Вода

Водата представлява химично съединение, което при стайна температура представлява прозрачна течност без мирис и цвят. Покрива около 71% от повърхността на планетата Земя и е съсредоточена главно в моретата, океаните и другите големи водни басейни. Около 97 % от водата е солена морска, 2.4% се съдържа в ледниците, а 0.6% - в реките и езерата. Твърдото агрегатно състояние на водата се нарича лед, а газообразното – водна пара. Химичната формула на водната молекула е H2O. Поради естествения воден кръговрат, водата от океаните и моретата се изпарява в атмосферата и след това се връща на повърхността под формата на валежи. Водата играе съществена роля за поддържане живота на Земята. В последните десетилетия се наблюдава всеобщо замърсяване на околната среда, поради което нарастват призивите за опазване на чистотата на водите по цялата планета. Въпреки подобряването и улесняването на достъпа до чиста питейна вода, някои учени предполагат, че до 2025 година повече от половината от населението в света ще бъде предразположено към заболявания поради недостига на вода – положение, станало известно като водна криза.

Водата играе важна роля в световната икономика благодарение на способността си да разтваря множество химични съединения, възможността да се използва като охладител в промишлеността и удобството, което предоставя като среда за транспорт. Около 70% от прясната вода намира приложение в земеделието. Друго важно приложение на водата е за производство на електроенергия чрез водноелектрическите централи (ВЕЦ). Науката хидроенергетика се занимава с особеностите на строителството, проектирането на язовири и електроцентрали и производството на електроенергия от вода. Не на последно място, водата се използва от няколко хилядолетия като транспортна среда - водният транспорт е най-евтин, а превозните средства, с помощта на които се извършва това, се наричат кораби и лодки.

Схематичен модел на химичните връзки между кислородния и водородните атоми в молекулата на водата. Водата е химично съединение, съдържащо два атома водород и един атом кислород, съединени с ковалентна химична връзка. Понякога водата има лек светлосин оттенък, макар че в малки количества изглежда безцветна. Ледът също се проявява като безцветен, а водната пара в малки количества е невидима. Водата е прозрачна. Благодарение на това слънчевите лъчи достигат водните растения, които се намират под нейната повърхност. Тъй като кислородът е с отрицателен заряд, а водородът с положителен, водната молекула е полярна - налице е доста ефективен диполен момент. Точката на кипене на водата (и всички други течности) зависи пряко от атмосферното налягане. Температурата, при която водата кипи на морското равнище, е 100 ° C. При по-ниско налягане обаче температурата на кипене спада - така например на връх Еверест водата кипи при 68 °C, а на височина от 17 000 метра водата кипи при темепература, равна на телесната - 36 - 37 градуса по Целзий. Поради това на тази надморска височина човешкият организъм загива моментално - кръвта започва да кипи, формират се въздушни мехурчета и кръвоносните съдове се запушват от тях - процес на въздушна емболия. На планетата Земя не съществуват върхове с височина от 17 000 метра, но при разхерметизиране на кабината на самолет на тази височина пилотът или пътниците бързо биха загинали от подобна емболия. Това налага и специфична конструкция на скафандрите на космонавти, които трябва да излизат в открития Космос - там налягането е още по-ниско (практически нулево) и опасността от емболия съответно още по-голяма.

Водата има голямо повърхностно напрежение поради малката сила на привличане между молекулите (сила на ван дер Ваалс). Благодарение на това водата заема формата на съда, в който се намира. При навлизане в пори и капиляри водата създава огромно налягане и с лекота се изкачва по стволовете на огромни дървета, преодолявайки силата на земното притегляне. В семената например при покълване нейното налягане достига до 400 атмосфери, поради което кълновете с лекота пробиват дори асфалт. Чистата дестилирана вода е добър изолатор. Но водата е и отличен разтворител и затова в природата в нея винаги има разтворени свободни йони, поради което тя провежда електрически ток.

