Зразок роботи
Вода – унікальна речовина і всі її аномальні властивості: висока температура кипіння, значна розчинювальна і дисоціююча здатність, мала теплопровідність, висока теплота випаровування і інші обумовлені будовою її молекули і просторовою структурою.
У окремо взятої молекули води є якість, яка виявляється тільки у присутності інших молекул: здатність утворюПАТи водневі містки між атомами кисню двох що виявилися поряд молекул, так, що атом водню розташовується на відрізку, що сполучає атоми кисню. Властивість утворюПАТи такі містки обумовлена наявністю особливої міжмолекулярної взаємодії, в якій істотну роль грає атом водню. Ця взаємодія називається водневим зв'язком.
Водневий зв'язок визначає унікальні властивості води: у води дуже високі температури кипіння, плавлення і паротворення, оскільки потрібно затрачуПАТи додаткову енергію на розрив водневих зв'язків. Тільки вода знаходиться у всіх трьох агрегатних станах. Інші речовини з схожою будовою і молекулярною масою, такі як H2S, HCl, NH3 в земних умовах є газами.
Кожна з приєднаних до даної молекули води сама здібна до приєднання подальших молекул. Цей процес можна назиПАТи «полімеризацією». Якщо тільки один з двох можливих зв'язків бере участь в приєднанні наступної молекули, а інша залишається вакантною, то «полімеризація» приведе до утворення або зигзагоподібного ланцюга, або замкнутого кільця. Якнайменше кільце, мабуть, може складатися з чотирьох молекул, але величина кута 90° робить водневі зв'язки вкрай напруженими. Практично ненапруженим повинні бути пятиланкові кільця (кут 108°), а шестиланкові (кут 120°), також як і семиланкові – напружені.
Розгляд реальних структур гідратів показує, що, дійсно, найбільш стійким є шестиланкове кільце, що знаходиться в структурах льоду. Плоскі кільця є привілеєм клатратних гідратів, причому у всіх відомих структурах частіше за все зустрічаються плоскі пятиланкові кільця з молекул води. Вони, як правило, чергуються у всіх структурах клатратних гідратів з шестиланковими кільцями, дуже рідко з чотириланковими, а в одному випадку – з плоским семиланковим.
В цілому структура води представляється як суміш різноманітних гідратних структур, які можуть в ній утворитися.
В прикладному аспекті це має важливе значення для розуміння дії лікарських речовин. Як було показане Л. Полингом структурована клатратна форма води в міжсинаптичних утвореннях мозку забезпечує, з одного боку, передачу імпульсів з нейрона на нейрон, а, з іншого боку при попаданні в ці ділянки наркозної речовини така передача порушується, тобто спостерігається явище наркозу. Гідратація деяких структур мозку є однією з основ реалізації дії наркотичних анальгетиків (морфіну).
Вода – чудовий розчинник для полярних речовин. До них відносяться іонні сполуки, такі як солі, у яких заряджені частинки (іони) дисоціюють у воді, коли речовина розчиняється, а також деякі неіонні сполуки, наприклад цукру і прості спирти, в молекулі яких присутні заряджені (полярні) групи (-OH).
Результати численних досліджень будови розчинів електролітів свідчать, що при гідратації іонів у водних розчинах основну роль грає ближня гідратація – взаємодія іонів з найближчими до них молекулами води. Великий інтерес представляє з'ясування індивідуальних характеристик ближньої гідратації різних іонів, як ступеня скріплення молекул води в гідратних оболонках, так і ступеня спотворення в цих оболонках тетраедричної льодоподібної структури чистої води – зв'язки в молекулі змінюються на неповний кут. Величина кута залежить від іона.
Коли речовина розчиняється, його молекули або іони дістають можливість рухатися вільніше і, відповідно, його реакційна здатність зростає. З цієї причини в клітці велика частина хімічних реакцій протікає у водних розчинах. Неполярні речовини, наприклад ліпіди, не змішуються з водою і тому можуть розділяти водні розчини на окремі компоненти, подібно тому, як їх розділяють мембрани. Неполярні частини молекул відштовхуються водою і в її присутності притягуються один до одного, як це буває, наприклад, коли крапельки масла зливаються в більш крупні краплі; інакше кажучи, неполярні молекули гідрофобні. Подібні гідрофобні взаємодії грають важливу роль в забезпеченні стабільності мембран, а також багатьох білкових молекул, нуклеїнових кислот і інших субклітинних структур.
