Химия вокруг нас
ебляемый человеком в сутки при питье и с пищей,
составляет 2—2,5 л. Благодаря водному балансу столько же воды и выводится
из организма. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50—60 %
воды. При потере организмом человека 6—8 % влаги сверх обычной нормы
повышается температура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и
дыхание, появляется мышечная слабость и головокружение, начинается головная
боль. Потеря 10 % воды может привести к необратимым изменениям в организме,
а потеря 15—20 % приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что
с ее перекачкой не справляется сердце. В сутки сердцу приходится
перекачивать около 10 000 л крови. Без пищи человек может прожить около
месяца, а без воды — всего лишь несколько суток. Реакцией организма на
нехватку воды является жажда. В этом случае ощущение жажды объясняют
раздражением слизистой оболочки рта и глотки из-за большого понижения
влажности. Существует и другая точка зрения на механизм формирования этого
ощущения. В соответствии с ней сигнал о понижении концентрации воды в крови
на клетки коры головного мозга подают нервные центры, заложенные в
кровеносных сосудах.
Водный обмен в организме человека регулируется центральной нервной
системой и гормонами. Нарушение функции этих регуляторных систем вызывает
нарушение водного обмена, что может приводить к отекам тела. Конечно,
различные ткани человеческого организма содержат различное количество воды.
Самая богатая водой ткань — стекловидное тело глаза, содержащее 99%. Самая
же бедная — эмаль зуба. В ней воды всего лишь 0,2%. Много воды содержится в
веществе мозга.
Важной функцией океанов и морей является регулирование содержания в
атмосфере углекислого газа (диоксида углерода). Его относительное
содержание в атмосфере невелико и составляет всего лишь 0,03— 0,04 %,
Однако общая масса, заключающаяся в атмосфере, очень большая — 2000—2500
млрд. т. В связи с развитием энергетики, промышленности и транспорта
сжигается огромное количество угля и нефтепродуктов. Основным продуктом их
окисления является СО2. Учеными установлено, что атмосферный СО2 обладает
способностью задерживать, т. е. не пропускать в космическое пространство,
тепловое излучение Земли («парниковый эффект»). Чем больше СО2 в атмосфере,
тем теплее климат Земли. Общее потепление климата может привести к
катастрофическим последствиям. В результате потепления усилится таяние
льдов на полюсах планеты и в горных районах, что приведет к повышению
уровня Мирового океана и к затоплению огромных площадей суши. Подсчитано,
что если расплавить все ледники Гренландии и Антарктиды, то уровень океана
поднимется почти на 60 м. Нетрудно догадаться, что тогда Санкт-Петербург и
многие приморские города окажутся под водой. Важным регулятором содержания
СО2 в атмосфере является растительный покров Земли. В результате
фотосинтеза растения превращают СО2 в клетчатку и освобождают кислород:
CO2 + 6H2O-> C6H12O6 + 6O2
Уместно отметить, что растения — основные поставщики атмосферного
кислорода, а его источником прямо или косвенно является вода. Ежегодное
продуцирование кислорода земной растительностью планеты составляет 300
млрд. т.
Основную роль в регулировании содержания СО2 в атмосфере играют
океаны. Между Мировым океаном и атмосферой Земли устанавливается
равновесие: углекислый газ СО2 растворяется в воде, превращаясь в угольную
кислоту Н2СО3, и далее превращается в донные карбонатные осадки. Дело в
том, что в морской воде содержатся ионы кальция и магния, которые с
карбонатным ионом могут превращаться в малорастворимый карбонат кальция
СаСО3 и магния MgCO3. Многие морские организмы извлекают первую соль из
морской воды и строят из нее панцири. При отмирании этих организмов за
большие периоды времени на дне образуются огромные скопления панцирей. Так
формируются залежи мела, а в результате вторичных геологических превращений
— залежи известняков, часто в виде бутовых плит. Как мел, так и бутовый
камень широко используют в строительном деле.
Зеленому покрову Земли невозможно справиться с задачей удержания
примерно на одном и том же уровне содержания СО2 в атмосфере. Подсчитано,
что наземные растения для построения своего тела ежегодно потребляют из
атмосферы 20 млрд. т СО2, а обитатели океанов и морей извлекают из воды 155
млрд. т в пересчете на СО2.
Не менее важным веществом в создании «парникового эффекта», чем СО2,
является атмосферная вода. Она также перехватывает и поглощает тепловое
излучение Земли. Однако в атмосфере ее гораздо больше, чем углекислого
газа. Атмосферную влагу, особенно в виде облаков, иногда сравнивают с
«одеялом» планеты. Многие замечали, при ясном и безоблачном небе ночи
бывают холоднее, чем в облачную погоду.