Водата има висока температура и голяма специфична топлина на топене и кипене (единствено амонякът има по-висока специфична топлина на кипене) в сравнение с другите хидрати с подобна молекулна маса. В течно състояние има голям топлинен капацитет и вискозитет. Тези качества на водата предотвратяват големите температурни вариации на много места по света. Водата е единственото вещество, което при замръзване се разширява. Това се обяснява с факта, че при замръзване водата преминава от молекулярно в кристално състояние и така образуваната кристална решетка има по-голям обем от този на молекулите при течната вода. Добър пример за това е снежинката, която при замръзване увеличава обема си. При замръзване разтвореният във водата въздух се отделя в малки балончета, поради което ледът не е прозрачен. Плътността на водата е най-голяма при 3.98 ° C. За разлика от останалите вещества, които при нагряване се разширяват, при нагряване от 0 °С до 4 °С водата се свива. Поради това във водните басейни при понижаването на температурата под 4 °С по-студената вода, имайки по-малка плътност, остава близо до повърхността и процесът на замръзване е от горе надолу. Тъй като ледът е по-добър изолатор от течната вода, под леда температурата остава положителна, което позволява съществуването на водните обитатели.

Водата се разлага чрез хидролиза на водород и кислород. Водата е добър разтворител благодарение на полярността си. При поставяне на йонно или полярно вещество във вода то бива заобиколено от водни молекули. Относително малкият размер на водните молекули обикновено позволява една молекула разтворено вещество да бъде обградена от голям брой водни молекули. Отчасти отрицателно заредените полярни краища на водната молекула се привличат с положително заредените части на разтвореното вещество и обратно - положително заредените полярни краища привличат отрицателно заредната част на молекулата на разтвореното вещество. Съединения, които се разтварят във вода (соли, захари, киселини и основи) се наричат хидрофилни, а тези, които не се разтварят (различни масла, нефт) – хидрофобни. Най-вече йонни и полярни вещества (алкохоли и соли) се разтварят лесно във вода, докато неполярни вещества (мазнини и масла) са на практика неразтворими. Разтварящите свойства на водата са жизнено важни в биологията, защото много биохимични реакции, като тези в цитоплазмата и кръвта, се осъществяват единствено във водни разтвори. Елементи, които са по-електроположителни от водорода, като литий, натрий, калций, калий и цезий, изместват водорода от водата, образувайки хидроксиди. Тъй като водородът е взривоопасен газ при контакт с кислород, реакциите с много от тези елементи са взривоопасни.

Водата е едно от малкото вещества, които се намират свободно в природата в три агрегатни състояния. Може да се среща под много и разнообразни форми – водна пара, облаци, ледници, айсберги, малки ручеи и други. Основно се разделя на сладка и солена. Хората и животните инстинктивно разпознават сладката вода от солената, която не е годна за употреба. Наименованието на водата според нейното агрегатното състояние, както вече беше споменато е твърдо – лед; течно – вода; газообразно – водни пари. В зависимот от състава и други химични и физични свойства на водата се използват и някои други термини:

Водата покрива приблизително 71% от повърхността на Земята. Поради важността на това химично съединение за живота на планетата са възникнали различни научни дисциплини, които изучават и изследват всичко, свързано с водата. Хидрологията например е наука за разпределението и движението на водата по Земята. Хидрографията е науката за описание на водата Хидрогеологията е наука за описание на водата под повърхността на земята. Пространството, в което е разположена водата, се нарича хидросфера. Нейният цялостен обем е около 1 360 000 000 km³. Разпределението на този обем е следното:

Сладката вода и подпочвените води са основните водни ресурси на човечеството. Количеството на водата на планетата Земя е едно и също, но не и нейната концентрация в различните части на атмосферата и хидросферата. Между тях има постоянен преход на вода, който се описва като кръговрат на водата. Той се нарича още хидрологичен цикъл и описва обмена на вода между атмосферата и различните части на хидросферата. Целият цикъл се повтаря периодично и се описва със следните процеси, които се извършват последователно:

Времето за престой на водата е средното време, което водната молекула прекарва в даден воден басейн. Това е мярка за средната възраст на водата в басейна. Подпочвените води могат да престоят хиляди години под земята, преди да я напуснат. За разлика от нея водата в почвата се изпарява сравнително бързо заради тънкия слой, в който се съдържа, и преминава в атмосферата, където се задържа сравнително кратко. Средният престой на водата в различните водни басейни е следният:

Сладката вода е едва около 2.5 % от цялата вода в хидросферата, като голяма част от нея е съсредоточена в ледниците. Използва се в земеделието, индустрията и домакинствата. Основната част от достъпната сладка вода е съсредоточена в езера, реки, язовири и подпочвени води. Голяма част от подпочвените води обаче не се използва.