Притаманні воді властивості розчинника означають також, що вода служить середовищем для транспорту різних речовин. Цю роль вона виконує в крові, в лімфатичній і екскреторних системах, в травному тракті і у флоемі і ксилемі рослин.
Велика теплоємність. Питомою теплоємністю води називають кількість теплоти в джоулях, яка необхідна, щоб підняти температуру 1 кг води на 1° С. Вода володіє великою теплоємністю (4,184 Дж/г). Це значить, що істотне збільшення теплової енергії викликає лише порівняно невелике підвищення її температури. Пояснюється таке явище тим, що значна частина цієї енергії витрачається на розрив водневих зв'язків, що обмежують рухливість молекул води.
Велика теплоємність води зводить до мінімуму температурні зміни, що в ній відбуваються. Завдяки цьому біохімічні процеси протікають в меншому інтервалі температур, з більш постійною швидкістю і небезпека порушення цих процесів від різких відхилень температури загрожує їм не так сильно.
Велика теплота випаровування. Прихована теплота випаровування є міра кількості теплової енергії, яку необхідно повідомити рідини для її переходу в пару, тобто для подолання сил молекулярного зчеплення в рідині. Випаровування води вимагає досить значних кількостей енергії (2494 Дж/г). Це пояснюється існуванням водневих зв'язків між молекулами води. Саме через це температура кипіння води – речовини з такими малими молекулами – незвичайно висока.
Енергія, необхідна молекулам води для випаровування, черпається з їх оточення. Таким чином, випаровування супроводжується охолоджуванням. Це явище використовується у тварин при випоті, при тепловій задишці у ссавців або у деяких рептилій (наприклад, у крокодилів).
Велика теплота плавлення. Прихована теплота плавлення є міра теплової енергії, необхідної для розплавлення твердої речовини (льоду). Воді для плавлення (танення) необхідна порівняно велика кількість енергії. Справедливо і зворотне: при замерзанні вода повинна віддати велику кількість тепловій енергії. Це зменшує вірогідність замерзання вмісту клітин і оточуючої їх рідини. Кристали льоду особливо згубні для живого, коли вони утворюються усередині клітин.
Густина і поведінка води поблизу точки замерзання. Густина води (максимальна при +4° С) від +4 до 0° С знижується, тому лід легше за воду і у воді не тоне. Вода – єдина речовина, що володіє в рідкому стані більшою густиною, ніж в твердому, оскільки структура льоду більш рихла, ніж структура рідкої води.
Оскільки лід плаває у воді, він утворюється при замерзанні спочатку на її поверхні і лише під кінець в придонних шарах. Якби замерзання ставків йшло в зворотному порядку, від низу до верху, то в областях з помірним або холодним кліматом життя в прісноводих водоймищах взагалі не могло б існуПАТи. Та обставина, що шари води, температура яких впала нижче 4 °С, підіймаються вгору, обумовлює перемішування води у великих водоймищах. Разом з водою циркулюють і поживні речовини, що знаходяться в ній, завдяки чому водоймища заселяються живими організмами на велику глибину.
Після проведення ряду експериментів було встановлено, що зв'язана вода при температурі нижче за точку замерзання не переходить в кристалічні грати льоду. Це енергетично невигідно, оскільки вода достатньо міцно пов'язана з гідрофільними ділянками розчинених молекул. Це знаходить застосування в кріомедицині.
