Создание научных основ обеззараживания и очистки воды на основе нанотехнологии (стр. 4 из 12)

rH=(Еh+200)/30+2pH,

где Еh – окислительно-восстановительный потенциал, мВ; рН – показатель кислотно-щелочного равновесия.

Также вычислить значение rH можно, используя специальную диаграмму:

В этой диаграмме значение 0 имеет чистый водород, а значение 42 имеет чистый кислород, соответственно 28 соответствует нормальной среде. Показатели кислотно-щелочного равновесия и окислительно-восстановительного потенциала зависят друг от друга: чем выше значение rH, тем ниже показатель рН, то есть при окислении показатель кислотно-щелочного равновесия уменьшается, а при восстановлении, напротив, увеличивается.

В результате окислительно-восстановительных реакций, которые постоянно протекают в организме человека, высвобождается энергия, которая впоследствии используется для поддержания гомеостаза. Гомеостаз (в переводе с древне греческого гомео означает одинаковый, подобный, а стаз – состояние) – это способность организма сохранять относительное динамическое постоянство своего внутреннего состояния путем проведения скоординированных реакций. Другими словами, энергия, полученная в ходе окислительно-восстановительных реакций, расходуется для обеспечения процессов жизнедеятельности организма человека, а также для регенерации его клеток.

Учеными была проведена серия экспериментов, направленная на установление величины окислительно-восстановительного потенциала человеческого организма. Для измерения был использован платиновый электрод, а для сравнения взяли хлорсеребряный электрон. В ходе эксперимента было выяснено, что в нормальном состоянии Окислительно-восстановительный потенциал человека колеблется от -100 до -200 милливольт. Таким же способом был измерен и окислительно-восстановительный потенциал употребляемой нами питьевой воды, при это было выявлено, что вода, напротив, всегда имеет положительный ОВП в пределах значений от +100мВ до +400 мВ. При чем не имеет значения, какая вода используется для питья или в пищу: водопроводная, купленная в магазинах в бутылках, очищенная при помощи различных фильтров, или с использованием установок обратного осмоса. То есть, проведенные измерения ОВП человека и воды, позволяют сделать вывод, что активность электронов питьевой воды значительно уступает активности электронов человеческого организма. От активности присутствующих в человеческом организме электронов зависят все процессы обеспечивающие его жизнедеятельность. Известно, что все имеющие биологическое значение системы, которые отвечают за накопление и потребление энергии, репликацию и передачу различных наследственных признаков, а также системы организма, вырабатывающие различные ферменты, содержат определенные молекулярные структуры с разделенными зарядами, между которыми образуется напряженность электрического поля в пределах 104-106 В/см. Эти поля определяют передачу зарядов в биологических системах, что в свою очередь обуславливает осуществления выбора и автоконтроля на некоторых стадиях сложнейших биохимических превращений. Активность электронов, которую и выражает окислительно-восстановительный потенциал, оказывает большое влияние на функциональные свойства электроактивных компонентов биологических систем.

Из-за разности ОВП человеческого организма и питьевой воды, при попадании воды в ткани и клетки организма, происходит окислительная реакция, в результате которой клетки изнашиваются и разрушаются. Можно ли уменьшить или замедлить такое клеточное разрушение организма человека? Это возможно, при условии, что вода, которая поступает в организм, будет иметь свойства внутренней среды, а именно окислительно-восстановительный потенциал воды должен иметь значения соответствующие значениям ОВП человеческого организма. Чем больше разность ОВП человека и воды, тем больше требуется затрат клеточной энергии для достижения соответствия воды и внутренней среды организма. При условии, что ОВП питьевой воды соответствует Окислительно-восстановительный потенциал внутренней среды человека, вода усваивается клетками организма без использования электрической энергии мембран клеток. В случае, если окислительно-восстановительные потенциал воды имеет большее отрицательное значение, нежели ОВП внутренней среды человека, то при ее усвоении выделяется энергия, расходуемая клетками в качестве энергетического запаса антиоксидантной защиты, которая является основным щитом организма от отрицательного влияния, которое оказывает на него окружающая внешняя среда.