Открита е вода в междузвездни облаци в нашата галактика. Смята се, че същото може да е налице и в други галактики, защото водата е съединение от водород и кислород, които са сред най-разпространените елементи във вселената. Междузвездните облаци кондензират в мъглявини и слънчеви системи, подобни на нашата. В Слънчевата система са открити различни количества вода на различните планети:

Водата на Земята е изпълнена с живот. Според теорията за еволюцията ранните форми на живот са се зародили в нея. Милиони години той бил разпространен единствено в древния Световен океан, преди да излязат на сушата първите животински и растителни видове. Почти всички риби живеят изцяло във водата, огромна част от безгръбначните животни също. Други животни като земноводните прекарват живота си както на суша, така и във вода. Много от тях могат да живеят продължително време без вода, но винаги начинът им на размножаване пряко зависи от наличието на вода. Много от сухоземните бозайници вторично са преминали към живот във водата. Те дават началото на морските бозайници, част от които изцяло живеят в нея. Подобно е положението и с много от птичите видове. Най-ярък пример за това са всички видове пингвини. Съществуват и организми, които са важно звено в хранителната верига. Това е планктонът, благодарение на който биомасата на животинския свят в Световния океан и свързаните с него организми се увеличава многократно. За осъществяването на естествената обмяна на веществата водните животни, подобно на сухоземните, се нуждаят от кислород. Той се намира в разтворено състояние във водата и това налага да бъде извличан от нея посредством специален дихателен орган, наречен хриле. Водните бозайници, като китовете, делфините, тюлените и видрите, притежават бял дроб. Той обаче не може да извлича разтворения във водата кислород и вдишването, което биха направили, би довело до тяхното удавяне. Поради тази причина те се нуждаят през определен период да излизат на повърхността, където да издишат и вдишат богат на кислород въздух.

В миналото основна причина, поради която различните народи са определяли къде да се заселят, е било наличието на водни ресурси или водни пътища. Месопотамия, която още е наричана люлка на цивилизациите, е била разположена между две големи реки – Тигър и Ефрат. Древните египтяни избрали поречието на река Нил и зависели изцяло от нея. Реките Яндзъ и Хуанхъ благоприятствали развитието на човешката цивилизация на изток. Животинският свят около водните басейни е много по-населен, отколкото този в сухите места. Причината е, че там видовото разнообразие на растителността е по-голямо, съответно разнообразието от храни. Много метрополиси, като Ротердам, Лондон, Хамбург, Монреал, Ню Йорк, Чикаго, Шанхай, Хонконг, Сингапур, Мумбай и много други, дължат своето развитие главно на факта, че са големи пристанища и съответно през тях минава голям оборот от товарни кораби. От друга страна, много малко столици на държави по света са разположени на море - от чисто стратегически съображения, тъй като в миналото при основаването на държавите хората са се страхували от нападение по море и съответно столицата по възможност е била построявана в географския център на държавата. По тази причина след Освобождението на България от турско робство се е водел спор кой град да бъде избран за столица - Велико Търново или София? Някои държавници са изказвали мнение че столица трябва да бъде град Русе поради големия икономически напредък на града по това време; никой обаче не предлага за столица да бъде избран град Варна! Именно по тази причини и Кемал Ататюрк измества столицата на Турция от Истнабул в Анкара - тъй като около 600 години преди това Константинопол е бил смятан за непревземаем, но флотът от 30-те години на ХХ век е разполагал вече с мощна артилерия и Истанбул е можело да бъде разрушен изключително бързо и ефективно. В днешно време този проблем е изместен на заден план, тъй като съвременните средства за водене на война позволяват бързо нападение във всяка една точка на повечето държави, най-вече по въздух. 

