التركيب الكيميائي للخلية. المواد غير العضوية للخلية

خصائص الماء ودوره في الخلية:

في المقام الأول بين مواد الخلية هو الماء. ويشكل حوالي 80% من كتلة الخلية. الماء مهم بشكل مضاعف للكائنات الحية، لأنه ضروري ليس فقط كمكون من مكونات الخلايا، ولكن للعديد من الكائنات الحية أيضًا كموئل.

1. يحدد الماء الخصائص الفيزيائية للخلية - حجمها ومرونتها.

2. تحدث العديد من العمليات الكيميائية فقط في محلول مائي.

3. الماء مذيب جيد: تدخل العديد من المواد إلى الخلية من البيئة الخارجية في محلول مائي، وفي محلول مائي تتم إزالة النفايات من الخلية.

4. يتمتع الماء بقدرة حرارية عالية وموصلية حرارية.

5. يتمتع الماء بخاصية فريدة: عندما يتم تبريده من +4 إلى 0 درجة، فإنه يتمدد. ولذلك يتبين أن الجليد أخف من الماء السائل ويبقى على سطحه. وهذا مهم جدًا للكائنات الحية التي تعيش في البيئة المائية.

6. يمكن أن يكون الماء مادة تشحيم جيدة.

يتم تحديد الدور البيولوجي للماء من خلال صغر حجم جزيئاته وقطبيتها وقدرتها على التواصل مع بعضها البعض من خلال الروابط الهيدروجينية.

الوظائف البيولوجية للمياه:

ينقل. يضمن الماء حركة المواد في الخلية والجسم، وامتصاص المواد وإزالة المنتجات الأيضية. في الطبيعة، يحمل الماء النفايات إلى التربة والمسطحات المائية.

الأيض. الماء هو الوسط لجميع التفاعلات الكيميائية الحيوية، وهو مانح للإلكترون أثناء عملية التمثيل الضوئي؛ فمن الضروري للتحلل المائي للجزيئات الكبيرة إلى مونومراتها.

ويشارك الماء في تكوين السوائل المرطبة والمخاط والإفرازات والعصائر في الجسم.

مع استثناءات قليلة جدًا (مينا العظام والأسنان)، يعتبر الماء هو العنصر السائد في الخلية. الماء ضروري لعملية التمثيل الغذائي (التبادل) في الخلايا، لأن العمليات الفسيولوجية تحدث حصريًا في بيئة مائية. تشارك جزيئات الماء في العديد من التفاعلات الأنزيمية للخلية. على سبيل المثال، يحدث تحلل البروتينات والكربوهيدرات والمواد الأخرى نتيجة لتفاعلها مع الماء المحفز بواسطة الإنزيمات. تسمى هذه التفاعلات تفاعلات التحلل المائي.

يعمل الماء كمصدر لأيونات الهيدروجين أثناء عملية التمثيل الضوئي. والماء في الخلية على شكلين: حر ومقيد. يشكل الماء الحر 95% من إجمالي الماء في الخلية ويستخدم بشكل أساسي كمذيب وكوسيط مشتت للنظام الغروي للبروتوبلازم. يرتبط الماء المرتبط بالبروتينات، والذي يمثل 4% فقط من إجمالي الماء في الخلية، بالبروتينات بواسطة روابط هيدروجينية.

نظرًا للتوزيع غير المتماثل للشحنات، يعمل جزيء الماء كثنائي القطب وبالتالي يمكن ربطه بمجموعات البروتين المشحونة إيجابيًا وسلبيًا. تشرح الخاصية ثنائية القطب لجزيء الماء قدرته على توجيه نفسه في مجال كهربائي والارتباط بجزيئات وأجزاء مختلفة من الجزيئات التي تحمل شحنة. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الهيدرات

ونظرًا لقدرته الحرارية العالية، يمتص الماء الحرارة وبالتالي يمنع التقلبات المفاجئة في درجات الحرارة في الخلية. يعتمد محتوى الماء في الجسم على عمره ونشاطه الأيضي. يصل إلى أعلى مستوى له في الجنين (90%)، ويتناقص تدريجيًا مع التقدم في السن. يختلف محتوى الماء في الأنسجة المختلفة اعتمادًا على نشاطها الأيضي. على سبيل المثال، يوجد ما يصل إلى 80٪ من الماء في المادة الرمادية للدماغ، وفي العظام حتى 20٪. الماء هو الوسيلة الرئيسية لتحريك المواد في الجسم (تدفق الدم، الليمفاوية، وتيارات المحاليل الصاعدة والهابطة عبر أوعية النباتات) وفي الخلية. يعمل الماء بمثابة "مادة تشحيم" ضرورية أينما توجد أسطح احتكاك (على سبيل المثال، في المفاصل). تبلغ كثافة الماء أقصى كثافة عند 4 درجات مئوية. ولذلك فإن الجليد ذو الكثافة الأقل يكون أخف من الماء ويطفو على سطحه مما يحمي الخزان من التجمد. خاصية الماء هذه تنقذ حياة العديد من الكائنات المائية.

