«Минеральная вода – богатство человечества»

Влияние состава минеральной воды на электропроводность

Леонтьев Захар Дмитриевич 

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

"Средняя школа №9 с углубленным изучением отдельных предметов", 9 В класс

Аннотация

Минеральная вода, пожалуй, самое удивительное и, несомненно, очень важное для организма вещество. В медицине существует целое направление, использующее для лечения и оздоровления минеральную воду. Она обладает рядом свойств, резко отличающих её от других жидкостей. В ней в растворенном виде могут присутствовать чуть ли не все элементы периодической таблицы Менделеева. В зависимости от содержания колеблется ее лечебный эффект. Автор подходит к исследованию данной проблемы при помощи внелабораторных приборов-электронного датчика и датчика для определения рн- среды.

Работа выполнена творчески и нестандартно. Выполнена практическая  часть работы  для ответа на вопрос о целесообразности того или иного вида минеральной воды. Автор честно отвечает на этот вопрос и делает рекомендации широким слоям населения. Данные, полученные им в ходе исследования можно использовать для подготовки сообщений и презентаций по теме «Электрический ток в различных средах».

ПЛАН ИССЛЕДОВАНИЯ

Проблема: Электропроводность – это способность воды проводить электрический ток. Ее можно измерить и выразить в численном эквиваленте. Электрическая проводимость -зависимость от количества солей и температуры воды, по этой зависимости мы можем судить о минерализации воды с некоторой долей погрешности. Соли воды представляют собой, преимущественно, ионами (NA), (K), (Mg) (CA), (CL), сульфата (SO).Наличие других ионов, в незначительном количестве, не имеет столь сильного влияния на электропроводность воды.

Актуальность темы.

Минеральна вода, пожалуй, самое удивительное и, несомненно, очень важное для организма вещество .В медицине существует целое направление, использующее для лечения и оздоровления минеральную воду.В наших магазинах предлагается минеральная вода Она обладает рядом свойств, резко отличающих её от других жидкостей, и представляет собой еще не расшифрованную, чрезвычайно гибкую и изменчивую структуру, зависящую от малейших изменений давления, температуры, примесей и углекислого газа].

Молекулы воды имеют очень простую ассиметричную структуру ,благодаря которой обладают высоким дипольным моментом. Это определяет высокую диэлектрическую проницаемость воды и способность растворять и диссоциировать многие вещества. В ней в растворенном виде могут присутствовать чуть ли не все элементы периодической таблицы Менделеева.

Гипотеза исследования

Минеральная вода известных источников «Ессентуки», «Нарзан», и т.д. обладает более высокой электропроводностью, из-за большой концентрации различных солей ,а значит большим лечебным эффектом.

Цель исследования: изучение электропроводности воды в зависимости от степени минерализации, содержания углекислого газа и температуры

Задачи исследования:

– выявить характер влияния различных примесей на электропроводность воды (солей, газов, металлов);

– изучить влияние температуры на электропроводность различных видов воды;

– определить характер изменения электропроводности от наличия углекислого газа

Научная новизна проводимых исследований заключается в сравнительном комплексном изучении электропроводности различных марок минеральной  воды.

Предмет исследования:  Зависимость электропроводности минеральной воды  от  её состава.

Объект исследования: Минеральная вода различных марок

Методика исследования Температура и удельная электропроводность воды измерялись с помощью кондуктометра лаборатории VERNIER.  Погрешность измерения температуры составляла ± 0,05 оС, а удельной электропроводности ± 0,01% (диапазон измерений 0 – 9990 мкСм/см). Температурная зависимость удельной электропроводности снималась во всех случаях в «динамическом» режиме, то есть измерения проводились при непрерывном изменении содержания углекислого газа и температуры.

Информационно-методологическая база исследования:  Букатый, В.И. Измерение физико-химических характеристик воды при различных физических воздействиях с учетом переходных процессов / В.И. Букатый, П.И. Нестерюк // Ползуновский вестник. – 2010. – № 2. – С. 60-64.

5. Маленков, Г.Г. Структура и динамика жидкой воды / Г.Г. Маленков // Журнал структурной химии. – 2006. – Т. 47. – С. 5-35.

Результаты исследования В данной работе мной были рассмотрены различные аспекты, которые могут влиять на электропроводность воды: наличие различных ионов , углекислого газа и температуры. Но основной акцент был сделан на рассмотрение изменения электропроводности воды от состава минеральной воды премиум- и эконом- класса. Результаты, проведенных опытов показали, что вода различных источников действительно меняет свою электропроводность в десятки раз.

ОГЛАВЛЕНИЕ

АННОТАЦИЯ        

ПЛАН ИССЛЕДОВАНИЯ        

ГЛАВА1. Минеральная вода на службе здоровья        

1.1 Специфика электропроводности  человека        

1.2 Откуда взялось такое богатство?        

