Budowa i właściwości wody
Cząsteczka wody o wzorze H2O jest zbudowana z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru. Ponieważ atom tlenu jest silnie elektroujemny, ładunek par elektronowych, wiążących atom tlenu z dwoma atomami wodoru, grupuje się w pobliżu jądra atomu tlenu. W pobliżu jąder wodorów (protonów) cząsteczka wody wykazuje więc wypadkowy ładunek dodatni, w pobliżu jądra tlenu – wypadkowy ładunek ujemny. Takie rozłożenie ładunków sprawia, że cząsteczka wody jest dipolem (rys.1).
Rys. 1. Budowa cząstki wody.
Woda jest najlepszym i najbardziej uniwersalnym rozpuszczalnikiem zarówno ciał stałych jak cieczy i gazów i jest najbardziej rozpowszechnionym związkiem chemicznym w przyrodzie, znajdującym się w stałym obiegu. Szczególną cechą wody jest jej duża pojemność cieplna, która jest dziesięciokrotnie większa od pojemności cieplnej żelaza i wynosi 4190Kcal/kgK Woda ogrzewa się bardzo wolno, ale za to długo utrzymuje ciepło i dzięki temu jest w stanie skutecznie łagodzić klimat i zmniejszać wahania temperatury. W czasie zamarzania powiększa swoją objętość – zmniejsza się jej ciężar właściwy, a więc staje się „lżejsza”. To właśnie dlatego lód utrzymuje się na powierzchni wody i chroni ją przed dalszą utratą ciepła. Dzięki temu rzeki, jeziora, morza i oceany nie zamarzają do dna, co jest bardzo ważne dla egzystencji w nich żywych organizmów.
Wykres zależności gęstości wody od temperatury
Woda w zależności od temperatury i ciśnienia może występować w trzech stanach skupienia: ciekłym , stałym i gazowym. Punkt w którym woda występuje we wszystkich trzech stanach nazywa sie „punktem potrójnym wody„. Przy ciśnieniu atmosferycznym na poziomie 1013 Pa woda zamarza w temperaturze około 0°C i wrze (czyli paruje w całej objętości) w temperaturze 100°C. Dalsze pogrzewanie wody przy tym ciśnieniu powoduje przejście wody w parę. Jednak przy wzroście ciśnienia woda zaczyna wrzeć w temperaturach znacznie przekraczających 100°C, mamy wtedy do czynienia z wodą „przegrzaną”. Maksymalna temperatura do jakiej można przegrzać wodę wynosi 374°C i nosi nazwę temperatury krytycznej.
Zasoby wodne
Zasoby wodne hydrosfery to ok. 1454 mln km3 wody. Największą część hydrosfery obejmują:
– wody wszechoceanu 94% ogólnej ilości wody; – wody podziemna 4,1%; – lodowce i lądolody 1,65%; – wody w jeziorach 0,02%; – wilgoć glebowa 0,006%; – woda w atmosferze 0,001%; – woda w rzekach 0,0001%.
wody wszechoceanu obejmują obszar 361 mln km2, co stanowi 71% powierzchni globu ziemskiego. Przeciętna głębokość wynosi 3800m. Ten olbrzymi obszar wodny rozdzielony jest kontynentami lub granicami umownymi na 3 wielkie zbiorniki wodne: Ocean Spokojny 180mln km2, Ocean Atlantycki 106mln km2 i Ocean Indyjski 75mln km2. Mniejsze części oceanów, oddzielone w sposób mniej lub bardziej wyraźny od wód otwartych są nazywane MORZAMI, zatokami np. Meksykańska, Bengalska, czy Zatoka Biskajska.
Wody wszechoceanu ze względu, iż zajmują aż 94% objętości całej hydrosfery znajdują się w ciągłym ruchu i mają ogromne znaczenie przyrodnicze i gospodarcze.