1.3 Кислотно-щелочное равновесие воды

Существует несколько показателей, которые характеризуют качество воды. Одним из наиболее важных для потребителей является показатель кислотно-щелочного равновесия воды. Для того чтобы дать определение этому показателю, необходимо обратиться к понятию электролитической диссоциации. Под электролитической диссоциацией в химии принято понимать распад молекул исходных веществ в растворах. Так при воздействии на воду слабого электрического поля, часть ее молекул распадается на свободные водородные ионы (Н+) и гидроксильную группу (ОН-). При равном содержании водородных ионов и гидроксильных групп считается, что вода имеет нейтральную реакцию. В нейтральной воде процессу распада подвержена одна молекула на каждые 10 миллионов, если выразить это математически, то получим 10 в степени 7.

Эта степень и является показателем кислотно-щелочного равновесия (рН). Показатель кислотно-щелочного баланса воды можно вычислить как отрицательный логарифм концентрации ионов водородов: рН=-log(Н+)

Как было сказано ранее, показатель кислотно-щелочной реакции нейтральной воды рН=7, в такой воде либо полностью отсутствуют кислоты и щелочи, либо и те и другие содержатся в одинаковом количестве. Если в воде содержится большее количество щелочи (преобладает гидроксильная группа ОН), то показатель рН такой воды возрастает, в случае же, если в воде превалируют ионы водорода (то есть содержится повышенное количество кислот), то значение показателя кислотно-щелочного равновесия будет меньше 7. В графическом виде шкалу показателей кислотно-щелочного равновесия можно представить в виде прямого отрезка с делениями от 0 до 14. В этом случае показатель рН=7 нейтральной воды будет располагаться в середине этой шкалы, слева от него (от 7 до 0) показатель рН воды с повышенным содержанием кислот, а справа (от 7 до 14) – вода повышенной щелочности.

Следует учитывать, что показатель кислотно-щелочного равновесия не является количественной величиной, он учитывает интенсивность, то есть степень кислотности или щелочности воды. Количественное содержание в воде веществ, которые способны нейтрализовать присутствующие щелочи или кислоты, характеризует кислотность или щелочность этой воды.

Рассмотрим более простую аналогию: пробуя пищу на вкус, мы можем определить какая она – соленая или нет, но не количество (массу) соли, которую использовали для приготовления пищи. Показатель рН является одним из определяющих факторов, характеризующих происходящие в воде биологические и химические процессы. Именно от этого показателя зависит скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, а также токсичность загрязняющих примесей и многое другое. Показатель рН природной воды может колебаться в пределах от 4,6 до 8,3 и не оказывает непосредственного влияния на потребительские качества воды, так для речной воды рН колеблется от 6,8 до 8,5 единиц, в атмосферных осадках рН от 4,6 до 6,1, в болотах – 5,5-6,0, а в соленой морской воде – 7,9 -8,3. Если показатель кислотно-щелочного равновесия воды понижен, то такая вода обладает высокой коррозионной активностью. При рН более 11, вода может нанести вред здоровью человека: вызвать раздражение слизистой оболочки глаз и кожи, такая вода имеет повышенную мылкость и характерный неприятный запах. Для питья, приготовления пищи и других хозяйственно бытовых нужд рекомендуется использовать воду с показателем рН от 6 до 9 единиц.

Показатель рН биологических жидкостей человеческого организма расположен в пределах от 7 до 7,5. Хотя в организме человека присутствуют жидкости с ярко выраженным кислотным характером, это моча и желудочный сок, рН которых равен 5,5. Увеличение рН биологических жидкостей в сторону большей кислотности может привести к возникновению серьезных расстройств и заболеваний организма. Внешне состояние о кислотно-щелочного равновесия крови человека характеризуется цветом его конъюнктивы в уголках глаз. Так при оптимальном кислотно-щелочном балансе цвет конъюнктивы ярко-розовый, если у человека в крови повышается щелочность, она приобретает темно-розовый окрас, а при увеличении кислотности становится бледно-розовой. При чем цвет конъюнктивы изменяется через 80 секунд после употребления веществ, влияющих на кислотно-щелочной равновесие.

Поскольку показатель кислотно-щелочного равновесия воды, оказывает прямое влияние качественные характеристики воды (привкус и внешний вид), а также на здоровье человека, то на всех стадиях водоочистки необходим строгий контроль рН. Для разнообразных систем водоочистки предъявляются различные требования к показателю рН, которые вырабатываются в зависимости от состава воды, материала систем распределения и методов водообработки.