Вода: фізичні та хімічні властивості

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Чи не звертали ви увагу на те, що все або майже все, що відбувається в світі навколо нас, так чи інакше пов’язане з водою? Вода – це гідросфера Землі: її океани, річки, озера. Три відсотки всієї маси води на планеті міститься в атмосфері. При виверженнях із земних глибин вириваються водяні пари…

Вода є не тільки на Землі. Нещодавно в нашій галактиці виявили величезні скупчення водяної пари — справжні космічні хмари, розміри яких сягають сотень мільйонів кілометрів. Вода входить до складу комет. Сліди її знайдені в атмосфері Марсом і деяких зірок…

Однак найголовніше — це те, що вода пов’язана з існуванням життя. Колискою життя, її первинних форм, мабуть, був океан. Подальший хід біологічної еволюції тісно пов’язаний з перетвореннями, що йдуть у водному середовищі. Видалення води означає загибель або припинення процесів обміну. Висушені насіння рослин можуть зберігатися тисячоліттями, але в такому стані вони не виявляють ознак життя. Але варто їх змочити, і вогник життя робиться помітним — починається проростання, і життєві процеси поновлюються.

Планети, де, за всіма даними, немає води, — мертві. Якщо можна говорити про якісь форми життя на інших космічних тілах, то лише в тому випадку, якщо там буде виявлена вода, саме вода, а не кисень, так як нам відомі форми життя, що не потребують кисню, але не відомі його «сухі» форми. Чим чудова вода? Чому вона відіграє таку важливу роль у всьому на нашій планеті?

Хімічні властивості води

Після того, як Менделєєв сформулював свій періодичний закон, стало неможливим порізно розглядати властивості простих речовин. Таблиця Менделєєва зв’язала різні речовини однією загальною закономірністю. Ця закономірність проявляє себе в безлічі приватних зв’язків. Наприклад, властивості водневих сполук ряду металоїдних елементів, що утворюють вертикальні стовпці, в таблиці Менделєєва, змінюються з ростом маси атома. Можна чітко простежити ці зміни: міцність з’єднань убуває, щільність збільшується, підвищується температура кипіння і плавлення і т. д.

Вода — це водневе з’єднання кисню. Кисень – елемент шостої групи таблиці Менделєєва. У тій же групі (і підгрупі) знаходяться сірка, селен, телур. Якщо порівняти властивості їх сполук з воднем (гідридів), то побачимо, що температура кипіння знижується при переході від телуру до сірки. Сірководень кипить вже при мінус 60 градусах. Значить, з’єднання кисню з воднем при нормальних умовах — при нулі градусів — має бути газом. Вода — газ! Це і було б нормою, але, на щастя для нас, вода чомусь відхиляється від правила.

Така дивина води не єдина. Вода незвичайна і в інших відносинах. У неї дуже велика теплота випаровування, теплоємність, водяна пара при швидкому розширенні конденсується, замість того щоб переходити у стан ненасиченої пари, щільність води збільшується при зміні температури від 0° до +4°С, а потім знову падає; тверднучи, вода розширюється.

Перелік дивацтв води не вичерпаний, але для нас достатньо і цього. Подумаємо про те, що означають для життя дивовижні її властивості. Спробуємо уявити собі Землю і
життя на ній за умови, що вода — речовина «нормальна».

Немає морів і океанів, немає річок і озер, всі рослини і тварини зневоднені, а атмосфера насичена газом Н₂0.

Припустимо, що ненормально висока теплоємність води теж знизилася, наприклад, в 20-30 разів. Тоді води океанів і морів вже не зможуть накопичувати достатню кількість теплоти — вони стануть швидко нагріватися літом і сильно охолоджуються взимку. Різкі коливання температури викличуть розтріскування гірських порід, змінять рельєф земної поверхні. Але розтріскування порід – результат розширення води при замерзанні, це ж теж аномалія! Припустимо, що немає і її, — гірським породам від цього, звичайно, буде легше, але лід почне утворюватися на дні водойм, і вони стануть промерзати повністю. Наслідком виявиться загибель і риби, і всього життя в річках і озерах.

Невесела виходить картина, чи не правда? Але і це не все. Є у води ще одна дивовижна якість: в ній різко послаблюється сила взаємодії між електричними зарядами. Наприклад, якщо заряджені тіла перенести з повітря у воду, ця сила впаде у 80 разів!

А результат! Які грандіозні наслідки має така, здавалося б, суто спеціальна обставина.

Послаблюючи взаємодію електричних зарядів, вода підтримує розчинені в ній солі, кислоти і основи в іонізованому стані. А швидко протікаючі хімічні реакції найчастіше відбуваються якраз між іонами.

Ось ми і дісталися до самих глибин життя; адже іони – це одна з головних сил в життєвих процесах. Іони регулюють дію безлічі біологічних каталізаторів — ферментів, без яких немислиме життя; переміщення іонів через біологічні мембрани зумовлює передачу нервового збудження; концентрація іонів у ґрунті дає можливість нормального росту рослин і т. д. Висновок: вода не могла б стати середовищем для життя, якби вона не викликала утворення іонів.

Життя зародилося у воді; цілком природно, що вся хімія життя нерозривно пов’язана з маленькими молекулами Н₂0; всі форми, всі типи реакцій, напрямок розвитку і формування функцій живих систем так само, як і величні картини неживої природи, несуть на собі відбиток властивостей і діяльності молекул води!

Молекула води

Дивацтва води, зараз вивчені досить грунтовно. Головний секрет таїться в конструкції молекули води. У цій молекулі атом кисню двома окремими зв’язками зчеплений з двома атомами водню. Зв’язки ми можемо зобразити у вигляді паличок, і можна уявити собі багато способів їх взаємного розташування.

Насправді ж у молекулі води реалізований тільки один — палички розташовані в одній площині з кутом між ними приблизно в 105°. На схрещенні паличок-зв’язків знаходиться атом кисню, на протилежних кінцях паличок містяться атоми водню. Але палички, хоч вони і розведені одна від одної, все-таки спрямовані в одну сторону. І, значить, у молекули води одна сторона — киснева, а інша — воднева. У цьому вся справа.

Але розповімо спочатку про деякі тонкощі в тому, як виникає ця конструкція. Читач, якого відлякують складності атомної фізики, може пропустити наступну главу.

Електронні тонкощі

Утворюючи молекулу води, атоми кисню і водню схоплюються, зчіплюються своїми електронними оболонками. У атома кисню є так звані р-електрони — їх чотири і розподіл їх щільності можна уявити собі у вигляді фігур (об’ємних тіл), що нагадують гантелі. Крім того, у кисню є ще два електрона, розташованих так, що розподіл їх заряду має сферичну симетрію (електрони е-типу).

Атоми водню мають електрони, щільність яких теж розподілена сферично. Для утворення зв’язку треба, щоб електронні хмари атомів кисню і водню перекрилися, тобто їх електрони стали спільними, як на цьому малюнку.

Перекриття і відбувається між гантелеподібними хмарами р-електронів кисню і сферичними хмарами атомів водню. На утворення зв’язку потрібно два електрони – по одному, від кожного атома; ця пара електронів і утворює загальну зарядову хмару. Після утворення зв’язків у кисню залишається два електрони р-типу і два Е-типу, які не були використані. Яка роль цих невикористаних електронів?

Два зв’язки в молекулі води, дві палички Н=0 мають на одному кінці позитивний, а на іншому — кисневому кінці — негативний заряд. Така конструкція називається диполем. Якби палички-диполі були розташовані на одній прямій — як продовження одна одної з атомом кисню посередині, вони взаємно компенсувалися б, і загальний дипольний момент молекули був би рівний нулю.

Однак цього немає. Палички-зв’язки розведені на кут в 105°, і така конструкція молекули електрично активна. Два електрона в-типу впливають на величину кута між зв’язками. Але дипольний момент молекули води дуже великий і, щоб створити його, однієї зігнутості молекули мало. В справу вступають два інших невикористаних для зв’язків р-електрона атома кисню. Обертаючись навколо свого ядра, вони на кисневому, «боці» молекули створюють додатковий негативний заряд.

Фізичні властивості води

Отже, природа «зігнула» молекулу води і зробила її активним диполем. Диполі ж, як відомо, енергійно притягуються один до одного. Але чим відрізняється рідина від газу? Перш за все, саме силою взаємодії між молекулами. Чим сильніше зчіплюються один з одним диполі-молекули, тим більшу треба затратити роботу, щоб їх розділити,— тим вища теплота випаровування…

При випаровуванні вода повинна поглинати величезну енергію. При випаровуванні! А значить, в звичайних умовах вона повинна бути саме рідиною: адже додаткова гігантська енергія в звичайних умовах відсутня.

А у молекул сірководню — для порівняння — дипольний момент вдвічі менше, сила тяжіння між ними слабкіше, і в звичайних умовах сірководень — газ.

Але справа не тільки у величині дипольного моменту. Молекули води з’єднуються одна з одною ще й так званими водневими зв’язками. Що це таке? Ядра водню в молекулі води “тягнуться” не тільки до “свого” кисню, але і до електронів кисню у сусідів. Звичайно, до свого «господаря» – кисню протон притягується сильніше, ніж до «чужинця». Тому водневі зв’язки не строго симетричні.

У інших гідридів вони теж є. Але вони слабкі, так як відстані між молекулами, наприклад, сірководню більші (зв’язки довше), ніж у води. Велике число електронних оболонок не дозволяє молекулам інших гідридів зблизитися, а значить, не дозволяє водневим зв’язкам проявити себе. А в молекулах води електронних оболонок небагато, і водневі зв’язки дуже енергійні в своїй сукупності.

Молекули води міцно зчеплені одна з одною; так міцно, що в ній народжується величезний внутрішній тиск: приблизно 20 000 атмосфер. З такою силою шари молекул води притиснуті одна до одної; не дивно, що це практично нестислива рідина.

Вода: порядок або хаос? Структура води.