مقدمة

يتكون جسم الإنسان من 70% تقريباً من الماء. الماء هو في المقام الأول مذيب، حيث تحدث جميع أعمال الحياة الأولية. بالإضافة إلى ذلك، الماء هو منتج وركيزة لاستقلاب الطاقة في الخلية الحية. بالمعنى المجازي، الماء هو الساحة التي يتم فيها لعب عمل الحياة ومشارك في التحولات البيوكيميائية الرئيسية.

ومن المعروف أن الماء موجود في جميع أجزاء جسمنا، على الرغم من أنه على سبيل المثال في القشرة الدماغية تبلغ نسبته 85%، وفي الجلد 72%، وفي مينا الأسنان 3% فقط. يشير هذا إلى أن الأعضاء التي تعمل بشكل مكثف تحتوي على كمية أكبر من الماء.

يمكن لجزء من الماء في الجسم أن يرتبط بشكل أو بآخر بالمواد الذائبة فيه وبسطح الجزيئات الكبيرة من البوليمر الحيوي باستخدام روابط الهيدروجين وقوى التفاعل الأيوني ثنائي القطب. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تغيير ملحوظ في التكوين والأحجام والأوزان الفعالة لبعض الجزيئات المشاركة في التفاعل، وفي بعض الحالات إلى تعديل كبير في خصائصها. على سبيل المثال، اتضح أن قنوات الصوديوم في الخلايا العصبية التي يبلغ قطرها حوالي 0.5 نانومتر، لا يمكن الوصول إليها عمليا لمرور أيونات البوتاسيوم من خلالها، على الرغم من أن قطر أيون K+ نفسه يبلغ 0.26 نانومتر. في الواقع، يتم ترطيب أيون K+، وبالتالي، لحساب حجمه الفعال، يجب إضافة قطر جزيء الماء البالغ 0.28 نانومتر إلى قطر أيون K+. ونتيجة لذلك، لا يمكن لأيون مركب + يبلغ قطره حوالي 0.6 نانومتر أن يمر عبر قناة الصوديوم، في حين أن أيون مائي + يبلغ قطره حوالي 0.47 نانومتر ينتشر بحرية عبر هذه القناة.

مثال آخر على التغير في حجم الركيزة البيولوجية يمكن أن يكون جزيء الحمض النووي. على وجه الخصوص، من المعروف أنه لكل نيوكليوتيد في الجزيء الكبير يوجد حوالي 50 جزيء ماء مرتبط بالحمض النووي. في المجمل، يزيد فيلم الحمض النووي المائي القطر الفعال لجزيء الحمض النووي الأسطواني من 2 نانومتر في الحالة اللامائية إلى 2.9 نانومتر في محلول مائي، وهو أمر مهم للغاية، على سبيل المثال، عند قراءة المعلومات منه.

هيكل الماء

الماء مادة فريدة وجميع خواصها الشاذة: درجة غليان عالية، قدرة كبيرة على الذوبان والتفكك، موصلية حرارية منخفضة، حرارة تبخر عالية وغيرها تعود إلى بنية جزيئها وبنيتها المكانية.

يمتلك جزيء الماء الفردي صفة تتجلى فقط في وجود جزيئات أخرى: القدرة على تكوين جسور الهيدروجين بين ذرات الأكسجين في جزيئين متجاورين، بحيث تقع ذرة الهيدروجين على الجزء الذي يربط ذرات الأكسجين. تعود القدرة على تكوين مثل هذه الجسور إلى وجود تفاعل خاص بين الجزيئات تلعب فيه ذرة الهيدروجين دورًا مهمًا. ويسمى هذا التفاعل رابطة الهيدروجين.