К основным потребителям пресной воды относятся: сельское хозяйство
(70%), промышленность, включая энергетику (20 %) и коммунальное хозяйство
(~ 10 %). В промышленном производстве наиболее водоемкими являются
химическая, целлюлозно-бумажная и металлургическая промышленность. Так, на
изготовление I т синтетического волокна расходуется 2500—5000, пластмассы —
500—1000, бумаги — 400—800, стали и чугуна — 160—200 м3 воды. Опыт
показывает, что на бытовые нужды житель благоустроенного города расходует
200—300 л воды в день. Распределение потребления воды в среднем следующее:
на приготовление пищи и питье расходуется всего лишь 5 %, в смывном бачке
туалета — 43, для ванны и душа — 34, на мытье посуды — 6, на стирку — 4, на
уборку помещения — 3 %.
Для приготовления пищи и в качестве питьевой может быть использована
природная вода, если она не содержит вредных микроорганизмов, а также
вредных минеральных и органических примесей, если она прозрачна, бесцветна
и не имеет привкуса и запаха. В соответствии с Государственным стандартом
содержание минеральных примесей не должно превышать 1 г/л. Кислотность воды
в единицах рН должна быть в пределах 6,5—9,5. Концентрация нитратного иона
не должна превышать 50 мг/л. Естественно, что она должна также отвечать
бактериологическим требованиям и иметь допустимые показатели на токсичные
химические соединения. Этим требованиям наиболее часто удовлетворяет
колодезная и родниковая вода. Однако в больших количествах найти воду,
отвечающую Государственному стандарту, трудно. Поэтому ее приходится
очищать на специальных станциях. Основными стадиями очистки являются
фильтрование (через слой песка) и обработка окислителями (хлором или
озоном). В некоторых случаях приходится применять коагуляцию. Для этого
используют сульфат алюминия A12{SO4)3. В слабощелочной среде, создаваемой
карбонатами кальция, под действием воды эта соль гидролизуется и из нее
получается хлопьевидный осадок гидроксида алюминия Аl(ОН)3, а также сульфат
кальция CaSO4 в соответствии с уравнением
Al2 (SO4)3 + ЗСа (НСО3)2 = 2AI (ОН) 3 v + 3CaSO4v + 6СО2
Гидроксид алюминия А1(ОН)3 вначале образуется в виде мелких коллоидных
частиц, которые со временем объединяются в более крупные. Этот процесс
называют коагуляцией. При коагуляции хлопья А1(ОН)3 захватывают взвешенные
примеси и сорбируют на своей развитой поверхности органические и
минеральные вещества.
С давних пор для стерилизации питьевой воды использовалось простое
кипячение, а древние греки добавляли в воду сухое вино, что создавало
кислую среду, в которой погибали многие болезнетворные микробы.
Питьевая вода должна содержать небольшие количества растворенных солей
и газов. В зависимости от них в различных местах вода отличается по вкусу.
Макрокомпонентами химического состава поверхностных и некоторых подземных
вод считают ионы Na+, K+, Mg2+, Са2+, SO4, Сl, NO3. Ионы Fe2+, Fe3+, Al3+ в
заметных количествах содержатся только в локальных подземных водах,
характеризующихся кислой средой. Кремниевая кислота H2SiO3 является
преобладающим компонентом в некоторых типах грунтовых и поверхностных вод с
очень малой минерализацией, а также в термальных водах. Границей между
пресной и минеральной водой считается содержание минеральных химических
соединений в количестве 1 г/л.
Природные воды, содержащие соли, растворенные газы, органические
вещества в более высоких концентрациях, чем питьевая, называют
минеральными. Некоторые из минеральных вод содержат биологически активные
компоненты: СО2, H2S, некоторые соли (например, сульфаты натрия и магния),
соединения мышьяка, радиоактивные элементы (например, радон) и др. Поэтому
минеральные воды с давних пор использовали в качестве лечебного средства. В
настоящее время минеральные воды делят на лечебные, лечебно-столовые и
столовые.
Лечебные минеральные воды проявляют свое действие в одних случаях при
наружном, а в других — при внутреннем применении. Конечно, воды, пригодные
для внутреннего применения, иногда оказываются полезными и при наружном
использовании. В качестве лечебных вод широко известны сероводородные
(например, воды в районе курорта Мацеста), в качестве лечебно-столовой воды
наиболее известна «Боржоми», а в качестве столовых вод — «Нарзан» и
«Ессентуки № 20». В различных районах нашей страны как столовые широко
используют разные мест
| | скачать работу |
Химия вокруг нас |