Cząsteczka wody jest jedną z najpospolitszych substancji we wszechświecie. Powszechność jej występowania sprawia, że czasem zapominamy jak wielkie ma ona znaczenie dla życia człowieka. To ona dodaje nam energii, ale czy tylko nam?
ENERGIA W CZĄSTECZCE
Budowa cząsteczki wody jest bardzo prosta, ale dzięki swojej specyfice wynikającej z oddziaływania tworzących ją atomów tlenu i wodoru, ma związek z energią. W latach 60. minionego wieku tanzański student Erasto Mpemba zauważył, że podgrzana woda zamarza szybciej niż chłodna (wcześniej, w czasach starożytnych zwrócił na to uwagę Arystoteles). Do niedawna, nie było wyjaśnienia tego efektu nazwanego od nazwiska studenta EFEKTEM MPEMBY. Do niedawna…., gdyż dziś wiadomo, że ma to związek z budową cząsteczek wody i wzajemnym ich oddziaływaniem oraz energią. Jeśli mamy do czynienia z większą ilością cząsteczek to łączą się one między sobą dzięki tzw. wiązaniom wodorowym, które powstają między atomem wodoru jednej cząsteczki a atomem tlenu drugiej. W normalnych warunkach wiązania te powodują ściśnięcie struktury wody. Z drugiej strony wzajemne przyciąganie poszczególnych cząsteczek powoduje rozciąganie wiązań wewnętrznych. Aby temu się przeciwstawić, cząsteczka wody gromadzi energię. I to właśnie ta energia wzmacnia trwałość wody w stanie ciekłym i w związku z tym utrudnia przechodzenie wody w inne niż ciekły stany skupienia. Podczas podgrzewania wody następuje rozluźnianie słabszych wiązań wodorowych (poszczególne cząsteczki wody oddalają się od siebie), a skumulowana w cząsteczce energia uwalnia się. Podobny proces – oddawania energii przez cząsteczkę wody i rozluźniania wiązań wodorowych ma miejsce podczas jej zamarzania. Naukowcy uważają, że to podobieństwo obu stanów podgrzewanej i zamarzającej wody powoduje, że woda podgrzana łatwiej zamarza niż woda chłodna, której strukturę umacnia skumulowana energia.
ŻYCIODAJNA ENERGIA WIĄZANIA WODOROWEGO
Często mówi się: „woda to energia”, „woda to życie”. Oczywiście, mając na uwadze fakt, że 97% Ziemi, pokrywa woda oraz, że ok. 70% organizmu człowieka składa się z wody, trudno temu zaprzeczyć. Jednak, tę życiodajną właściwość, woda zawdzięcza wspomnianym wiązaniom wodorowym. To właśnie dzięki nim tworzą się struktury białek i wielu innych złożonych substancji o ogromnym znaczeniu biologicznym. Dodatkowo, dzięki tym wiązaniom, woda ma dużo wyższą temperaturę wrzenia niż inne płyny i pozostaje w stanie ciekłym nawet w rejonach, w których klimat jest bardzo gorący.
Woda jest ważnym składnikiem życia nie tylko ludzi i zwierząt. Okazuje się, że w życiu roślin wiązania wodorowe również odgrywają znaczącą rolę, gdyż umożliwiają docieranie wody pobranej z gleby przez korzenie do wszystkich pozostałych części roślin. Woda w formie długich łańcuchów (poszczególne cząsteczki wody połączone wiązaniami wodorowymi) może z łatwością i bez przeszkód przedzierać się poprzez cieniutkie kanaliki roślinnej struktury.
ENERGIA Z WODY TO ZDROWIE
Organizm człowieka potrzebuje wody, aby żyć i właściwie funkcjonować. Bez jedzenia można przeżyć nawet do kilku tygodni, bez wody – zaledwie kilka dni. Dlatego, warto zdać sobie sprawę, jak wiele woda dla nas znaczy. Zapotrzebowanie w wodę zależy od płci i wieku, a także wielu czynników zewnętrznych, takich jak dieta, aktywność, warunki środowiskowe. Ta niezbędna ilość waha się w granicach 1,5 – 2,5 litra dziennie i zwykle jest nieco niższa dla kobiet i dziewcząt. Przyjmuje się, że średnio, dla właściwego funkcjonowania powinno się spożywać ok. 2 litry wody dziennie. Oczywiście, należy mieć na uwadze, że źródłem wody nie jest tylko woda w czystej postaci. Zasoby wody znajdują się w innych napojach oraz w wielu produktach (np. niektóre owoce i warzywa zawierają w swojej masie nawet do 95% wody; zaskakująco dużo wody znajduje się też w takich produktach jak ryż czy makaron – ok. 70%). Przyjmuje się, że 20-30% dziennego zapotrzebowania na wodę możemy uzupełnić spożywając pokarmy, pozostałą ilość możemy uzupełnić napojami (niekoniecznie samą wodą).
Energia i zdrowie z wody nie bierze się tylko z samej tej substancji. Chemicy żartują, że nie ma w przyrodzie substancji „brudniejszej” niż czysta woda. Wynika to stąd, że jedną z najbardziej niesamowitych właściwości wody jest jej zdolność rozpuszczania wielu substancji. Woda w naszym otoczeniu, ale również woda, którą spożywamy zawiera wiele składników (woda morska – nawet tysiące). Dzięki tej właściwości powstało życie na Ziemi, gdyż z rozpuszczonych w wodzie morskiej substancji organicznych powstały proste organizmy, a rozpuszczone składniki nieorganiczne – pozwoliły na ich rozwój i wzrost. I choć dawno morza i oceany przestały być jedynym środowiskiem, w którym toczy się życie, można powiedzieć, że życiodajną wodę z tych zbiorników mamy teraz w sobie. Wraz z niezbędnym zasobem składników rozpuszczonych, jest ona w naszych płynach tkankowych i międzykomórkowych oraz we krwi.