1.3 Лечебные свойства минеральных вод        

ГЛАВА 2.  Влияние  состава минеральной воды премиум- и эконом класса на электропроводность        

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ        

ПРИЛОЖЕНИЕ 1        

ПРИЛОЖЕНИЕ 2        

                                 ГЛАВА1. Минеральная вода на службе здоровья

                                     1.1 Специфика электропроводности человека

Электропроводность  человека отличается большим своеобразием. Основная особенность живой ткани, как и организма п целом, состоит в непрерывно совершающемся обмене веществ, подчиненном определенным биофизическим и биохимическим закономерностям. Организм человека можно отнести к группе своеобразных полимеров — биополимеров. В 60-х годах выяснилось, что в органических полимерах «нет свободных электронов» (по терминологии Я. И. Френкеля). Нет их, по-видимому, и в живых тканях, многие из которых по праву относятся к сложнейшим органическим полимерам, составляя особую их группу — группу биополимеров. При внешних энергетических воздействиях такие электроны могут «покинуть» свои атомы и блуждать по сложной молекуле, в какой-то степени уподобляясь свободным электронам, перемещающимся в металле. Характерно, что в металле, находящемся в газообразной фазе, подобное перемещение электронов отсутствует. Оно возникает лишь при сильном насыщении живой ткани микроэлементами .Вот почему электропроводность металла  зависит от ряда внешних воздействий, например от температуры. С повышением последней электропроводность вещества ухудшается.Таким образом, живая ткань, и прежде всего «ткань» нервной системы, обладает сложнейшей электропроводностью, только этой ткани и присущей. В пользу высказанного взгляда говорит, например, наличие внутриклеточных потенциалов, величина которых достигает 50—70 мВ. Об этом же свидетельствует динамика электрической активности сердца, регистрируемая электрокардиограммой, и еще более убедительно — динамика электрической активности мозга, регистрируемая энцефалограммой.

                                       1.2 Откуда взялось такое богатство?

Минеральные воды содержат большое количество биологически активных веществ, которые обладают особенными физико-химическими и полезными свойствами. Чаще всего это подземные воды, редко поверхностные. В зависимости от состава минеральную воду можно применять внутрь или использовать наружно. Дождевая вода веками скапливалась в толще земли. Чем глубже она проникала, тем чище становилась. За все время нахождения дождевой воды под землей она накапливала полезные вещества и углекислоту, впитывала минеральные компоненты. Именно в зависимости от глубины нахождения воды, зависит какими свойствами и каким составом она обладает. Полезные свойства минеральной воды известны своей целебностью и натуральностью.

  Минеральная вода богата такими элементами как: магний (Мg), кальций (Са), натрий (Na), хлор (Сl), гидрокарбонат (НСО3) и сульфат (SO4). В зависимости от комбинации этих элементов концентрации выделяют различные виды минеральной воды: хлоридные, гидрокарбонатные, сульфатные и иные минеральные воды. В состав минеральной воды также входит двуокись углерода. Благодаря взаимодействию углекислого газа с подземными породами образуются лечебные свойства минеральной воды. Углекислый газ лучше утоляет жажду, смягчает вкус напитка, упорядочивает химический состава. Именно поэтому перед разливом в бутылки минеральную воду дополнительно насыщают двуокисью углерода. В самых разных количествах в минеральной воде содержится почти вся таблица Менделеева. Что-то представлено в самых малых дозах, что-то в больших. Среди иных прочих элементов представлены: железо, фтор, мышьяк, кобальт, медь, литий, марганец, йод.  Кроме того, минеральная вода еще подразделяется на виды по насыщенности минеральными солями.

Выделяют: лечебно-столовую; столовую и лечебную. Столовая минеральная вода не имеет ярко-выраженного вкуса и запаха, ее можно применять для ежедневного потребления. Содержание соли в такой воде не превышает 1 грамма на 1 литр. Столовую минеральную воду можно использовать даже для приготовления блюд. Лечебно-столовая минеральная вода может использоваться ежедневно как столовая, а также в случае чего может использоваться и в лечебных целях. В такой минеральной воде содержание соли составляет от1 до 10 грамм на 1 литр. Такую воду почти нельзя подвергать термическим обработкам, в противном случае она теряет свои полезные свойства. Лечебная вода принимается строго в определенных количествах и по назначению врача. Содержание солей в такой воде превышает 10 грамм на литр. Также в лечебной воде содержится повышенное число активных компонентов.

Из прочитанного можно сделать вывод, что чем выше содержание ионов металлов и солей электропроводность должна быть больше.