Велике поверхневе натягнення і когезія. Когезія – це зчеплення молекул фізичного тіла одна з однією під дією сил тяжіння. На поверхні рідини існує поверхневе натягнення – результат діючих між молекулами сил когезії, направлених всередину. Завдяки поверхневому натягненню рідина прагне прийняти таку форму, щоб площа її поверхні була мінімальною (в ідеалі – форму кулі). Зі всіх рідин найбільше поверхневе натягнення у води (7,6 – 10,4 Н/м). Значна когезія, характерна для молекул води, грає важливу роль в живих клітках, а також при русі води по судинах ксилеми в рослинах. Багато дрібних організмів отримують для себе користь з поверхневого натягнення: воно дозволяє їм утримуПАТися на воді або ковзати по її поверхні.
Вода як реагент. Біологічне значення води визначається і тим, що вона є одним з необхідних метаболітів, тобто бере участь в метаболічних реакціях. Вода використовується, наприклад, як джерело водню в процесі фотосинтезу, а також бере участь в реакціях гідролізу.
За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, причина приблизно 80% усіх захворювань пов'язана з якістю питної води. Внаслідок споживання недоброякісної питної води кожного року близько 25% населення, особливо дитячого, піддаються ризику захворювань
Питна вода в Україні є об'єктом пильної уваги санітарно-епідемологічноі служби. Держсанепідслужба здійснює вибірковий лабораторний контроль за якістю питної води та води поверхневих водойм згідно із розробленими планами.
Як відомо, якість питної води централізованих систем водопостачання залежить від якості води вододжерел, ефективності технологій водопідготовки та методів очищення питної води, санітарно-технічного стану водопровідних мереж. Аналізуючи санітарно-гігієнічну та епідемічну ситуацію на території держави, можна констатуПАТи, що практично всі поверхневі, а в окремих регіонах і підземні води за рівнем забруднення не відповідають вимогам стандарту. Водночас наявні очисні споруди, технології очищення та знезаражування питної води неспроможні очистити ІІ до рівнів показників безпеки
Гігієнічні вимоги до якості питної води за ДСАНПІН включають безпеку в епідемічному відношенні, нешкідливість хімічного складу, сприятливі органолептичні властивості та радіаційну безпеку. Мікробіологічні показники безпеки питної води доповнені показниками термостабільних кишкових паличок, патогенних мікроорганізмів і числом коліфагів, котрі мають бути відсутні відповідно в 0,1 л, 1 л, 10 л. На відміну від ГОСТУ 2874-82 ДСАНПІН включає паразитологічні показники безпеки питної води: патогенні кишкові найпростіші та кишкові гельмінти у 25 л досліджуваної води мають бути відсутні.
За токсикологічними показниками нешкідливості хімічного складу питної води серед неорганічних компонентів додано барій і нікель на рівні 0,1 мг/л. Для миш'яку, селену, свинцю норматив збільшився в 5, 10, 3 рази відповідно і становить на рівні рекомендації ВООЗ. Нормативи для нітратів та фтору залишились незмінними. ДСАНПІН включають органічні компоненти (суму тригалометанів, хлороформ, дибромхлорметан, тетрахлорвуглець, суму пестицидів) та інтегральні показники (окислюваність і загальний органічний вуглець).
Серед органолептичних показників - хлорфеноли на рівні 0,0003 мг/л. Загальна об'ємна активність β-випромінювачів повинна становити 60,1 Бк/л, γ-випромінювачів - 1,0 Бк/л.
Станом на 01.01.2017 р. під наглядом Держсанепідслужби перебувало 21226 джерел централізованого водопостачання, в т. ч. 1122 комунальних, 5771 відомчих, 8344 сільських, 22 міжрайонні водопроводи, 132291 джерел децентралізованого водопостачання, 127129 колодязів, 3967 артезіанських свердловин, 1197 каптажів.
Кількість водопроводів, що не відповідають санітарним нормам, залишається на рівні 2017 р - 8% (комунальних - 9%, відомчих - 3%, сільських - 12%).
Заходами зниження і запобігання захворюваності на гострі кишкові інфекції є систематичний бактеріологічний та санітарно-хімічний контроль за якістю питної води.
У 2017 році Держсанепідслужбою України досліджено 227054 проб на санітарно-хімічні та 322578 проб на бактеріологічні показники. Відсоток нестандартних проб за санітарно-хімічними показниками склав 10,1 (у 2016 р. - 11,4), за бактеріологічними показниками - 5 (у 2016 р. - 5,4).