Z drugiej strony niesamowita zdolność wody do rozpuszczania substancji, stała się naszym przekleństwem. Nawet niewielkie zanieczyszczenia, niekoniecznie wprowadzone bezpośrednio do środowiska wodnego, mogą spowodować, że woda przestanie być zdatna do wykorzystania, a zwłaszcza do picia.
- rozpuszcza pokarm i transportuje go po całym organizmie;
- wchłania pokarm z jelit i pomaga w odżywianiu komórek;
- jest niezbędna do usuwania szkodliwych produktów przemiany materii;
- bierze udział w reakcjach zachodzących w naszym ciele;
- jest niezbędna do utrzymania stałej ciepłoty ciała (pocenie się jest regulatorem temperatury);
- zwilża stawy, błony śluzowe i gałki oczne.
DOBRA CZY ZŁA, CZYLI MIT TWARDEJ WODY
Bezpośrednio ze zdolnością wody do rozpuszczania substancji, związane jest pojęcie twardej wody. Woda jest tym twardsza, im więcej zawiera substancji rozpuszczonych, zwłaszcza mineralnych. Wiele osób postrzega ją negatywnie: gorzej smakuje, powoduje niszczenie urządzeń gospodarstwa domowego, wymusza dodawanie większej ilości detergentów dla uzyskania pożądanego „efektu czyszczącego”. Tak naprawdę jednak, dla organizmu człowieka woda twarda oznacza same korzyści. Znajdujące się z niej minerały, takie jak wapń, magnez, sód, czy potas to składniki bardzo pożądane dla naszego ciała. Wspomagają one funkcje życiowe organizmu, a ich niedobory mogą przynieść wiele szkód. Przykładowo, przewodzenie impulsów nerwowych wspomagane jest obecnością jonów sodu. Natomiast, jony wapnia, nie tylko są ważne dla naszego układu kostnego, lecz pełnią w organizmie inne ważne funkcje, w tym m.in.: regulują gojenie się ran i wydzielanie insuliny. Bez jonów wapnia niemożliwe byłyby skurcze serca, a także ruchy perystaltyczne (powodujące przemieszczanie pożywienia w układzie pokarmowym).
- uczucie pragnienia pojawia się już przy utracie 1% wody w organizmie;
- utrata wody na poziomie 15% jest niebezpieczne dla życia;
- objawy zbyt dużej utraty wody to senność, zmęczenie, niewydolność psychiczna i fizyczna, spadek koncentracji;
- odwodnienie jest groźne dla układu nerwowego, gdyż nasz najważniejszy organ mózg w 80% składa się z wody;
- niedobór wody powoduje spadek zdolności mentalnych i umysłowych;
- 10% odwodnienia powoduje, że ok. 50% sygnałów elektrycznych wysyłanych przez mózg nie dociera do miejsca docelowego;
- woda ma wpływ na zachowanie kształtu komórek, dlatego organizm odwodniony charakteryzuje się wiotkością skóry.
WODA JAKO ODNAWIALNE ŹRÓDŁO ENERGII
Płynąca lub spiętrzona woda to jedno z najwcześniej opanowanych przez człowieka odnawialnych źródeł energii (OZE). Przed rewolucją przemysłową i wynalezieniem silników to właśnie woda napędzała liczne warsztaty i młyny. Energetyka wodna to obecnie jedyna technologia z grupy OZE, która ma istotny udział w bilansie energetycznym. Energię elektryczną wytwarza się w elektrowniach wodnych wykorzystując spiętrzoną wodę do napędu turbin uruchamiających generatory prądu.
Elektrownie wodne generalnie nie wywierają negatywnego oddziaływania na środowisko. Duże kontrowersje budzi natomiast niezbędny element energetyki wodnej, czyli stopnie wodne (odpowiednio obudowane i zabezpieczone miejsca, w których dnu rzeki nadaje się pionowy uskok, np. tamy, zapory). Budowa tych urządzeń wiąże się z zalewaniem znacznych obszarów i powoduje zmiany w krajobrazie oraz w miejscowej florze i faunie. Nie bez znaczenia są też szkody kulturowe i społeczne spowodowane koniecznością likwidacji osad ludzkich i przesiedlania ich mieszkańców. Z drugiej strony stopnie wodne są ważnym elementem ochrony przeciwpowodziowej.
CZASEM ODWROTNIE, CZYLI ENERGIA DLA WODY
Generalnie przyjmuje się, że zależność pojęć „woda” i „energia” jest taka, że woda niesie i daje energię. Niemniej jednak, należy pamiętać również o tym, że ta zależność czasem jest odwrotna. Procesy, które prowadzą do uzdatnienia wody i jej oczyszczania wymagają energii. Niestety, jej produkcja i wykorzystanie negatywnie oddziałują na środowisko powodując zużywanie nieodnawialnych paliw kopalnych, emisję szkodliwych substancji do środowiska oraz postępujące zmiany klimatyczne. Zatem, im mniej zanieczyszczona jest woda, tym mniej energii wykorzystamy do jej oczyszczania. Dlatego, tak ważna jest dbałość o ochronę środowiska naturalnego, w tym o ochronę funkcjonującej w tym środowisku wody.
Materiały opracowane przez:
