. Они могут залегать на глубине 2 км (иногда глубже) или выходить на поверхность земли. На территории артезианских бассейнов термальные воды с температурой воды от 70 до 100 °C вскрывают с помощью скважин. В большинстве горных районов находятся горячие источники, которые выходят непосредственно на поверхность. Их температура колеблется от 50 до 90 °C. Вокруг регионов с действующими и мертвыми вулканами часто встречаются гейзеры и так называемые паровые струи. Температура таких термальных источников составляет от 150 до 250 °C.
Химический состав и минерализация термальных вод соответствуют показаниям минеральных вод. Воды с температурой менее 50 °C считаются слаботермальными, от 50 до 75 °C – термальными, более 75 °C – высокотермальными.
В медицине они используются для лечения и профилактики различных заболеваний.
Морская вода
Под данным определением понимаются все воды земной поверхности, сосредоточенные в океанах и морях. Объем морской воды составляет 1370 млн. км3. В водах Мирового океана содержатся в растворенном состоянии газы, минеральные соли и некоторые органические вещества, а также минеральные и органические взвеси.
Плотность морской воды зависит от ее солености, температуры и давления. Она хорошо проводит звук, причем его скорость возрастает при повышении содержания соли. То же самое можно сказать о показателе преломления световых лучей и электропроводимости. Цвет моря (его поверхности) зависит от многих факторов, но все они являются объективными: степень облачности, высота Солнца над горизонтом, цвет неба и др. Он определяется при осмотре поверхности моря над белым пространством и состоит из отраженных от поверхности и рассеянных в пучине лучей. Большая часть световых лучей проникает вглубь воды, где происходит процесс рассеивания и поглощения лучей молекулами воды, газов и взвесей. Только незначительная их часть попадает на морскую поверхность и отражается. Как известно, вода рассеивает преимущественно синий и зеленый спектры лучей, а взвеси не имеют такого свойства. По данной причине морская вода, содержащая незначительное количество взвесей, становится сине-зеленой, и напротив, море с большим количеством взвесей приобретает желтовато-зеленый цвет.
О целительных свойствах морской воды людям было известно уже давно. Ее и в наши дни считают источником жизни и энергии. Купание в море полезно для здоровья, так как морская вода содержит микроэлементы и минеральные вещества, способствующие улучшению обмена веществ. Доказано, что по химическому составу она соответствует крови человека. В связи с этим микроэлементы и минеральные вещества, содержащиеся в ней, быстро проникают через кожу в кровь и разносятся ею по всему организму. Морские волны оказывают седативное действие на нервную систему, устраняют депрессию, повышают настроение, массируют и тонизируют тело, обеспечивают ощущение прилива сил и необыкновенной легкости. Такая вода является одним из основных источников йода, поэтому купания в море очень полезны при эндокринных заболеваниях. Йод, содержащийся в морской соли, нормализует функцию щитовидной железы, повышает иммунитет и регулирует обмен веществ в организме.
Содержание соли в разных морях неодинаковое. Например, в Черном море в 1 л воды их количество составляет 14 г, а в других морях этот показатель достигает 35 г. Несомненным лидером является Мертвое море: его соленость достигает 300‰. В этом концентрированном растворе не могут существовать никакие живые существа. Однако именно данная вода признана одной из самых полезных.
Морские водоросли, обогащенные йодом и бромом, используются в современной традиционной и народной медицине. Большинство одноклеточных морских организмов и клетки кожи человека имеют аналогичное строение, поэтому все биологически активные вещества, содержащиеся в низших морских растениях, быстро приникают в человеческий организм.
В морской соли содержатся около 35 элементов периодической системы Менделеева, которые оказывают лечебное воздействие на отдельные органы и организм в целом. Основным компонентом морской соли является хлористый натрий, также известный как поваренная соль. Данное природное соединение широко используется в медицинской практике в виде всем известного физиологического раствора. Хлористый натрий контролирует кислотно-щелочной баланс, стимулирует выработку пищеварительных ферментов и регулирует артериальное давление.
