Содержание
какие химические элементы содержатся в водопроводной воде – Москва 24, 13.04.2015
13 апреля 2015, 15:00
Наука
Иллюстрация: Ольга Денисова
Путешественники знают, что одним из первых факторов, на которые нужно обращать внимание при подготовке к поездке – это качество воды в пункте назначения. Мы твердо выучили, что в странах Азии и Африки лучше покупать бутилированную воду и использовать ее как для питья, так и для бытовых нужд. Но знаем ли мы, что льется нам в стакан, когда мы открываем кран в обычной московской квартире? Наши коллеги из научно-популярного журнала «Кот Шредингера» помогли разобраться.
Состав водопроводной воды сильно разнится в зависимости от того, где вы ее пьете, но в той или иной мере включает в себя добрую половину химических элементов таблицы Менделеева. Основной состав воды прост: в ней обязательно содержатся кислород и водород (которые, собственно, и образуют молекулу воды Н₂O) и микроскопические пузырьки воздуха, состоящие из кислорода, углекислого газа и азота.
В воде может содержаться хлор – он необходим для дезинфекции. Для осаждения примесей, замутняющих воду, используются соли алюминия. Если у вас в районе старые трубы, тогда медь и железо с их стенок вполне могут оказаться в вашем стакане.
Состав воды, поступающей из водозаборных сооружений, зависит от того, откуда ее черпают: из реки, водохранилища, артезианской скважины или из других мест. В ее состав могут входить такие элементы как кальций, натрий, калий, магний, сера, бром, фтор и органические соединения. Все они обычно связаны друг с другом и с остальными, ранее упоминавшимися веществами, например хлором или кислородом.
В водопроводную воду часто добавляют дополнительный фтор. Аналогично фторосодержащей зубной пасте такая жидкость служит для укрепления зубной эмали и предотвращения кариеса. Стоит отметить, что во многих районах земного шара количество фтора в воде превышает допустимые нормы и на водоочистных сооружениях в этих местностях применяется обратный процесс – дефторирование.
Разумеется, химический состав воды из-под крана строго регламентируется и контролируется. Вода подвергается тщательной очистке и обеззараживанию, поэтому в большинстве случаев ее можно без опасений пить даже без очистки или кипячения.
Вадим Мочалов
О «Физике города»
Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему небоскребы не падают? Чем отличается кровь горожанина от крови жителя деревни? Выше какого этажа не стоит жить и почему?
Мы предложили коллегам из журнала «Кот Шредингера» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, чем опасно обилие городского освещения, как наше дыхание может навредить окружающим и из-за чего люди болеют зимой. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.
наука безопасность ученые здоровье вода журналы химия таблица Менделеева зубы очистка мегаполис столица хлор спецпроекты
Новости СМИ2
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ВОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ КАК ИНДИКАТОР ТЕХНОГЕНЕЗА
Том 330 № 2 (2019)
DOI
https://doi.org/10.18799/24131830/2019/2/122
Техногенез – глобальный процесс, оказывающий влияние на все геосферные оболочки Земли. Индикация воздействия промышленных объектов проводится с применением комплекса методов, включая биогеохимические исследования и мониторинг. Для их организации требуется постоянное развитие и совершенствование как технических средств анализа, так и методических подходов, учеными всего мирового сообщества прикладываются усилия для поиска новых индикаторных объектов, наиболее адекватно отражающих техногенные последствия для окружающей среды и здоровья населения.
В качестве такого индикатора можно применять воду. Вода обладает огромными экологическими функциями вообще и особыми функциями для живого организма, но, не смотря на значительную роль и длительную историю исследований, ее химический состав изучен слабо. На долю воды, относящейся по определению В.И. Вернадского к «воде биологической», приходится 0,0003 % ресурсов Земли. Однако именно изменение ее элементного состава является наиболее объективным показателем техногенной трансформации, происходящей под влиянием разнопрофильных промышленных объектов. Работы, показывающие фоновый химический состав этого ресурса, являются основой для организации мониторингового исследования на территориях интенсивного техногенного прессинга. Актуальность исследования определяется отсутствием детальной изученности широкого круга химических элементов в составе отдельных органов и тканей живых организмов, в том числе воды, находящейся в них. Эта субстанция отражает химический состав среды обитания организма и может быть объектом мониторинга.
Химическая близость организма свиньи домашней к человеческому позволяет в дальнейшем получить новый инструмент по оценке качества мест проживания человека, при котором оценивается непосредственно организм в целом, что существенно повысит объективность исследований. Цель работы заключается в исследовании химического состава воды биологической отдельных органов и тканей на примере свиньи домашней для получения фоновых характеристик для биогеохимического мониторинга. Методы. Органы и ткани семимесячного поросенка были отобраны в пос. Успенка Павлодарской области (Казахстан) непосредственно во время забоя, после чего упаковывались в пластиковые пакеты. Вода биологическая выделялась способом вакуумной возгонки при нагревании. Извлеченная аликвота анализировалась в аккредитованном научно-образовательном центре «Вода» Национального исследовательского Томского политехнического университета методом индуктивно-связанной плазмы по аттестованной методике НСАМ 480Х на спектрометре NexION 300D.
Результат. Изучен состав и особенности распределения 70 химических элементов в воде биологической, выделенной методом вакуумной возгонки из органов и тканей свиньи домашней, отобранных на территории условно экологически благоприятного пос. Успенка Павлодарской области. Выявлена взаимосвязь между элементным составом биожидкости и физиологическими функциями органов исследуемых животных, а также составом среды обитания.
Ключевые слова:
Техногенез, биогеохимия, вода биологическая, химические элементы, метод вакуумной возгонки, ICP-MS, геохимический индикатор, фоновый мониторинг
Авторы:
Леонид Петрович Рихванов
Наталья Владимировна Барановская
Наталья Петровна Корогод
Альбина Александровна Хващевская
Юлия Григорьевна Копылова
Ирина Сергеевна Мазурова
Роза Жумкеновна Муканова
Тимур Каиргалиевич Туркбенов
Мария Ивановна Скрипник
Александра Игоревна Беляновская
Скачать PDF
Сохранение материи при физических и химических изменениях
Материя составляет все видимое в известной Вселенной, от переносных горшков до сверхновых.
А поскольку материя никогда не создается и не уничтожается, она вращается в нашем мире. Атомы, которые были в динозавре миллионы лет назад — и в звезде миллиарды лет до этого — могут быть внутри вас сегодня.
Материя — это все, что имеет массу и занимает пространство. Он включает в себя молекулы, атомы, элементарные частицы и любое вещество, из которого состоят эти частицы. Материя может изменять форму посредством физических и химических изменений, но при любом из этих изменений материя сохраняется . До и после изменения существует одинаковое количество материи — ни одна из них не создается и не уничтожается. Эта концепция называется законом сохранения массы.
При физическом изменении могут измениться физические свойства вещества, но не его химический состав. Вода, например, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вода — единственное известное вещество на Земле, которое существует в природе в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Чтобы перейти из одного состояния в другое, вода должна претерпевать физические изменения.
Когда вода замерзает, она становится твердой и менее плотной, но химически остается прежней. До и после изменения присутствует одинаковое количество молекул воды, а химические свойства воды остаются постоянными.
Однако для образования воды атомы водорода и кислорода должны подвергнуться химическим изменениям. Чтобы произошло химическое изменение, атомы должны либо разорвать связи, либо образовать связи. Добавление или вычитание атомных связей изменяет химические свойства участвующих веществ. И водород, и кислород двухатомны — в природе они существуют в виде связанных пар (соответственно h3 и O2). В правильных условиях и при наличии достаточной энергии эти двухатомные связи разорвутся, и атомы соединятся, образуя h3O (воду). Химики записывают эту химическую реакцию как:
2h3 + O2 → 2h3O
Это уравнение говорит о том, что для образования двух молекул воды требуется две молекулы водорода и одна молекула кислорода. Обратите внимание, что с обеих сторон уравнения одинаковое количество атомов водорода и атомов кислорода.
В химических изменениях, как и в физических, материя сохраняется. Отличие в данном случае состоит в том, что вещества до и после изменения имеют разные физические и химические свойства. Водород и кислород представляют собой газы при стандартной температуре и давлении, тогда как вода представляет собой бесцветную жидкость без запаха.
В экосистемах происходит множество химических и физических изменений, происходящих одновременно, и материя сохраняется в каждой из них — без исключений. Рассмотрим поток, текущий через каньон — сколько химических и физических изменений происходит в любой данный момент?
Сначала рассмотрим воду. Во многих ручьях каньонов вода поступает с возвышенностей и образуется в виде снега. Конечно, вода не начиналась с — она вращалась по всему миру с тех пор, как на Земле впервые появилась вода. Но в контексте каньонного ручья он начинался в горах как снег. Снег должен пройти физическое изменение — таяние — чтобы присоединиться к потоку.
Когда жидкая вода течет через каньон, она может испаряться (еще одно физическое изменение) в водяной пар. Вода дает очень яркий пример того, как материя движется по кругу в нашем мире, часто меняя форму, но никогда не исчезая.
Далее рассмотрим растения и водоросли, обитающие в ручье и вдоль него. В процессе, называемом фотосинтезом, эти организмы преобразуют световую энергию солнца в химическую энергию, хранящуюся в сахарах. Однако световая энергия не производит атомы, из которых состоят эти сахара — это нарушило бы закон сохранения массы — она просто обеспечивает энергию для химических изменений. Атомы образуются из углекислого газа в воздухе и воды в почве. Энергия света позволяет этим связям разорваться и восстановиться для производства сахара и кислорода, как показано в химическом уравнении фотосинтеза:
6CO2 + 6h3O + свет → C6h22O6 (сахар)+ 6O2
Это уравнение говорит о том, что шесть молекул углекислого газа соединяются с шестью молекулами воды, образуя одну молекулу сахара и шесть молекул кислорода.