Woda wszechoceanu jest słona (zawiera znaczną ilość rozpuszczonych soli mineralnych) średnie zasolenie 35‰ {promile} = 35g/L). Głównym składnikiem tych wód jest NaCl (chlorek sodu) = sól kuchenna. Temp. Wód wszechoceanu zależy od temperatury powietrza i jest zróżnicowana w zależności od szerokości geograficznych. Polska należy do obszarów z bardzo skromnymi zasobami wodnymi – na 1 mieszkańca przypada w naszym kraju 10 razy mniej wody niż w pozostałych rejonach świata, co stawia nas dopiero na 20 miejscu w Europie.
Znaczenie wody w życiu człowieka
Woda jest jednym z najważniejszych składników środowiska, w którym żyjemy. Jest ona, oprócz powietrza, podstawowym elementem potrzebnym do życia. Jak ogromne znaczenie ma w naszym życiu niech świadczy fakt, że jej zawartość w organizmie wynosi od 70 do 90% i zmienia się z wiekiem; w trzymiesięcznym płodzie znajduje się około 90%, u noworodka około 80%, a u człowieka dorosłego 70% wody.
Rys. 2. Człowiek zbudowany jest w 70% z wody.
Woda występuje we wszystkich tkankach naszego ustroju, chociaż jej rozmieszczenie w nim jest nierównomierne. Niezbędna w podtrzymywaniu wszystkich procesów biologicznych, bierze udział w procesie wchłaniania pożywienia z jelit i w odżywianiu komórek. Podczas trawienia pokarmy doprowadzane są do stanu umożliwiającego rozpuszczenie ich w wodzie i rozłożone na drobne cząstki przenikają przez ścianki jelit do krwi i płynu śródkomórkowego, a stamtąd do komórek.
Woda w organizmie jest przenośnikiem i regulatorem ciepła, pochłania jego nadwyżki i wydala je w czasie parowania przez skórę i drogami oddechowymi. Bierze udział we wszystkich reakcjach biochemicznych, zwilża błony śluzowe, gałkę oczną i zapewnia ruchliwość stawów. Dorosły człowiek jest w stanie przeżyć bez jedzenia ponad miesiąc, lecz bez wody zaledwie kilka dni. Niedostateczna jej podaż doprowadza do szybkiego odwodnienia organizmu – niedobór wody wynoszący około 10% masy ciała powoduje niewydolność fizyczną i psychiczną, a utrata 20% może doprowadzić do śmierci.
Dzienne zapotrzebowanie człowieka wynosi średnio 2,5 litra wody, co oznacza wymianę w ciągu doby od 3% do 6% wody ustrojowej. Całość wody znajdującej się w naszym organizmie wymieniana jest w ciągu 20 dni. Ilość wody potrzebna do uzupełnienia bilansu wodnego zależna jest od wielu czynników, przede wszystkim od wieku, aktywności fizycznej, temperatury otoczenia i wilgotności powietrza.
Rys. 3. Bez wody nie ma życia.
Jest sprawą oczywistą, że przy tak olbrzymim znaczeniu wody dla życia ludzkiego niebagatelną sprawą jest jej odpowiednia jakość. Woda musi być odpowiednio czysta, bo jeśli będzie zawierać jakiekolwiek substancje szkodliwe, dostarczy je natychmiast do najdalszych zakątków naszego organizmu. Nie tylko woda bezpośrednio wypijana musi być pozbawiona szkodliwych składników, wysoka jakość wody jest także niezbędna w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i medycynie.
Wymagania, jakim powinna odpowiadać woda pitna, reguluje Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z 4.05.1990 r., w którym określono najwyższe dopuszczalne wartości cech fizycznych wody (smak, zapach, barwę, mętność) i niektórych związków chemicznych, a także jej właściwości bakteriologiczne
– choroba Alzheimera
– astma
– anemia
– zawał serca
– białaczka
– nowotwór nerek, wątroby, żołądka, piersi, płuc, pęcherza moczowego, jelita prostego i skóry
– choroby serca
– egzemy
– łysienie
– zaburzenia układu nerwowego, układu rozrodczego i układu krążenia
– sinica
– mocznica
– zaburzenia wzrostu
– nieżyty żołądka i jelit
– marskość wątroby
– fluoroza