كل جزيء من جزيئات الماء المرتبطة بجزيء معين هو في حد ذاته قادر على ربط جزيئات أخرى. يمكن أن تسمى هذه العملية "البلمرة". إذا شارك واحد فقط من الرابطتين المحتملتين في إضافة الجزيء التالي، وظل الآخر شاغرًا، فإن "البلمرة" ستؤدي إلى تكوين إما سلسلة متعرجة أو حلقة مغلقة. ويبدو أن أصغر حلقة تتكون من أربعة جزيئات، ولكن زاوية 90 درجة تجعل الروابط الهيدروجينية ضيقة للغاية. يجب أن تكون الحلقات ذات الوصلات الخمسة (الزاوية 108 درجة) غير متوترة عمليًا، ويجب أن تكون الحلقات ذات الوصلات الستة (الزاوية 120 درجة)، وكذلك الحلقات ذات الوصلات السبعة، متوترة.

يُظهر فحص هياكل الهيدرات الحقيقية أن أكثرها استقرارًا هي الحلقة المكونة من ستة أعضاء الموجودة في الهياكل الجليدية. الحلقات المسطحة هي من مميزات هيدرات الكالثرات، وفي جميع الهياكل المعروفة، غالبًا ما توجد حلقات مسطحة مكونة من خمسة أعضاء من جزيئات الماء. وهي، كقاعدة عامة، تتناوب في جميع هياكل هيدرات الكالثرات مع حلقات مكونة من ستة أعضاء، ونادرًا جدًا مع حلقات من أربعة أعضاء، وفي حالة واحدة - مع حلقة مسطحة من سبعة أعضاء.

بشكل عام، يظهر هيكل الماء كخليط من جميع أنواع هياكل الهيدرات التي يمكن أن تتشكل فيه.

وفي الجانب التطبيقي، يعد هذا مهمًا، على سبيل المثال، لفهم عمل الأدوية. كما أظهر L. Pauling، فإن شكل الماء المهيكل في التكوينات بين التشابكية للدماغ يضمن، من ناحية، انتقال النبضات من خلية عصبية إلى خلية عصبية، ومن ناحية أخرى، عندما تدخل مادة مخدرة إلى هذه التكوينات المناطق، يتم تعطيل هذا النقل، أي أن ظاهرة التخدير ملحوظة. يعد ترطيب بعض هياكل الدماغ أحد أسس تنفيذ عمل المسكنات المخدرة (المورفين).

الأهمية البيولوجية للمياه

الماء كمذيب. الماء مذيب ممتاز للمواد القطبية. وتشمل هذه المركبات الأيونية، مثل الأملاح، والتي تتفكك فيها الجزيئات المشحونة (الأيونات) في الماء عندما تذوب المادة، وكذلك بعض المركبات غير الأيونية، مثل السكريات والكحولات البسيطة، التي تحتوي على مجموعات (قطبية) مشحونة (- OH) في الجزيء.

تشير نتائج العديد من الدراسات حول بنية محاليل الإلكتروليت إلى أنه أثناء ترطيب الأيونات في المحاليل المائية، يلعب الترطيب قصير المدى الدور الرئيسي - تفاعل الأيونات مع جزيئات الماء الأقرب إليها. من المثير للاهتمام للغاية توضيح الخصائص الفردية للترطيب قصير المدى للأيونات المختلفة، سواء درجة ارتباط جزيئات الماء في أصداف الماء أو درجة التشوه في هذه الأصداف للبنية الشبيهة بالجليد رباعي السطوح للمياه النقية - تتغير الروابط في الجزيء إلى زاوية جزئية. حجم الزاوية يعتمد على الأيون.

عندما تذوب مادة ما، فإن جزيئاتها أو أيوناتها تكون قادرة على التحرك بحرية أكبر، وبالتالي تزداد تفاعليتها. ولهذا السبب، تحدث معظم التفاعلات الكيميائية في الخلية في المحاليل المائية. المواد غير القطبية، مثل الدهون، لا تمتزج بالماء وبالتالي يمكنها فصل المحاليل المائية إلى حجرات منفصلة، ​​تمامًا كما تفصلها الأغشية. تتنافر الأجزاء غير القطبية من الجزيئات مع الماء، وفي وجودها تنجذب إلى بعضها البعض، كما يحدث، على سبيل المثال، عندما تندمج قطرات الزيت في قطرات أكبر؛ بمعنى آخر، الجزيئات غير القطبية كارهة للماء. تلعب هذه التفاعلات الكارهة للماء دورًا مهمًا في ضمان استقرار الأغشية، بالإضافة إلى العديد من جزيئات البروتين والأحماض النووية وغيرها من الهياكل التحت خلوية.

الخصائص المتأصلة للمياه كمذيب تعني أيضًا أن الماء يعمل كوسيلة لنقل المواد المختلفة. وهو يؤدي هذا الدور في الدم، وفي الجهاز اللمفاوي والإخراجي، وفي الجهاز الهضمي وفي اللحاء ونسيج الخشب في النباتات.