Але якщо диполі так міцно зчіплюються один з одним, то як же виглядає структура води, та й чи можна взагалі говорити про неї? Чи розташовані диполі у воді безладно або в їх просторовому розміщенні є якась правильність? На перший погляд, відповідь очевидна. Адже молекули рухаються і притому хаотично, про яке ж регулярне розташування взагалі йде мова? Однак дані, отримані за допомогою рентгенографічного аналізу, говорять про інше: у воді є явні ознаки впорядкованої структури.

Припустимо, що всі рухи молекул води на мить припинилися, і припустимо, що ми в стані бачити кожну молекулу. Тоді, глянувши на воду, ми виявимо в ній так званий ближній порядок. У безпосередній близькості від обраної нами молекули води інші молекули розташовані за певним законом.

Особливість рідин не в тому, що в них немає впорядкованості, а в тому, що цей порядок не строго витримується в часі і в просторі. Якщо відсунутися подалі від обраної молекули, то ми потрапимо в область, де порядок вже порушений. А якщо почекати деякий час, то виявиться, що і ближні молекули обмінюються місцями. У воді немає хаосу, але порядок знову і знову порушується, а потім відновлюється. Величезні сили внутрішнього тиску, стискаючи воду, обмежують можливості швидких переміщень — одна молекула «топчеться» близько іншої, поки їй вдасться покинути своє місце і зробити більш або менш значний стрибок в сторону. Правда, тривалість “топтання” велика лише за молекулярними масштабами.

Значить, і у води є внутрішня структура. Саме ж вражаюче в ній те, що вона дуже схожа на структуру льоду. Лід побудований так. Кожна молекула води в ньому оточена чотирма сусідніми.

У цій кристалічній решітці є порожнини — порожнечі. Такі ж порожнечі зберігаються і в структурі води. Як ми побачимо далі, вони грають важливу роль — це молекулярні «пастки», куди потрапляють молекули різних речовин, іони, а іноді і молекули самої води. В кристалі льоду така структура поширюється на весь кристал. В рідкій воді, охолодженій до температури, близької до нуля, теж є подібність правильного розташування молекул, але вже з деякими порушеннями порядку, або, як кажуть, з «дефектами»: то одна молекула потрапить в порожнину, то виявиться недостача молекули в оточенні цієї порожнини і т. д.

Значить, чим більше порядку в розташуванні молекул води, тим більше “пустот” і менше щільність. Коли ж молекули розташовані безладно, щільність збільшується — адже все більше число молекул потрапляє в «порожнечі». Зрозуміло, чому при плавленні льоду спостерігається стиснення, а замерзання рідкої води, навпаки, супроводжується розширенням.

Скорочується обсяг води і при нагріванні її від 0° до + 4°: в цьому температурному інтервалі молекули води найінтенсивніше впроваджуються в порожнечі решітки, і щільність зростає.

Чим вище температура води, тим, звичайно, менше порядку в розташуванні молекул, і тим менш структура рідкої води схожа на структуру льоду. Але є умови, в яких рідка вода дуже схожа на лід, — умови, коли молекули води знову набувають впорядковане розташування. Як не дивно, але, мабуть, цей ефект цілком чітко виражений в біологічних системах — близько білкових молекул, на поверхні клітинних мембран і т. д.

Наше тіло на 70 відсотків складається з води; невже ми на 70 відсотків складаємося з льоду? Не зовсім так, але все-таки дуже схоже на це…

Чисто фізичні дослідження показали: тонкі шари води, затиснуті між двома пластинками із слюди, виявляють властивості, характерні не для рідкої води, а для льоду! На поверхні різних твердих тіл вода, за останніми даними, теж структурно впорядкована і має схожість з льодом.

По-друге. Активність молекул води і їх прагнення «організуватися» знаходить своєрідне вираження у взаємодіях між водою і різними речовинами. Коли у воду потрапляє кристал солі, молекули води негайно притягуються до іонів на поверхні кристала. Енергія їх взаємодії така велика, що іони покидають свої місця в кристалічній решітці і йдуть у водне середовище, оточені оболонками з молекул води: сіль починає розчинятися.

Водяна «шуба» складається не з одного шару, але чим далі від іона, тим слабший зв’язок, і її межі досить «пухнасті» і розпливчасті — мабуть, лише 4-6 молекул води цілком пов’язані з іоном.

Так само, як і навколо іонів, молекули води можуть орієнтуватися, наприклад, близько молекули метану — тоді виникає гідрат цього газу. Грона молекул води в гідраті отримали назву «айсбергів» — стан води в них нагадує будову кристалів льоду.

В трубопроводах газових мереж не раз знаходили скупчення снігу і льоду, причому вони залишалися твердими і при температурі +20°. Це і були «айсберги», що виросли навколо молекул метану.

Затравкою для таких з’єднань може бути не тільки метан: етан, етилен, хлор, двоокис сірки і навіть інертні гази (аргон, криптон) утворюють подібні гідрати. Загадка «айсбергів» роз’яснюється несподівано просто. Молекули газів потрапляють в порожнечі між молекулами води. Застрягши в них, вони впорядковують навколишні молекули води. Припускають, що в гідратах молекули води розташовані по кутах п’ятикутників, а з п’ятикутників будуються складні багатогранники – простір всередині них заповнений газом. Якщо газ видалити, стійкість всього каркаса зменшується, і він починає руйнуватися і перебудовуватися. Деякі дослідники вважають, що точно так само, оточуючи вуглеводневі групи, що входять до складу білків, вода стабілізує молекули білка. А це означає, що форми, в яких білкові молекули знаходяться і діють в організмах, в значній мірі пов’язані з впливом води.

Вода в тканинах тварин і рослин не являє собою хаосу; її молекули розташовані відносно впорядковано, і справді можна сказати, що у води в нашому організмі є певна схожість з льодом.

Активність і холод

Заледеніння, замерзання, застигання — слова, з якими у нас міцно пов’язано уявлення про зниження активності; життя завмирає при зниженні температури швидкість хімічних реакцій ніби теж зменшується. Але справа не така проста. Вода і лід і тут виявляють своєрідність.

Вода, як відомо зі шкільного курсу хімії, поганий електроліт. Лише невелика частка її молекул дисоціює на іони Н+ і ОН-. Лід дисоційований ще менш, і, якщо літр води замерзне, в ньому залишиться тільки тисячна частка від тієї кількості іонів, яка була в рідкій воді.

Але разюче: різке зменшення концентрації іонів дуже слабо відбивається на електропровідності. У льоду вона всього в три рази менше, ніж у води, – в три, а не в тисячу! Між тим електричні заряди переносяться саме іонами Н+ і ОН-, і слід було б очікувати, що зменшення їх числа позначиться на здатності проводити струм.

Однак електропровідність залежить не тільки від числа іонів, але і від їх рухливості. У кристалічній решітці льоду іони стають «стрімкими» — і ця стрімкість відшкодовує різке падіння їх числа.

Втім “стрімкість” – це грубо метафоричний вираз. Справа не тільки в тому, що іони прискорюють свій біг — справа в тому, що в льоду виникає особливий механізм, який організує рух іонів. Механізм цей називають ланцюговим, або естафетним. Ось як він діє. Іон водню наближається до молекули води, виникає водневий зв’язок. Потім цей зв’язок переходить в звичайний хімічний, а інший іон водню, що раніше належав молекулі, відщеплюється. Він приєднується до наступної молекули, від якої так само одночасно відокремиться новий іон водню, і, рухаючись по ланцюгу, процес буде тривати.

Швидкість, з якою він відбудеться, залежить не від індивідуальної швидкості іонів, а від швидкості обміну ними між молекулами води. В кристалі льоду панує внутрішній порядок, і обмін йде легко. А в рідкій воді, раз у раз, натикаючись на зони порушень або на порожнечі, іони будуть втрачати швидкість свого бігу уздовж по ланцюжку молекул. Отже, в льоду насправді, виявляється, “рухатися” легше, ніж у воді, тому лід і прискорює багато реакцій. Лід — справжній каталізатор!

Але ж схожі на лід «айсберги» є і в організмах, і в них, значить, теж легше протікають різні реакції. Перенесення іонів відіграє важливу роль у дії ферментів і в роботі білкових мембран різного типу — оболонці клітини, і в оболонці її ядра, і в мітохондріях (енергетичних станціях клітин), і в рибосомах, де будуються нові молекули білків, словом, всюди. Тому вода не просто середовище, це, по Сьєнт-Дьєрді — невід’ємна частина живої машини.

Ми підійшли до кінця розповіді… який підсумок? Що ж, вода і справді якась «ненормальна» речовина, на «ненормальних» властивостях якої (як фізичних, так і хімічних) тримається звична картина природи?

Ні, звичайно. «Незвичайність» води більш ніж звичайна, вона природна. Вона — свідчення того, що при переході від одного атома до іншого в підгрупі періодичної системи відбуваються зміни. Накопичуючись, ці зміни стають все більш відчутними, і раптом різкий стрибок.

Повернімося знову до диполів води. Їх тісно зчіплюють один з одним потужна електрична активність і дія водневого зв’язку.

В інших елементів шостої групи дуже велика екрануюча дія електронних хмар – водневий зв’язок не може «пробитися» крізь них. У телуру, і у селену, сірки занадто багато вільних, незайнятих електронів. Повиті ними, важкі молекули гідридів слабо пов’язані одна з одною. І всі вони при нормальних умовах – гази.

Однак при русі від одного члена групи до іншого електронів в атомах стає все менше, і у кисню їх вже так мало, що водневий зв’язок починає пробиватися, активно проявляючи себе.

Так, часом повільно і поступово, розсіюються хмари, поки не розірветься сірий пласт. І тут же блисне промінь сонця. І несподіваний стрибок – з похмурої погода стала ясною, все засяяло іншими фарбами.

Електронне «небо» при переході до кисню насправді прояснюється, і в світі гідридів несподівано настає інша погода. У всьому блиску своїх незвичайних властивостей на сцені світу з’являється Вода.

Що таке жорстка вода та як її визначити?

Нам пощастило жити в країні, де немає проблем із водопостачанням. Принаймні таких, як в африканських країнах, де будь-яка вода на вагу золота. Але питання якості води лишається доволі болючим.

Усі багатоповерхівки і багато приватних будинків у містах підключені до системи водопостачання, не менш поширеними є і власні свердловини. Ці джерела постачають до наших осель умовно питну воду. «Умовно» тому, що в деяких регіонах вміст окремих сполук перевищує норму, а в інших вода дійсно відповідає всім нормам, але надходить по трубопроводу 30-40-річної давнини і «забруднюється» по дорозі до споживачів.

Серед найчастіших проблем з водою – надмірна жорсткість.

Що таке «жорсткість» води?

Жорстка або тверда вода – це вода з високим вмістом мінералів, зокрема, кальцію та магнію (інколи – солей заліза). В нормі загальна жорсткість питної води має складати 3-4 ммоль/дм³. А різна кількість солей жорсткості у різних регіонах пов’язана з тим, що вода є розчинником. Проходячи через різні шари ґрунту, породи, вона насичується мінералами. Відповідно, чим більше кальцію, магнію та інших солей жорсткості в землі – тим більший буде їх рівень у воді.

Також розрізняють кілька видів жорсткості води:

• постійна жорсткість (некарбонатна) – це вміст у воді нітратів магнію і кальцію, сульфатів, хлоридів;
• тимчасова (карбонатна) – вміст кальцію і магнію;
• загальна – наявність усіх сполук, характерних для постійної і тимчасової жорсткості.

Найчастіше ми маємо справу із тимчасовою жорсткістю води, а от постійна зустрічається вкрай рідко.

Як в домашніх умовах визначити, що вода – жорстка?

Існує кілька ознак того, що у воді великий вміст кальцію і магнію:

• білий наліт у чайнику, каструлях, іншому посуді та побутових приладах, які використовуються для нагрівання і кип’ятіння води;
• наліт на скляному посуді після миття;
• білі розводи і плями на сантехніці;
• мийні засоби погано піняться: пральні порошки гірше справляються з плямами на одязі, а для миття посуду треба більше засобів.

З часом наліт на побутових пристроях перетворюється на товстий шар накипу, який вкриває нагрівальні елементи, погіршує їхню роботу та призводить до надмірної витрати електричного струму і виходу з ладу обладнання. Сантехніка, зокрема змішувачі, покриваються цим накипом з середини, тому у душовій лійці забиваються отвори, а з крану гірше біжить вода.

Водяна система опалення теж страждає від жорсткої води: поступово труби вкриваються накипом, тому навіть коли котел чи інший генератор тепла працює з великою потужністю – нагрівальні прилади ледь теплі.

Показник твердості можна визначити в домашніх умовах з допомогою спеціальних тест-смужок. Такі продаються в магазинах опалювальної та водоочисної техніки чи в зоомагазинах (акваріумістики), однак результат буде приблизним. Більш точно його можна визначити, здавши воду на аналіз у спеціалізовану лабораторію. Саме таким чином треба визначати твердість перед купівлею очисного обладнання для води, щоб точно обрати потрібні фільтр-установки.

Чим небезпечна жорстка вода для людини?

Уся вода, яка є в природі має певний рівень жорсткості і для людського організму однаково шкідлива як надмірно жорстка, так і м’яка вода. Якщо вміст кальцію і магнію (ці сполуки є найпоширенішими) перевищує 3-4 ммоль/дм³, це з часом матиме негативні наслідки:

• сухість і лущення шкіри;
• висипи та комедони на обличчі;
• тьмяне жорстке волосся;
• набряки кінцівок;
• проблеми із сечовидільною системою.

Таким є перші ознаки високої твердості води, а за її тривалого вживання з часом у нирках утворюються пісок і камені. Тому, як тільки стають помітними перші ознаки (накип, осад, сухість шкіри) – треба терміново вжити заходів щодо пом’якшення води.

Як пом’якшити воду?

Очищення води від кальцію і магнію – це одна з найчастіших причин звернень до компанії Теплосфера. Вирішити проблему жорсткості можна за допомогою кількох видів обладнання:

1. Проточний водяний фільтр – один з найбюджетніших варіантів фільтрації. Пристрій складається із трьох картриджів: механічного, вугільного та іонообмінного, заміну яких треба робити 3-4 рази на рік. Підійде для локального використання у ванній кімнаті чи на кухні.
2. Магістральний фільтр на воду встановлюють на місці вводу води у приміщення, тобто одного пристрою вистачить для приватного будинку чи квартири. Він відфільтрує солі жорсткості та убереже побутові прилади і сантехніку від накипу, нальоту.
3. Фільтр зворотного осмосу – це своєрідна водоочисна станція для дому. Такий пристрій складається з кількох очищувальних картриджів, напівпроникної мембрани і мінералізатора. Його особливість полягає в тому, що фільтр не тільки очищає воду від усіх можливих домішок, а й збагачує її необхідними для людини мінералами. Тому користувачі отримують корисну чисту воду з крана, яку можна пити, використовувати для приготування їжі.

Оскільки тверда вода впливає абсолютно на все у будинку: прилади, сантехніку, систему опалення, посуд, одяг, а особливо – на здоров’я людини, необхідно комплексно підходити до вирішення цієї потреби. А саме:

• провести лабораторний аналіз води, щоб знати точний вміст усіх домішок (не тільки кальцію і магнію, а й механічних та біологічних забрудників, інших сполук та мінералів);
• дібрати фільтруюче обладнання, яке зможе очистити воду від них;
• правильно встановити та підключити фільтри;
• вчасно змінювати картриджі.

Для будинку чи квартири оптимальним буде використання магістрального фільтра на вході в житло. Це дасть можливість надійно захистити усі прилади та сантехніку, покращить якість миття посуду та прання речей. А для отримання питної очищеної води необхідне встановлення фільтра зворотного осмосу, який забезпечує правильний мінеральний склад.

Не варто нехтувати допомогою майстрів у монтажі та підключенні обладнання, оскільки якість встановлення теж впливає на роботу пристроїв. Також слід проводити регулярне сервісне обслуговування, заміну картриджів та інших елементів – це вбереже обладнання від виходу з ладу та ремонту.

Якщо ви помітили проблеми з жорсткістю води в себе вдома – звертайтеся до майстрів компанії Теплосфера. Ми доберемо потрібні фільтри, проведено монтаж з гарантією та забезпечимо якісний сервіс, щоб у вашій оселі завжди була чиста і корисна вода.

Що таке pH води та як він впливає на властивості питної води

Вперше про водневий показник води або pH заговорили 1909 року. У світі практично кожен чув про рівень pH з реклами чи дізнавався з інших джерел інформації. Вплив цього показника вивчений настільки, що можна визначити, яким чином він впливає на властивості води, у тому числі питної. З цієї статті ви довідаєтеся, що таке pH, які бувають рідини за рівнем водневого показника і як самостійно визначити його в домашніх умовах.

Визначення водневого показника pH

Водневий показник pH (вимовляється пе-аш) – це міра кислотності водних розчинів. Від цього показника залежить корозійна агресивність розчину, рівень токсичності, швидкість перебігу хімічних реакцій. Кислотно-лужний баланс води певним чином впливає на організм людини. Саме тому так важливо знати рівень pH води, яку ви п’єте день у день.

Термін pH запровадив датський хімік Сорен Соренсен. Він визначив його як міру активності іонів водню, що своєю чергою виражає кислотність будь-якої рідини. Говорячи про pH води, цей показник демонструє співвідношення кількості іонів H + та OH – , що виникають у процесі дисоціації. Будь-які хімічні речовини при попаданні у воду змінюють кислотно-лужний баланс розчину, тобто змінюють рівень pH. Якщо додати кислоту, то концентрація водню H + у воді підвищується, а гідроксид-іонів OH – – зменшується. Додавання у воду лугу призведе до зростання числа OH – та зменшення числа H + . З цього випливає, що рівень лужності та кислотності води показує кількість елементів, які нейтралізують кислоту та луги відповідно.

Види води за рівнем pH

Виділяють такі групи води залежно від рівня pH:

Яка норма pH води

Вчені сходяться на думці, що pH питної води має приблизно дорівнює рівню pH крові (7,5). З цього випливає, що оптимальний рівень pH води є нейтральним, тобто знаходиться в діапазоні 6,5-7,5 одиниць. Вживання питної води з нейтральним рівнем активності водню позитивно впливає на здоров’я:

• покращує обмін речовин;
• оптимізує кисневий обмін;
• запобігає розвитку серйозних захворювань, онкології;
• загалом збільшує загальну тривалість життя.

Якщо людина замість чистої питної води вживає велику кількість солодких газованих напоїв із барвниками, цукрозамінниками та іншими добавками, то рівень pH знижується. Часто про це свідчить перманентна сухість у роті. Щоб відновити свій водний баланс і привести в норму pH, необхідно пити більше чистої води з нейтральним водневим показником.

Як самостійно виміряти pH води

Якщо ви дбаєте про своє здоров’я і вам важливо знати pH вживаної води, тоді скористайтеся такими методами. Варто відзначити, що домашні методи визначення рівня pH не можуть гарантувати на 100% правильний результат, хоч вони й досить точні. Якщо виникли сумніви щодо результату того чи іншого тесту, здайте пробу води на аналіз до лабораторії.

Визначення рівня pH води за шкалою

Лакмусовий папір

Найпростіше виміряти pH води за допомогою смужок лакмусового паперу. Цей матеріал при зануренні у водний розчин змінює відтінок. Так, наприклад, якщо лакмусовий папір в результаті дослідження став червоним, це говорить про підвищену кислотність води, синій – у воді великий вміст лугу. Разом зі смужками лакмусового паперу, як правило, йде шкала, з якою зручно порівнювати отриманий відтінок та визначити рівень водневого показника обраної питної води.

pH-метр

Якщо порівнювати цей спосіб визначення водневого показника з лакмусовим папером, він дорожчий. Що таке pH-метр? Це спеціальний прилад визначення pH. Бувають побутові та лабораторні pH-метри. У домашніх умовах найчастіше використовують побутові pH-метри, оскільки вони дешевші та простіші у застосуванні. Різні моделі відрізняються кількістю точок, що калібруються, тобто числом буферних розчинів з метою калібрування приладу. Для більш точних вимірювань водневого показника рекомендується використовувати pH-метри з автоматичним калібруванням.

Тест-смужки

Спеціальні смужки для визначення pH важко знайти у продажу, причому ціна далеко не бюджетна. Тест-смужки можна виготовити самостійно та з їх допомогою визначити кислотно-лужний баланс своєї питної води. Як це працює? У природі існує безліч речовин, які змінюють колір від вмісту у розчині іонів водню. Простий приклад, якщо додати в чорний чай шматочок лимона або кілька крапель лимонного соку, він змінить свій колір з коричневого на жовтуватий. Аналогічно поводяться соки багатьох інших фруктів, овочів.

Для виготовлення тест-смужок в домашніх умовах чудово підійде сік червоної (фіолетової) цвітної капусти. У ньому містяться антоціани (ферменти), які фарбують овочі та фрукти у червоний, фіолетовий, синій та жовтий колір. Ці ферменти також реагують на рівень кислотності водних розчинів. При попаданні в кисле середовище, речовина стає червоною, в лужному – синім, в нейтральному – фіолетовим. Аналогічні властивості демонструє буряковий сік.

Щоб провести експеримент у домашніх умовах, помістіть половину качана червоної (фіолетової) цвітної капусти в один літр води, доведіть до кипіння та варіть 30 хвилин. Наріжте смужки зі звичайного паперу для принтера розміром приблизно 1 см на 5 см. Просочуйте смужки готовим розчином протягом 10 хвилин. Дайте смужкам повністю висохнути. Потім наберіть воду в піпетку і крапніть кілька крапель на тест-смужку. Порівняйте отриманий колір з відтінком на шкалі для визначення pH, її легко можна знайти в інтернеті.

Де знайти воду з нейтральним pH

Питну воду з нейтральним рівнем pH можна знайти у будь-якому магазині. Як правило, виробники вказують цю інформацію на етикетці. За стандартом бутельованих вод, у тому числі в тарі 18,9 л вода повинна бути нейтральна за водневим показником, винятком є ​​окремий різновид лужних вод, де спеціально перевищено вміст цієї речовини з метою зміни властивостей питної води. При виборі питної води звертайте увагу на те, чи має продукція сертифікат якості. Сьогодні практично будь-який товар можна купити з доставкою додому чи в офіс. На сайті «Аквагід» ви можете замовити якісну питну воду з нейтральним рівнем pH від надійних виробників.

Якщо ви використовуєте воду з-під крана як столову, то для нормалізації pH та приведення інших показників для норми питної, її необхідно додатково очистити. Для цього підійдуть побутові чи промислові фільтри для води. На нашому сайті ви також зможете вибрати та замовити фільтр, який зробить вашу воду смачною, а головне корисною для здоров’я.

Скільки пити води з нейтральним pH

Загальновідомий факт, що організму людини для нормального функціонування необхідно випивати на день 1,5-2 л чистої питної води. Скільки потрібно пити води з нейтральним рівнем pH, відповідь – стільки ж. У звичайної питної води нейтральний pH, тобто це синоніми. Якщо вам складно відразу почати випивати такий об’єм води за день, почніть з комфортної кількості та поступово збільшуйте об’єм. Страждаєте від того, що просто забуваєте пити воду протягом дня? Поставте нагадування на смартфоні, заведіть будильник або приклейте стікер на видному місці вдома, в офісі.

Вода з нейтральним pH ідеально підходить для щоденного вживання.

Варто зазначити, що частину чистої води ми отримуємо із продуктами харчування. Багато овочів та фруктів містять велику кількість вологи, крім цього вода надходить у наш організм з рідких страв, гарячих та холодних напоїв. Але це не означає, що запас води потрібно заповнювати чаєм чи солодкими газованими напоями. Все ж таки основний об’єм має складати чиста питна вода з нейтральним показником pH.

Кілька рекомендацій про те, як правильно пити воду:

• пийте невеликими ковтками, щоб не розтягувати стінки шлунка;
• випивайте невелику кількість води за 15-20 хвилин до їди, так ви швидше отримаєте насичення і не переїдатимете;
• краще пити воду кімнатної температури, так вона краще засвоюється організмом;
• завжди тримайте перед очима склянку або цілий бутель з водою, щоб не забувати підтримувати водний баланс протягом дня;
• якщо ви постійно перебуваєте в русі, а не сидите на одному місці, завжди носите з собою пляшку з водою, краще зі спеціального пластику;
• пийте воду відразу як тільки відчуєте легку спрагу, при сильній спразі ваш організм вже зневоднений і перебуває в стані стресу, це негативно позначається на роботі всіх внутрішніх органів, у тому числі головного мозку. Намагайтеся не допускати сильного відчуття спраги.

Користь та шкода води з порушеним pH

Ми вже знаємо, що звичайна питна вода має нейтральний pH. Але чим загрожує відхилення від норми? Водневий показник питної води впливає на рівень pH крові. Як тільки він стає нижчим за 7,35 одиниць, настає ацидоз, тобто закислення крові. Подібний стан може бути дуже небезпечним для людини та навіть призвести до коми. Вживання кислої води перешкоджає проникненню кисню до тканин, внутрішніх органів. Також уповільнюється процес засвоєння корисних речовин, посилюється їх виведення. Щоб нейтралізувати кислоту, організму доводиться витрачати велику кількість енергії, ресурсів клітин, що, своєю чергою, провокує хронічну втому, розвиток інфекційних захворювань.

Вживаючи кислу воду на постійній основі порушується обмін речовин, загущується кров, лімфа, підвищується ризик отруєнь. Вода з низьким кислотно-лужним балансом стає причиною погіршення сну, стресу, що негативно позначається на стані шкіри. Кисле середовище є оптимальним для розмноження патогенної мікрофлори, гельмінтів, ракових клітин. Вода з низьким рівнем pH не проникає всередину клітини, вона накопичується та утворює набряки.

При підвищенні рівня pH до 7,45 одиниць настає алкалоз або надмірне накопичення в крові лужних сполук. Це також може бути дуже небезпечним для здоров’я людини. Однак лужна вода також застосовується для профілактики та лікування деяких захворювань. Сьогодні багато людей, що чули про користь такого напою, залужують воду в домашніх умовах. У продажу можна знайти різні мінерали, мінеральні добавки, металеві палички-іонізатори та багато іншого. При регулярному вживанні лужної води (pH=8,5-10) на голодний шлунок спостерігається наступний позитивний ефект:

• проходять запалення;
• відновлюється мікрофлора кишок;
• нормалізується рівень цукру у крові;
• виводяться шлаки та токсини;
• швидке відновлення після фізичних навантажень.

До складу лужної води, а також лужних добавок часто входять такі базові мінеральні речовини, як натрій та калій. Їхній вміст невеликий, щоб надавати профілактичний ефект. Вищу дозу перелічених компонентів можна знайти в аптечних препаратах від зневоднення, їх часто призначають при харчових отруєннях. Основним завданням цих препаратів є доставити в клітини необхідні мінерали, щоб відновити рівень гідратації та запустити метаболічні процеси, тобто харчування та очищення на клітинному рівні.

Важливо! Не займайтеся самолікуванням, якщо у вас немає показань до вживання лужної води, то не варто вживати її як столове пиття щодня. Питна вода з нейтральним pH також є профілактикою багатьох серйозних захворювань, вона здатна полегшити перебіг поточної хвороби, якщо вона є.

Висновок

Водневий показник pH може бути важливим інструментом для визначення якості води, не варто його ігнорувати. Особливо це актуально, якщо ви п’єте не бутельовану воду, а воду під крана або використовуєте дешеві фільтри. Тепер ви знаєте більше про те, що таке pH, які існують групи за водневим показником та як його вимірювати в домашніх умовах.

Якщо ви не хочете щоразу вимірювати рівень pH самостійно, то почніть пити воду з доставкою додому або в офіс. Добросовісні виробники питної води мають сертифікати якості, що гарантує відповідність стандартам питних бутельованих вод, а отже, гарантує нейтральний рівень pH. Дуже важливо пити якісну воду, оскільки це є основою нашого організму. Вживання води, кислотно-лужний баланс якої має значне відхилення від норми, може призвести до необоротних процесів.

Компанія «Аквагід» працює лише з перевіреними операторами доставки питної води в Україні. У нас ви можете замовити різні типи води: артезіанську, мінеральну, очищену, джерельну, столово-мінеральну, талу та лужну. Щоб знайти відповідну воду, скористайтесь фільтрами на сайті або введіть назву в пошуковий рядок. Почніть дбати про своє здоров’я вже сьогодні, пийте чисту воду і користуйтеся послугами «Аквагіда».

Питання та відповідь

Що означає pH у воді?

Термін Potentia hydrogeni або скорочено pH є водневим показником. Він свідчить про наявність у рідинному середовищі іонів водню, що виражає кислотно-лужний баланс води. Так, наприклад, показник pH нижче 6,5 одиниць вказує на підвищену кислотність середовища.

Який рівень pH має бути у питній воді?

Звичайна питна вода повинна мати нейтральний рівень pH. За рівнем водневого показника водні розчини бувають сильнокислі (менше 3), кислі (3-5), слабокислі (5-6,5), нейтральні (6,5-7,5), слаболужні (7,5-8,5), лужні (8,5-9,5), сильнолужні (більше 9,5).

Як впливає pH води?

Рівень pH або кількісне співвідношення кислот і лугів впливає на властивості рідинного середовища. Він визначає корозійну агресивність, рівень токсичності, швидкість протікання хімічних процесів.

Як виміряти pH води?

Використання приладу під назвою pH-метр – сучасний спосіб вимірювати водневий показник води. Існують побутові та лабораторні різновиди. Сучасні портативні моделі не поступаються своєю точністю лабораторним. Також вимірювати pH можна за допомогою лакмусового паперу або спеціальними тест-смужками.

Як знизити кислотність води в домашніх умовах?

Щоб зменшити кислотність питної води, знадобиться активатор. Це спеціальний пристрій, який шляхом електролізу створює так звану «живу» та «мертву» воду. Перша має знижену кислотність, друга – підвищену. У домашніх умовах важко знизити кислотність води. Часто її, навпаки, залужують, оскільки вважається, що лужна вода має деякий позитивний ефект.