                                 1.3 Лечебные свойства минеральных вод

Ванны с минеральной водой существовали еще в античной Греции и Риме. В горных районах Кавказа, богатых минералами, существуют древние легенды про лечебные свойства минеральных вод. В этих легендах установлена непосредственная связь между возникновением некоторых населенных пунктов и наличием в этих местах чудодейственных минеральных источников. Так, например, в одной из легенд об основании города Тбилиси место для будущего поселения указал бык, подстреленный охотниками, который исцелился, выпив воду из родника. Слово «нарзан» переводится с балкарского языка как «богатырский напиток».

Целительные свойства минеральных вод, которые веками подтверждаются эволюцией развития человеческого общества, не вызывает ни у кого сомнений. В отличие от других популярных методик по производству биологически активной воды с помощью магнитного и электрического полей. Сегодня мы обсудим лечебные свойства минеральных вод и их применение в медицине.Сейчас минеральные воды можно разделить на две большие группы - естественного происхождения и промышленного производства. Основными минералами, характеризующими полезные свойства воды, являются кальций, магний, калий и различные сульфаты.

Конечно, лечебные свойства природных минеральных вод более эффективны по сравнению с основными характеристиками воды, полученной в результате промышленной переработки, но активное использование только природных источников имеет четкие территориальные ограничения. В этом случае полученная в заводских условиях минеральная вода (при условии добросовестности производителя) - один из вариантов решения этой проблемы.

Кроме минералов (кальция, магния, калия и различных сульфатов), многие минеральные воды содержат микроэлементы других металлов - железа, бора, фтора. Как же эти вещества помогают нашему организму? Иными словами, в чем состоят полезные и лечебные свойства минеральных вод?

О необходимости кальция для роста и здоровья костей и зубов известно уже каждому, а вот о том, что калий и магний необходимы для правильной работы сердца, знают не все. Железо вместе с фтором помогает нашим зубам бороться с кариесом, а бор нужен для поддержания здоровья костных тканей. Все эти важные для нашего здоровья вещества должны находиться в организме в сбалансированном состоянии, поэтому злоупотреблять минеральной водой не стоит.

По количеству содержащихся в них солей минеральные воды делятся на слабо- и маломинерализованные, среднеминерализованные, высокоминерализованные и рассольные. Такие воды надо подбирать только согласно рекомендациям врача и строго соблюдать дозировку.

Те минеральные воды, которые в большом количестве продаются в магазинах, чаще всего относятся к столовым. Содержание солей в таких водах не превышает 5 мг на 1 л, и потому пить их можно в любых количествах без опасений. В летнее время употребление минеральной воды вместо обыкновенной, пресной, даже желательно, ведь с потом мы теряем не только жидкость, но и часть солей, в возмещении которых нуждается наш организм. Так что холодная «минералка» летом - это не просто вкусно, но и полезно. Большинство известных со времен Советского Союза минеральных вод относятся к «лечебно-столовому» типу, положительный для здоровья эффект от употребления которых возможен только при грамотной дозировке.

Проработав литературу я понял, что чем насыщеннее минеральная вода различными ионами, тем выше ее электропроводность и тем большую пользу человеку она приносит.

ГЛАВА 2.   Влияние состава минеральной воды премиум- и эконом класса на

электропроводность

В таблице № 1 приведены составы минеральных вод. Составы минеральных вод значительно отличаются друг от друга из-за того, что воды добывались в разных источниках, различно обогащены CO2 , кроме того они резко отличаются по стоимости, например, если «кубай» стоит 15р, то «набеглави» 70р. Поэтому я разделил минеральную воду на премиум и эконом классы. Из таблицы видно, что вода премиум класса «ессентуки 4», «набеглави», «урочище долины нарзанов» содержат в десятки раз больше микроэлементов и CO2.

Таблица №1 Состав минеральной воды

Таблица №2.Электропроводность газированной минеральной воды премиум- и эконом –класса

При помощи датчиков электропроводности лаборатории «Vernier» я провел сравнительные измерении минеральной газированной воды, также pH среды, которые влияют на лечебный эффект минеральных вод. Данные приводятся в таблице №2.

Проанализировав таблицу можно сделать вывод, что большей электропроводность. Обладает вод «ессентуки 4», за ней следует «набеглави», на 3-ем месте «урочище долины нарзанов». pH среды, которая также влияет на лечебных эффект находится на более низком уровне, чем у воды эконом-класса. Наибольшее pH среды у воды «акваника», хотя электропроводность у этой воды в 9,8 раза ниже, чем у «ессентуки 4». По электропроводности на последнем месте находилась вода «кубай», которая является самой дешевой из исследуемых вод.

Таблица 3. Электропроводность негазированной минеральной воды

Если вернуться к таблице содержания микроэлементов  CO2, то их меньше в несколько десятков раз, а углекислый газ, естественно, отсутствует, поэтому вода обладает более низкой электропроводностью, а pH даже выше, чем у воды премиум классов.

Через несколько часов я провел повторное исследование минеральной газированной воды, у которой основная масса CO2 ,была выделена, т.к. колбы с водой находились открытыми. Результаты исследования получились такими

Таблица 3.Электропроводность газированной минеральной воды после выделения углекислого газа

По данным исследования видно, что влияние содержания CO2 на электропроводность очень велико, т.к. электропроводность упала в десятки раз, а на pH среды неизменно. Значит для большего лечебного эффекта человек должен принимать газированную минеральную воду премиум-класса.

                                                      ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе мной были рассмотрены различные аспекты, которые могут влиять на электропроводность воды: содержание ионов, углекислого газа и температуры. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1.Очень большое кол-во различный ионов минеральной воды премиум-класса повышает электропроводность в десятки раз.

2.Содержания углекислого газа также многократно повышает электропроводность, поэтому я думаю, что для повышения лечебного эффекта важно наличие углекислого газа.

3.Минеральная вода, в моем исследовании , имела различную электропроводность в зависимости от  стоимости ,а значит и её содержания .

4.Удельная электропроводность реальной воды в отличие от обычных проводников имеет немонотонную зависимость от температуры с максимумом при (18 ± 4) оС.

5.Немонотонная зависимость удельной электропроводности воды от температуры обусловлена изменением растворимости газов в воде. При низких температурах уменьшение электропроводности связано с повышением концентрации растворенных газов. Уменьшение электропроводности воды при высоких температурах определяется влиянием теплового движения молекул воды, затрудняющего упорядоченное движение ионов.

6.Величина удельной электропроводности воды является хорошим индикатором содержания различных ионов.

7. Электропроводность минеральной воды может изменяться более чем в 10 раз.

Следующим этапом наших исследований предполагается  выявление механизма воздействия различных видов  минеральной воды на биологические организмы. Для этого необходимы дополнительные исследования на животных или растениях.

Это позволит нам получить более полное представление о влиянии примесей и внешних факторов на свойства воды и оценить потенциальные возможности и целесообразность использования тех или иных видов минеральной воды.

Своим близким и родным я буду рекомендовать употреблять для усиления лечебного эффекта минеральные воды «ессентуки 4» и «набеглави», как обладающие самыми высокими показателями электропроводности.

Библиография

1. Аликберова, Л.Ю. Общие свойства растворов / Л.Ю. Аликберова, Н.С. Рукк. – М.: МИТХТ, 2012.

2. Букатый, В.И. Измерение физико-химических характеристик воды при различных физических воздействиях с учетом переходных процессов / В.И. Букатый, П.И. Нестерюк // Ползуновский вестник. – 2010. – № 2. – С. 60-64.

3. Бецкий, О.В. Необычные свойства воды в слабых полях / О.В. Бецкий, Н.Н. Лебедева, Т.И. Котровская. // Биомедицинская радиоэлектроника. – 2003. – №1. – С. 37-44.

4. Кабардин, О.Ф. Физика: Справочные материалы / О.Ф. Кабардин. – М.: Просвещение, 1991. – 367 с.

5. Кабардин О.Ф. Физика: Справочные материалы: Учеб. Пособие для учащихся. – 3-е изд. - М,  Просвещение 1991. – 367с.: ил. - ISBN 5-09-003008-1.

6. Маленков, Г.Г. Структура и динамика жидкой воды / Г.Г. Маленков // Журнал структурной химии. – 2006. – Т. 47. – С. 5-35.

7. Очков, В.Ф. Электрическая обработка воды: история и современное состояние / В.Ф. Очков. – Энергосбережения и водоподготовка. – 2006, № 2.

8. Санкин, Г.Н. Инерционность изменения электропроводности  / Г.Н. Санкин, В.С. Тесленко // ЖТФ. – 2000. – Т. 70, вып. 3. – С. 64-65.

9. Саркисов, Г.Н. Структурные модели воды / Г.Н. Саркисов. // Успехи физических наук. – 2006. – Т.176, №8. – С. 833-845.

10. Глобальное значение воды [Электронный ресурс]: электронный ресурс о воде питьевой воде – режим доступа к журн.: http://kristalnaya.ru/encycl/vvtviv/gzv/

11. Вода [Электронный ресурс]:  электронная энциклопедия. – режим доступа к энциклопедии: http://ru.wikipedia.org/wiki/Вода

12. Таблица насыщенных растворов [Электронный ресурс]: таблица: http://www.dpva.info/Guide/GuideChemistry/Solvents/SolidsSolvents/

13. http://www.hemi.nsu.ru/ucheb161.htm.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Диаграмма №1

Диаграмма №2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2