Световният океан е причина той винаги да бъде загадка за човека и да го подтиква към опознаване. Благодарение на него е станало възможно да възникнат и Великите географски открития. На места като Северна Африка и Близкия изток, където водата е недостатъчна, достъпът до прясна вода за пиене е главен фактор в човешкото развитие. Водните източници са и причина за възникването на редица неприятности от здравно естество. Това са благоприятни места за размножаването на редица видове насекоми, особено комари. Те представляват вектори на редица опасни за хората вирусни и паразитни заболявания. Един от най-пресните примери е развитието на епидемия от Западнонилска треска в Северна Америка.

В човешкото тяло има около 70 – 75% вода. Понякога количеството може леко да се различава. Въпреки това се наблюдават някои зависимости - бебетата и децата например имат по-голямо процентно съдържание на вода в сравнение с възрастните. Жените имат по-малко процентно съдържание на вода от мъжете. Хората с наднормено тегло имат по-малко процентно съдържание на вода от хората с нормално тегло. Всички жизнени процеси в човешкото тяло са свързани с вода. Водата разтваря хранителните вещества и извежда отпадните продукти. Тя осигурява обмяната на веществата и е среда, в която протичат всички биохимични процеси. Разпределението на вода в тялото е следното: 10 – 12 % от телесната вода се образува при окисляването на мазнините, въглехидратите и белтъците. Натрупването на водата в организма се осъществява главно в мускулите и кожата. Около 55 % от водата, която се изразходва за водното равновесие на организма, се отделя с урината. Около 15 – 16% се отделя през белите дробове под формата на пара), 20 % се отделят чрез потене през кожата, а 5 % - с изпражненията. При високи температури чрез потните жлези се отделя повече вода през кожата, отколкото чрез бъбреците и червата.

Годната за пиене вода се нарича питейна вода; тази, която не може да се използва като питейна вода, може да се преработи чрез специални филтри или чрез дестилация. Дестилацията се прилага главно при вода за новородените, където болестотворните организми представляват сериозен проблем. Загряването на водата до 65° C убива повечето бактерии, вируси и паразити. Този процес се нарича пастьоризация и както е известно се използва за обработката на млякото. Освен с дестилация и пастьоризация водата може да се пречисти и по други начини:

Д-р Ерик Гаухман от Германия счита, че преварената вода губи своята микроструктура и действа върху нашия организъм фактически като чуждо тяло, подбуждайки патологичното увеличение на червените и белите кръвни телца. В развитите страни около 90 % от всичката използвана вода отива непречистена в местните реки и потоци. Питейната вода, която се пречиства за битови нужди, все още се хлорира, но през последните години бе потвърдено, че хлорирането на водата може да доведе до нежелани последици, включително и рак. Друг възможен начин е озонирането, при което вместо хлор се използва озон.

Водата е основна част от човешкия организъм и значението ѝ за него е огромно. За да се намира в добро физическо състояние и ефективност, всеки индивид се нуждае от около 2 литра вода на ден. При висока температура или висока физическа дейност 2 литра могат да се окажат и недостатъчни за поддържане на нормална физическа активност за повече от няколко дни или седмици. Трябва да се отбележи, че много публикации определят нуждата от минимум 2 литра вода на ден (известното правило за 8 чаши вода) като упорит, дълго време насаждан и повтарян мит, непочиващ на научна основа. Водата, отделената при нормалните жизнени процеси (потене, уриниране, дишане) трябва да бъде възстановена, за да можете организмът да се намира в добро физическо състояние.

Прекалено студеният климат също може да е толкова сух, колкото и най-сухата пустиня. Причината се крие в това, че студеният въздух не може да поема много влага. Вятърът също е определящ фактор за дневната нужда от вода. Сухият вятър може „изсмуче“ влагата от човешкото тяло направо през откритите участъци кожа. Действително останки от мумифицирани животни и дори хора се намират често в пустинните райони. Техните тела са напълно изсушени. Последиците от обезводняването Водата участва във важни процеси в тялото, като дишане и преобразуване на храната в енергия, поради което приемането на по-малко вода от необходимото води до обезводняване. При загуба на около 2,5% от теглото за сметка на вода организмът губи 25% от своята ефективност. За човек с тегло около 78 килограма това са само малко повече от 2 литра. Колкото повече се обезводнява организмът, толкова кръвта му става по-гъста и губи обем. Това кара сърцето да работи по-натоварено и кръвообращението да бъде по-неефективно. При извънредни положения загубата на физически сили може да се отрази неблагоприятно на психиката и това да има фатални последици.

Както вече беше споменато, различните атмосферни условия определят различна нужда от вода на организма. Здравословното състояние също е определящ фактор, както и храната която се приема. Много от храните, които съдържат в себе си голямо количество течности, като плодове и други растителни продукти могат да помогнат на човек да си набави необходимото количество вода. За разлика от тях месото, сухите и солени храни трябва да бъдат избягвани, тъй като се нуждаят от вода за преработването им, което от своя страна изисква вода. При загуба на около 10% от теглото за сметка на вода човек може да се възстанови за кратко време. При ниски температури обаче загуба на 25 % от теглото му може да бъде фатално. При високи температури дори 15 % загуба би имала фатални последици.

Важността на водата определя нуждата и при походи, излети и подобни места, в които водата липсва или не е с добро качество. За тази цел са създадени пречистващи таблетки и полеви водни филтри. Газираните напитки, кафето, чаят, въпреки че съдържат вода в големи количества, също съдържат и кофеин. Той може да действа като лек диуретик, който да попречи на водата да достигне до необходимите места в тялото. До времето, в което човек се почувства жаден, тялото му е загубило 1 % от водните си запаси. Теглото, което човек губи след усилена физическа дейност, е от загубена вода, а не мазнини. Водата помага да се поддържа нормалното тегло на тялото. Тя спомага за регулиране на метаболизма и апетита. Затова при диети е добра идея да пиете вода от сигурен минерален извор, за да си подсигурите добри резултати. Пиенето на подходящи количества вода може да намали опасността от определени видове рак – рак на дебелото черво, рак на кръвта, както и рака на гърдата. Водата води до по-добро здраве, защото отмива отпадни вещества, бактерии и вируси. Неслучайно при вирусни заболявания се препоръчва да се пие повече вода. Водата може да ви предпази или намали главоболието.

В миналото хората са успели да впрегнат силата на течащата в реките вода чрез водното колело и да я превърнат в полезна енергия. Над 2000 години водното колело осигурява енергия, необходима за действието на много прости механизми. Те са изоставени през 19 век, когато хората насочват предпочитанията си към парната машина, за която използват въглища и дърва като гориво. Днес обаче усъвършенстваните модели на водни колела са важен източник за получаване на електрическа енергия във водноелектрическите централи (ВЕЦ и ПАВЕЦ). За разлика от използваните в миналото начини за преобразуване на енергия, сега водата се събира в големи язовири – огромни резервоари, в които водата има голяма потенциална енергия. Когато водата се пусне да изтича, тя създава мощна струя, която задвижва турбини, а те въртят генератори, които от своя страна произвеждат електрическа енергия. Това обаче поражда неудобството, че такива съоръжения могат да се строят само на места, където има ресурси за това. За разлика от тях малките руслови ВЕЦ се изграждат в коритото на реката, произвеждайки електроенергия без да се нуждаят от предварително набавени водни обеми. Предимството на водата като източник на енергия е че съответните електроцентрали са екологично чисти, а ресурсите за производство не се губят безвъзвратно. Освен във водноелектрическите централи, водата се използва и в останалите видове електроцентрали. Горивото отделя енергия, която нагрява съд с вода, от който парата отива в турбина, която задвижва генератор и се преобразува в електричество. Поради това всеки един АЕЦ е построен до голям воден басейн, тъй като мощните генератори на ядрения реактор изискват големи количества вода за охлаждане, а и за формиране на водни пари за задвижване на турбината на генератора. Това стана причина за аварията в АЕЦ Фукушима през 2011 година - тъй като централата е построена до море, вълна от типа цунами предизвика значителни разрушения по чисто механичен път и съответното изтичане на радиоактивни вещества. Топлоелектрическите централи също изискват известно количество вода, но поради по-ниската им мощност това количество не е толкова голямо. Българската АЕЦ в Козлодуй е построена до река Дунав; втората АЕЦ в град Белене също е проектирана в близост до най-голямата европейска река.