سعة حرارية كبيرة. السعة الحرارية النوعية للماء هي كمية الحرارة بالجول اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كجم من الماء بمقدار 1 درجة مئوية. يتمتع الماء بسعة حرارية عالية (4.184 جول/جم). وهذا يعني أن الزيادة الكبيرة في الطاقة الحرارية لا تؤدي إلا إلى زيادة صغيرة نسبيًا في درجة حرارتها. تفسر هذه الظاهرة بحقيقة أن جزءًا كبيرًا من هذه الطاقة يتم إنفاقه على كسر الروابط الهيدروجينية التي تحد من حركة جزيئات الماء.

تقلل السعة الحرارية العالية للمياه من التغيرات في درجات الحرارة التي تحدث فيها. بفضل هذا، تحدث العمليات البيوكيميائية في نطاق درجة حرارة أصغر، وبسرعة أكثر ثباتا، وخطر انتهاك هذه العمليات من الانحرافات المفاجئة في درجات الحرارة يهددها بقوة أقل. يعمل الماء كموطن للعديد من الخلايا والكائنات الحية، والتي تتميز بثبات كبير إلى حد ما في الظروف.

ارتفاع حرارة التبخر. الحرارة الكامنة للتبخر هي مقياس لكمية الطاقة الحرارية التي يجب نقلها إلى السائل لانتقاله إلى بخار، أي للتغلب على قوى التماسك الجزيئي في السائل. يتطلب تبخر الماء كميات كبيرة جدًا من الطاقة (2494 جول/جم). ويفسر ذلك بوجود روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء. ولهذا السبب فإن درجة غليان الماء، وهي مادة تحتوي على مثل هذه الجزيئات الصغيرة، مرتفعة بشكل غير عادي.

الطاقة اللازمة لتبخر جزيئات الماء تأتي من بيئتها. وبالتالي، يرافق التبخر التبريد. تستخدم هذه الظاهرة في الحيوانات أثناء التعرق، أو أثناء ضيق التنفس الحراري في الثدييات أو في بعض الزواحف (مثل التماسيح)، التي تجلس في الشمس وأفواهها مفتوحة؛ وقد يلعب أيضًا دورًا مهمًا في تبريد الأوراق النتحية.

حرارة الانصهار العالية. الحرارة الكامنة للانصهار هي مقياس للطاقة الحرارية اللازمة لإذابة مادة صلبة (الجليد). يحتاج الماء إلى كمية كبيرة نسبيًا من الطاقة ليذوب (يذوب). والعكس صحيح أيضًا: عندما يتجمد الماء، يجب أن يطلق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية. وهذا يقلل من احتمالية تجمد محتويات الخلية والسوائل المحيطة بها. بلورات الثلج ضارة بشكل خاص بالكائنات الحية عندما تتشكل داخل الخلايا.

كثافة وسلوك الماء بالقرب من نقطة التجمد. تنخفض كثافة الماء (الحد الأقصى عند +4 درجة مئوية) من +4 إلى 0 درجة مئوية، لذلك يكون الجليد أخف من الماء ولا يغوص في الماء. الماء هو المادة الوحيدة التي لها كثافة أعلى في الحالة السائلة منها في الحالة الصلبة، لأن بنية الجليد أكثر مرونة من بنية الماء السائل.

وبما أن الجليد يطفو في الماء، فإنه يتشكل عندما يتجمد أولاً على سطحه، وأخيراً في الطبقات السفلية فقط. إذا حدث تجميد الأحواض بترتيب عكسي، من الأسفل إلى الأعلى، ففي المناطق ذات المناخ المعتدل أو البارد، لا يمكن أن توجد الحياة في المسطحات المائية العذبة على الإطلاق. وحقيقة أن طبقات المياه التي انخفضت درجة حرارتها عن 4 درجات مئوية ترتفع إلى أعلى، تتسبب في اختلاط المياه في الخزانات الكبيرة. تدور العناصر الغذائية الموجودة فيه مع الماء، مما يجعل المسطحات المائية مأهولة بالكائنات الحية على أعماق كبيرة.

وبعد سلسلة من التجارب، وجد أن الماء المتجمع عند درجات حرارة أقل من نقطة التجمد لا يتحول إلى شبكة بلورية من الجليد. وهذا أمر غير مواتٍ من الناحية الحيوية، نظرًا لأن الماء يرتبط بقوة بالمناطق المحبة للماء في الجزيئات الذائبة. وهذا له تطبيقات في الطب بالتبريد.

