При +4°С градусах плотность воды превышает плотность льда, благодаря чему охлаждаясь сверху вода опускается на дно лишь до тех пор, пока ее температура не достигнет +4°С, вследствие чего лед остается на поверхности водоемов, что делает возможным жизнь под слоем льда водной флоры и фауны.
Данные свойства воды связаны с существующими в ней водородными связями, связывающими между собой молекулы, как в жидком, так и в твердом состоянии.
Еще одним свойством воды является то, что она обладает высокой теплоемкостью (4,1868 кДж/кг), это объясняет, почему в ночное время и при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или во время перехода от зимы к лету также медленно нагревается. Благодаря этому свойству вода является регулятором температуры на Земле.
Вода обладает большой удельной теплоемкостью и является хорошим теплоносителем.
Среди всех жидкостей вода имеет самое высокое поверхностное натяжение, исключение составляет только ртуть. Дистиллированная вода не проводит электрический ток, так как она слабый электролит и диссоциирует в малой степени.
Однако вода способна стать хорошим проводником при условии растворения в ней даже малого количества ионных веществ.
По массе в состав воды входит 88,81% кислорода и 11,19% водорода, вода кипит при температуре +100°С, а замерзает при 0°С, она плохой проводник для электричества и теплоты, но хороший растворитель.
Вода является растворителем необходимым для протекания биохимических реакций, она хорошо растворяет ионные и многие ковалентные соединения. Своими способностями к растворению многих веществ вода обязана полярности своих молекул (при растворении ионных веществ молекулы воды ориентируются вокруг ионов).
Тяжелой водой (D2О) называется та вода, в состав которой входит изотоп водорода дейтерий, химические реакции с такой водой протекают медленнее, чем с обычной.
| Физические свойства | Н2О | D2О |
| Температура кипения (°С) | 100 | 101,4 |
| Температура кристаллизации (°С) | 0 | 3,8 |
| Плотность при 20°С (г/см3) | 0,9982 | 1,1050 |
| Молекулярная масса | 18 | 20 |
Физические свойства воды аномальны, вода является единственным веществом на Земле, существующим в жидком, твердом и газообразном состояниях.
Состав воды
| Катионы и анионы | Содержание, мг/л |
| Кальций(Са2+) | 2,7 |
| Магний(Mg2+) | 1,0 |
| Натрий(Na+) | 40,5 |
| Калий(K+) | 0,3 |
| Хлориды(Cl-) | 4,4 |
| Сульфаты(SO42-) | 2,1 |
| Фториды(F-) | 0,26 |
| Гидрокарбонаты(HCO3-) | 91,5 |
| Общие характеристики | |
| Общая минерализация | 168,5 |
| Жесткость | 0,28 |
| Водородный показатель рН | 6,92 |
Кальций является чрезвычайно важным минеральным веществом. Человеческое тело содержит до 1,5 кг кальция, 99% которого находится в костях и зубах. Кальций участвует в строительстве костей, он необходим для возбуждения нервов, работы мышц, свертываемости крови и передачи гормональных сигналов. Кроме того, кальций регулирует активность различных ферментов и имеет противовоспалительные и антиаллергические свойства. Недостаток кальция приводит к нарушениям работы мышц и является причиной остеопороза.
Магний, как и калий, очень важный элемент в клетке. Он активирует ферменты, запускающие различные химические реакции в организме, принимает участие в функционировании мышечных и нервных клеток и играет ключевую роль для нормального функционирования сердца и кровообращения. Организм теряет магний при потении, употреблении спиртного или в результате стрессов. Последствиями может быть раздражительность, слабая концентрация, судороги мышц и нарушения сердечного ритма.
Натрий – это жизненно важное минеральное вещество, основная
задача которого состоит в том, чтобы вместе с хлоридами регулировать водно- и кислотно-щелочной баланс организма. Совместно с калием натрий играет значительную роль при возбудимости нервов. Кроме того, он участвует в транспортировке углеводов кишечником.