Кроме того, в морской соли и воде присутствуют йод, бром, железо, золото, калий, кальций, кобальт, магний, марганец, натрий, никель, сера и фосфор. Железо улучшает насыщение крови кислородом и питание органов, тканей и клеток организма. Калий влияет на клеточный обмен, способствует обновлению клеток и стимулирует работу сердца и мышц. Кальций укрепляет кости и мышцы. Кремний оказывает влияние структуру тканей и эластичность сосудов. Магний обеспечивает усвоение организмом витаминов и питательных веществ, а также стимулирует деятельность кровеносной системы. Медь является незаменимым микроэлементом для работы сердечно-сосудистой системы. Марганец – это катализатор обменных процессов, он необходим для формирования костной ткани, работы эндокринной системы, активизации кровообращения и укрепления иммунной системы. Селен известен своими антиоксидантными свойствами, он также способствует образованию антител, восстановлению и повышению иммунитета. Сера контролирует синтез белков кожи, волос и ногтей. Фосфор содержится в костной ткани и является строительной основой клеток. Хлор формирует плазму крови, активизирует ферменты и стимулирует выработку желудочного сока. Цинк оказывает влияние на иммунную и половую системы.
Морская вода активизирует все виды обменных процессов в организме и работу сердечно-сосудистой системы, а также влияет на состояние нервной системы и синтез гормонов. Последние ускоряют обмен жиров, белков и углеводов, способствуют восстановлению иммунитета и улучшению деятельности мозга.
Тяжелая вода
Ученые-химики выделяют тяжеловодородную, полутяжелую, сверхтяжелую и тяжелокислородную воду.
Тяжеловодородная вода. Ее также называют оксидом дейтерия. Разница между обычной и тяжелой водой состоит в том, что в состав молекулы последней вместо легкого изотопа водорода (протия) входят 2 атома тяжелого изотопа водорода (дейтерия). В результате получается не привычная формула H2O, а D2O или 2H2 О, но внешне тяжеловодородная вода ничем не отличается от обычной.
Впервые тяжелую природную воду обнаружил в 1932 году химик Г. Юри, впоследствии награжденный за это Нобелевской премией. В следующем году Г. Льюис выделил тяжеловодородную воду в чистом виде. Необходимо отметить, что вероятность обнаружения атома дейтерия в естественной воде составляет 1: 6400. Ученые выяснили, что он обычно содержится в молекулах полутяжелой воды. Причем одна такая молекула приходится на 3200 молекул обычной воды. Так как в природе соединение двух атомов дейтерия в одной молекуле маловероятно, образование молекул тяжелой воды является проблематичным. Ученые получают тяжеловодородную воду искусственным способом, используя повышение концентрации дейтерия в воде.
Оксид дейтерия обладает теми же свойствами, что и H2O. Однако процессы взаимодействия с химическими элементами протекают очень медленно. Это связано с тем, что водородные связи, усиленные дейтерием, отличаются повышенной прочностью. Тяжелая вода характеризуется слабой степенью токсичности. Экспериментальным способом было установлено, что замещение легкого водорода тяжелым у животных в 25 % случаев приводит к необратимой стерильности. Дальнейшее повышение концентрации вызывает гибель. В то же время рыбы погибают только при 90 %-ном замещении легкого водорода дейтерием, а микроорганизмы и грибы могут существовать при 70 %-ном замещении и в чистой тяжеловодородной воде. Для человека тяжелая вода не представляет опасности – после прие ма нескольких стаканов тяжелый водород выводится из организма. В некоторых странах ее используют для лечения артериальной гипертензии.
Обычная, или легкая, вода имеет 9 разновидностей, встречающихся в природной воде, что связано с наличием у водорода и кислорода изотопов. Та к называют атомы одного химического элемента, которые различаются по весу, но обладают одинаковыми химическими и физическими свойствами. У водорода таких изотопов 2 (Н и D), у кислорода – 3 (16 О, 17 О и 18 О).
Так как получение тяжеловодородной воды – процесс длительный и энергоемкий, она имеет довольно высокую стоимость. Многие считают, что при длительном кипячении обычной воды концентрация дейтерия повышается, а употребление такой воды приводит к различным заболеваниям. На самом деле вероятность получения тяжелой воды таким способом составляет менее 1 %. Кроме того, необходимо помнить, что тяжеловодородная вода не ядовитая, а на природную воду, подвергнутую кипячению, гораздо большее влияние оказывает повышение концентрации растворенных солей.
Применение тяжелой воды обусловлено ее свойством практически не поглощать нейтроны, поэтому тяжелый водород используется для торможения процессов, протекающих в ядерных реакторах, а также в качестве проводника тепла. Многие научные исследования в области физики, химии и биологии проводят именно с его участием.