3.2 Електрофізичні властивості води

При дослідженні екологічного стану поверхневих і підземних вод «Софіївки» було звернуто увагу на електрофізичні властивості більш детальніше, розглянуто причини погіршення якості води в результаті зміни показників рН, електропровідності, засоленості, окисно-відновного-потенціалу.

Нами було розглянуто причини змін електропровідності води і вимоги, необхідні для цього параметру для прісноводних риб, зокрема, акваріумних.

3.2.1 Окисно-відновний потенціал

Основними процесами, які забезпечують життєдіяльність будь-якого організму, є окислювально-відновні реакції, тобто реакції, пов'язані з передачею або приєднанням електронів.

Під час окислювальних або відновних реакцій змінюється електричний потенціал окислюваної або відновлюваної речовини: одна речовина, віддаючи свої електрони і заряджаючись позитивно, окислюється, інша, приєднуючи електрони і заряджаючись негативно, - відновлюється. Різниця електричних потенціалів між ними і є окислювально-відновний потенціал (ОВП).

Окислювально-відновний потенціал є мірою хімічної активності елементів або їхніх сполук в оборотних хімічних процесах, пов'язаних із зміною заряду іонів у розчинах, він характеризує ступінь активності електронів в окислювально-відновних реакціях. При вимірах (в електрохімії) величина цієї різниці позначається як Eh і виражається в мілівольтах. Чим вища концентрація компонентів, здатних до окислення, за концентрацією компонентів, що можуть відновлюватися, тим вищий показник редокс-потенціалу [71].

Такі речовини як кисень і хлор прагнуть до прийняття електронів і мають високий електричний потенціал, отже, окислювачем може бути не тільки кисень, а й інші речовини (зокрема, хлор), а речовини типу водню, навпаки, охоче віддають електрони і мають низький електричний потенціал. Найбільшу окиснювальну здатність має кисень, а відновну – водень, але між ними розташовуються інші речовини, присутні у воді, які менш інтенсивно виконують роль окислювачів або відновників.

Значення ОВП для кожної окислювально-відновної реакції може мати як позитивне, так і негативне значення.

У природній воді значення Eh коливається від -400 до +700 мВ, що визначається всією сукупністю у ній окисних і відновних процесів. В умовах рівноваги значення ОВП певним чином характеризує водне середовище, і його величина дозволяє робити деякі загальні висновки про хімічний склад води.

У біохімії, на відміну від електрохімії, величини редокс-потенціалу виражаються не в мілівольтах, а в умовних одиницях rH (reduktion Hydrogenii).

Шкала умовних одиниць rН містить 42 поділки:

«0» - означає чистий водень,

«42» - чистий кисень,

«28» - нейтральне середовище.

Варто зазначити, що рН і rH тісно взаємопов'язані. Окислювальні процеси знижують показник кислотно-лужної рівноваги (чим вище rН, тим нижче рН), відновлювальні - сприяють підвищенню рН. У свою чергу показник рН впливає на величину rH.

В організмі людини енергія, що виділяється в ході окислювально-відновних реакцій, витрачається на підтримання гомеостазу і регенерацію клітин організму, тобто на забезпечення процесів життєдіяльності організму.

ОВП внутрішнього середовища організму людини, виміряний на платиновому електроді відносно хлор-срібного електрода порівняння, в нормі завжди менше нуля, тобто має негативні значення, які зазвичай знаходяться в межах від –100 до –200 мілівольт. ОВП питної води, виміряний таким же способом, практично завжди більше нуля, зазвичай знаходиться в межах від +100 до +400 мВ. Вказані відмінності ОВП внутрішнього середовища організму людини і питної води означають, що активність електронів у внутрішньому середовищі організму людини набагато вище, ніж активність електронів у питній воді. Активність електронів є найважливішою характеристикою внутрішнього середовища організму, оскільки пов'язана з фундаментальними процесами життєдіяльності [71].

Коли звичайна питна вода проникає в тканини людського (або іншого) організму, вона забирає електрони від клітин і тканин, які складаються з води на 80-90%. У результаті цього біологічні структури організму піддаються окислювальному руйнуванню. Так організм зношується, старіє, життєво-важливі органи втрачають свою функцію. Але ці негативні процеси можуть бути сповільнені, якщо в організм з питтям і їжею надходить вода, що володіє властивостями внутрішнього середовища організму, тобто володіє захисними відновними властивостями [71].

Для того, щоб організм оптимальним чином використовував у обмінних процесах питну воду з позитивним ОВП, її ОВП повинен відповідати значенню ОВП внутрішнього середовища організму. Необхідна зміна ОВП води в організмі відбувається за рахунок витрати електричної енергії клітинних мембран, тобто енергії найвищого рівня, енергії, яка є кінцевим продуктом біохімічного ланцюга трансформації поживних речовин. Кількість енергії, що витрачається організмом на досягнення біологічної сумісності води, пропорційно її кількості і різниці ОВП води і внутрішнього середовища організму.

Якщо питна вода, що надходить в організм, має ОВП, близький до значення ОВП внутрішнього середовища організму людини, то електрична енергія клітинних мембран не витрачається на корекцію активності електронів води і вода негайно ж засвоюється, оскільки володіє біологічною сумісністю по цьому параметру. Якщо питна вода має ОВП більш негативний, ніж ОВП внутрішнього середовища організму, то вона підживлює його цією енергією, яка використовується клітинами як енергетичний резерв антиоксидантного захисту організму від несприятливого впливу зовнішнього середовища [71].