Если вы сложите все атомы углерода, водорода и кислорода по обе стороны уравнения, суммы будут равны; материя сохраняется в этом химическом изменении.
Когда животные в ручье и вокруг него едят эти растения, их тела используют накопленную химическую энергию для питания своих клеток и передвижения. Они используют питательные вещества в своей пище для роста и восстановления своих тел — атомы для новых клеток должны откуда-то браться. Любая пища, попадающая в организм животного, должна либо покинуть его тело, либо стать его частью; атомы не разрушаются и не создаются.
Материя также сохраняется во время физических и химических изменений в горном цикле. По мере того, как ручей углубляется в каньон, камни на дне каньона не исчезают. Они размываются потоком и уносятся небольшими кусочками, называемыми отложениями. Эти отложения могут оседать на дне озера или пруда в конце ручья, со временем накапливаясь слоями. Вес каждого дополнительного слоя уплотняет слои под ним, в конечном итоге добавляя такое большое давление, что образуются новые осадочные породы.
Это физическое изменение камня, но при правильных условиях камень может измениться и химически. В любом случае вещество в породе сохраняется.
Суть такова: материя циркулирует во Вселенной в различных формах. При любом физическом или химическом изменении материя не появляется и не исчезает. Атомы, созданные звездами (очень, очень давно), составляют все живое и неживое на Земле — даже вас. Невозможно узнать, как далеко и через какие формы прошли ваши атомы, чтобы создать вас. И невозможно знать, где они окажутся в следующий раз.
Это не вся история материи, но это история видимое материя. Ученые узнали, что около 25 процентов массы Вселенной состоит из темной материи — материи, которую нельзя увидеть, но которую можно обнаружить благодаря ее гравитационным эффектам. Точная природа темной материи еще не определена. Еще 70 процентов Вселенной — это еще более загадочный компонент, называемый темной энергией, который действует в противовес гравитации. Таким образом, «нормальная» материя составляет не более пяти процентов Вселенной.
Изучение и интерпретация химических характеристик природной воды
Химический состав природной воды зависит от множества различных источников растворенных веществ, включая газы и аэрозоли из атмосферы, выветривание и эрозию горных пород и почвы, реакции растворения или осаждения, происходящие под поверхностью земли, и культурные эффекты в результате деятельности человека . Широкие взаимосвязи между этими процессами и их эффектами можно обнаружить, применяя принципы химической термодинамики. Некоторые процессы растворения или осаждения минералов можно точно оценить с помощью принципов химического равновесия, включая закон действующих масс и уравнение Нернста. Другие процессы необратимы и требуют учета механизмов и скоростей реакций. Химический состав горных пород земной коры, состав океана и атмосферы имеют большое значение при оценке источников растворенных веществ в природных пресных водах.
Способы поглощения или осаждения растворенных веществ и количества, присутствующие в растворе, зависят от многих факторов окружающей среды, особенно от климата, структуры и положения пластов горных пород, а также от биохимических эффектов, связанных с жизненными циклами растений и животных, как микроскопических, так и макроскопический.
В совокупности и в применении с дальнейшим влиянием общей циркуляции всех вод в гидрологическом круговороте химические закономерности и факторы среды составляют основу развивающейся науки о химии природных вод.
Основные данные, используемые при определении качества воды, получают химическим анализом проб воды в лаборатории или определением химических свойств на месте в полевых условиях. Отбор проб осложняется изменением состава движущейся воды и воздействием взвешенных частиц. Некоторые компоненты нестабильны и требуют определения на месте или сохранения образца. Большинство определяемых компонентов указываются в гравиметрических единицах, обычно в миллиграммах на литр или миллиэквивалентах на литр.
Более 60 компонентов и свойств включаются в анализы воды достаточно часто, чтобы обеспечить основу для рассмотрения источников, из которых они обычно получены, наиболее вероятных форм элементов и ионов в растворе, контроля растворимости, ожидаемых диапазонов концентраций и других химические факторы.
Механизмы, которые контролируют концентрации элементов, обычно присутствующих в количествах менее нескольких десятков микрограммов на литр, не всегда легко установить, но имеющиеся данные свидетельствуют о том, что многие из них контролируются растворимостью их гидроксидов или карбонатов или сорбцией на твердых частицах. Многие растворенные органические соединения теперь могут быть специально определены.
Химические анализы могут быть сгруппированы и подвергнуты статистической оценке по средним значениям, медианам, частотным распределениям или корреляциям ионов для суммирования больших объемов данных. Графики анализов или групп анализов помогают показать химические отношения между водой, вероятные источники растворенных веществ, территориальный режим качества воды, временные и пространственные вариации и оценку водных ресурсов. Графики могут отображать тип воды на основе химического состава, отношений между ионами или группами ионов в отдельных водах или во многих водах, рассматриваемых одновременно.