Калий – минеральное вещество, которое играет ведущую роль в функционировании мышечных и нервных клеток. В частности, он жизненно необходим мышечным клеткам сердца, которые нуждаются в достаточном содержании калия. Недостаток калия может выражаться как общей усталостью, так и судорогами мышц, а также мышечной слабостью или нарушениями сердечного ритма.
Хлориды определяют совокупность находящегося в теле хлора, который способствует поддержанию кислотно-щелочного баланса жидкостей и играет важную роль при производстве желудочной кислоты.
Сульфаты являются солями серной кислоты, которые, в сочетании с магнием и натрием, активизируют пищеварение. Также сульфаты могут содействовать выведению вредных веществ почками и предотвращать формирование мочевых камней.
Кроме известного антикариесного воздействия фтора отмечается его свойство являться биокатализатором процессов минерализации, что используется в лечебных целях при остеопорозе, рахите и других заболеваниях, а также способность фтора стимулировать иммунореактивность и кроветворение в организме человека. На основе натурных наблюдений показано, что природные воды с повышенным содержанием фтора в сочетании с кальцием положительно влияют на устойчивость организма к радиационному поражению. Фтор даже способен снижать концентрацию стронция в костной ткани примерно на 40%, и этот процесс не сопровождается обеднением скелета кальцием.
Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и, в меньшей степени, магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости), способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.
В таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.
| Катионы | Анионы |
| Кальций (Ca2+) | Гидрокарбонат (HCO3-) |
| Магний (Mg2+) | Сульфат (SO42-) |
| Стронций (Sr2+) | Хлорид (Cl-) |
| Железо (Fe2+) | Нитрат (NO3-) |
| Марганец (Mn2+) | Силикат (SiO32-) |
На практике, стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, «вклад» в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).
Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород.
Содержание солей жесткости в питьевой воде в пределах 1 – 4 мг-экв/л не только улучшает её вкусовые качества, но и способствует протеканию нормальных обменных процессов в организме. С питьевой водой человек получает 1-2 г минеральных солей в сутки, а, в связи с тем, что в отличие от многих пищевых продуктов ионы в воде находятся в гидратированном состоянии, их усваиваемость организмом увеличивается на порядок.
Величина pH может быть от 0 до 14 и показывает, является ли раствор кислым, нейтральным или щелочным. Если величина pH меньше чем 7, – то раствор кислый, как, например, лимонный сок, имеющий величину pH 2-3. Растворы с величиной pH 7 нейтральны, то есть ни щелочные, ни кислые, как например, дистиллированная вода. Растворы с величиной pH более 7 щелочные.
Гидрокарбонат – необходимый организму элемент, который регулирует кислотно-щелочной баланс. Он связывает и нейтрализует повышенную кислотность, например, желудочного сока, крови, мышц, не нанося им вреда. Совместно с углекислотой гидрокарбонат образует так называемую буферную систему, которая, поддерживает рН крови.
Общая минерализация – это показатель содержания растворенных в воде веществ или общее солесодержание, поскольку вещества, растворенные в воде, находятся в виде солей (гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия).
По общей минерализации воды делятся на следующие категории:
| Категория вод | Минерализация, г/дм3 |
| Рассолы | > 35 |
| Воды повышенной солености | 10 – 35 |
| Соленые | 3 – 10 |
| Солоноватые | 1.0 – 3.0 |
| Воды с повышенной минерализацией | 0.5 – 1.0 |
| Пресные | 0.2 – 0.5 |
| Ультрапресные | < 0.2 |
Микроэлементы – это жизненно необходимая для организма группа минеральных веществ. Они нужны человеческому организму в небольших количествах, но при этом имеют очень большое значение. Микроэлементы являются важными составляющими белков, гормонов, энзимов, участвуют во множестве функций обмена веществ, активизируют иммунную систему и укрепляют иммунную защиту. К ним относится железо, кремний, цинк, марганец, медь, селен, хром, молибден.
Атмосфера рассматривается как огромный «химический котел», который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания. Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам – всей окружающей среде. Очистка воздуха от примесей.
Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используют следующие меры: - экологизацию технологических процессов; - очистку газовых выбросов от вредных примесей; - рассеивание газовых выбросов в атмосфере; - устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.