Найбільший відсоток нестандартних проб за санітарно-хімічними показниками зареєстровано в Дніпропетровській (15,6), Запорізькій (18), Кіровоградській (19,3), Луганській (23,1), Рівненській (16,8), Сумській (15,7), Херсонській (16,4) областях; за бактеріологічними - в Закарпатській (17,9), Луганській (7,2), Тернопільській (9,7) областях.
Якість питної води з комунальних водопроводів в цілому по Україні дещо краща, ніж відомчих (3% відхилень від санітарно-гігієнічних нормативів проти 4,6%). В окремих регіонах ці показники перевищують середньостатистичні від двох до чотирьох разів. Так, по комунальних водопроводах найбільший відсоток нестандартних проб за мікробіологічними показниками в Тернопільській (в 2,2 рази), Луганській, Закарпатській областях (у 1,5 рази). По відомчих водопроводах найвищий рівень бактеріального забруднення питної води відмічається в Закарпатській (21%), Тернопільській (16%), Вінницькій (12%) областях та м. Севастополі (11%).
За І квартал поточного року здійснено 18334 обстежень водопровідних споруд, грубі порушення санітарного законодавства виявлені при 1461 (11,4%) обстеженнях (на рівні минулого року), а саме: в Закарпатській (22,8%), Харківській (12,7%), Івано-Франківській (16,4%), Полтавській (17,1%), Хмельницькій (15,8%) областях. На бактеріологічні показники досліджено 156,4 тис. проб питної води, відхилення від стандарту встановлено у 2126 (4,0 %) пробі, що на рівні показника минулого року - 3,4 %, у Тернопільській, Закарпатській, Луганській областях показник забруднення питної води вище середнього по державі.
Високий ступінь мінералізації питної води, особливо підземних вод, який спостерігається в південній частині України, збільшує кількість захворювань на хвороби шлунково-кишкового тракту, у тому числі на гастрити, жовчнокам’яну та сечокам'яну хвороби. Якість води у Карпатському, Дніпровсько-Придніпровському регіонах, на Поліссі та в деяких інших місцевостях України, де спостерігається нестача мікроелементів (І, Zn, Cu, F тощо), також впливає на виникнення і перебіг хвороб.
Прогнозні ресурси підземних вод по Україні, за даними регіональної оцінки (2017 р.), становлять 61543 тис. м3/добу на км2. Розподілені вони по площі вкрай нерівномірно. Основна частина прогнозних ресурсів зосереджена у північних та північно-західних областях у межах Волино-Подільського та Дніпровського артезіанських басейнів. Південні області України мають обмежені ресурси підземних вод, тому що розташовані на територіях з несприятливими умовами формування підземних вод (Причорномор'я, південна частина Українського щита, Крим).
Прогнозні ресурси у північній частині країни становлять 100-500 тис. м3/добу на км2, а в низці районів Чернігівської та Київської областей навіть перевищують цю величину, в той час як у південних областях вони майже повсюдно не досягають 50 тис. м3/добу на км2, а у межах південної частини Українського щита та в деяких районах Причорномор'я і Прикарпаття вони прирівнюються до 5 тис. м3/добу на км2 і навіть менше. У південних областях є також площі, де підземні води практично відсутні, та площі, де прогнозні ресурси взагалі не оцінювалися. Не оцінювалися ці ресурси і на заході України в межах Карпатських гір.
По всій території України підземні води широко використовуються з різною метою. В одинадцяти адміністративних областях за рахунок підземних вод забезпечується понад 50% потреби у господарсько-питній воді. Водопостачання обласних центрів: Луганська, Львова, Полтави та Хмельницького - майже повністю здійснюється за рахунок підземних вод, а для Тернополя, Херсона та Чернівців такий шлях водозабезпечення становить понад 50%. У північних та західних областях України багато міст та селищ міського типу використовують для водопостачання тільки підземні води (табл. 1.3).
Магістр