Водата също може да се използва като среда за корабоплаване, което е най-евтиният начин за транспорт и основен пренос на стоки на големи разстояния в миналото. В днешно време водният транспорт продължава да бъде най-евтиният - поне по отношение на междуконтиненталните превози. При транспорт в рамките на един континент железопътният транспорт е донякъде по-евтин, а и доста по-бърз. Но в час по география един третокласник много правилно се изрази - госпожо, водният път е най-евтин, тъй като не се асфалтира! Логиката на децата е просто неоспорима.

През 1988 списание Nature (Нейчър) публикува статия на Жак Бенвенист, в която той заявява, че е потвърдил опитно хипотезата за паметта на водата, предлагана от много хомеопати преди това. Тъй като хомеопатията се възприема от някои автори като част от сериозната медицина, а от други - като чиста измама, това на минутата породи ожесточени спорове между знайни и незнайни експерти. Скоро след издаването на статията опитите на автора са повторени с катастрофален резултат - този път напълно неуспешно. Учените обясняват първоначалните успешни опити с липсата на експериментална честност в опитите на Бенвенист и напомнят за краткия живот на водородните връзки между молекулите на водата, които според Бенвенист са причината за паметта ѝ. Всичко това за пореден път доказва една важна характеристика на експеримента - неговата повтаряемост. Един успешно проведен научен експеримент винаги може да бъде повторен във всяка една друга точка на света и ако изводите на учения са достоверни, би следвало и при повтарянето на опитите му винаги да се стига до един и същи резултат. Поради това някои учени са крайни в схващанията си - според тях всичко, което знаем за природата, започва с опита и завършва с него. За това си „откритие“ през 1998 година Жак Бенвенист е удостоен с антинобелова награда, а лабораторията му е закрита от френския Национален център за научни изследвания (CNRS). Бенвенист обаче продължава с други публикации, в които обвинява противниците си в тенденциозност. В началото на XXI век се предлага хипотеза, според която краткият живот на водородните връзки не е нужно да оказва влияние върху предполагаемата памет на водата, тъй като молекулите може да се групират в образувания, наречени клъстери, в които водородните връзки постоянно се разпадат и се образуват нови. Тази хипотеза предполага че отделните връзки са нетрайни, но като цяло клъстерът може да продължи да съществува за доста по-дълъг период от време. Това схващане обаче не е потвърдено с научни експерименти, а възможността по този начин да се осигурява паметта на водата е отхвърлена. Научни опити доказват че след хомеопатично разреждане водата „губи памет“ за веществото, което е било разтворено в нея, за по-малко от 50 фемтосекунди (50 милиардни от милисекундата). Това не пречи на отделни нейни протагонисти да издават манипулативна литература, като „Посланията на водата“ на японския псевдоучен Масару Емото, чиято нелепост подкрепя твърденията за ненаучност и недоказаност на хипотезата за паметта на водата. В края на 2008 година известният скептик Джеймс Ранди припомня, че е обявена награда от един милион долара за експеримент, показващ неестествени явления, включително такъв, който доказва съществуването на памет на водата. До момента няма данни някой да е доказал достоверно съществуването на тази памет, съответно наградата за това не е спечелена.

Описани са и доста други интересни факти за водата. Така например студената вода съдържа по-малко микроби. При новородено водата е близо 80 % от теглото на организма, като от този момент до дълбока старост този относителен дял намалява непрекъснато. Чистата вода има неутрално pH - т.е. тя не е нито киселина, нито основа. САЩ използва близо 80 % от водата си за напояване и за добив на електроенергия от водноелектрически мощности. При изразходване на вода от 1 капка в секунда консумацията е 1200 литра вода за година. Един цикъл на пускане на съдомиялната машина изразходва само 10 литра вода. Вземането на душ вместо вана спестява седмично вода, достатъчна за 1000 чаши кафе. Около 1/3 от изразходваната вода в домакинството отива в тоалетната, а 25 % от изразходваната енергия в домакинството отива за загряване на вода в кухнята и банята. За половин час градинската пръскачка изразходва толкова вода, колкото четиричленно семейство за ден.

Съдържанието на вода в някои хранителни продукти и напитки е следното:

Различни философи и известни учени са изказвали някои мъдри и не толкова мъдри мисли за водата:

www.ralev-dental.bg   www.dentalimplants.bg