ارتفاع التوتر السطحي والتماسك. التماسك هو التصاق جزيئات الجسم المادي ببعضها البعض تحت تأثير قوى الجذب. يوجد توتر سطحي على سطح السائل - نتيجة لقوى التماسك المؤثرة بين الجزيئات، والموجهة نحو الداخل. بسبب التوتر السطحي، يميل السائل إلى اتخاذ شكل بحيث تكون مساحة سطحه ضئيلة (شكل كروي مثالي). من بين جميع السوائل، يتمتع الماء بأعلى توتر سطحي (7.6 · 10-4 نيوتن/م). تلعب خاصية التماسك الهامة لجزيئات الماء دورًا مهمًا في الخلايا الحية، وكذلك في حركة الماء عبر أوعية الخشب في النباتات. تستفيد العديد من الكائنات الحية الصغيرة من التوتر السطحي: فهو يسمح لها بالطفو على الماء أو الانزلاق عبر سطحه.

الماء ككاشف. يتم تحديد الأهمية البيولوجية للمياه أيضًا من خلال كونها أحد المستقلبات الضرورية، أي أنها تشارك في التفاعلات الأيضية. ويستخدم الماء، على سبيل المثال، كمصدر للهيدروجين في عملية التمثيل الضوئي، ويشارك أيضًا في تفاعلات التحلل المائي.

مميزات الماء الذائب

حتى التسخين الطفيف (حتى 50-60 درجة مئوية) يؤدي إلى تمسخ البروتينات ويوقف عمل الأنظمة الحية. وفي الوقت نفسه، فإن التبريد حتى التجميد الكامل وحتى الصفر المطلق لا يؤدي إلى تمسخ الطبيعة ولا يعطل تكوين نظام الجزيئات الحيوية، بحيث يتم الحفاظ على الوظيفة الحيوية بعد الذوبان. هذا الحكم مهم جدًا للحفاظ على الأعضاء والأنسجة المعدة للزراعة. كما ذكرنا أعلاه، فإن الماء في الحالة الصلبة له ترتيب جزيئات مختلف عنه في الحالة السائلة وبعد التجميد والذوبان يكتسب خصائص بيولوجية مختلفة قليلاً، وهذا هو سبب استخدام الماء الذائب للأغراض الطبية. بعد الذوبان، يكون للماء بنية أكثر تنظيمًا، مع نوى هيدرات الجليد، مما يسمح له بالتفاعل مع المكونات البيولوجية والمواد المذابة، على سبيل المثال، بمعدل مختلف. عند شرب الماء الذائب، تدخل مراكز صغيرة من بنية تشبه الجليد إلى الجسم، والتي يمكن أن تنمو لاحقًا وتحول الماء إلى حالة تشبه الجليد وبالتالي تنتج تأثيرًا علاجيًا.

الدور المعلوماتي للمياه

عندما تتفاعل جزيئات الماء مع المكونات الهيكلية للخلية، لا يمكن تشكيل هياكل المكونات الخمسة والستة وما إلى ذلك الموصوفة أعلاه فحسب، بل يمكن أيضًا تشكيل تكوينات ثلاثية الأبعاد أشكال ثنائية السطوح، والتي يمكن أن يكون لها القدرة على تشكيل سلسلة الهياكل المرتبطة بجوانب خماسية مشتركة. يمكن أن توجد سلاسل مماثلة أيضًا على شكل حلزونات، مما يجعل من الممكن تنفيذ آلية توصيل البروتون على طول هذا الموصل العالمي. وينبغي أيضًا أن تؤخذ في الاعتبار بيانات S.V.Zenin (1997) التي تفيد بأن جزيئات الماء في مثل هذه التكوينات يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض وفقًا لمبدأ تكامل الشحنة، أي من خلال تفاعل كولوم طويل المدى دون تكوين روابط هيدروجينية بين بعضها البعض. وجوه العناصر، مما يسمح لنا بالنظر في الحالة المنظمة للمياه في شكل مصفوفة معلومات أولية. مثل هذا الهيكل الحجمي لديه القدرة على إعادة توجيه نفسه، مما يؤدي إلى ظاهرة "ذاكرة الماء"، حيث أن الحالة الجديدة تعكس تأثير الترميز للمواد المدخلة أو غيرها من العوامل المزعجة. ومن المعروف أن مثل هذه الهياكل موجودة لفترة قصيرة، ولكن في حالة وجود الأكسجين أو الجذور داخل الاثني عشر وجها، يحدث استقرار هذه الهياكل.

في الجانب التطبيقي، تفسر إمكانيات "الذاكرة المائية" ونقل المعلومات من خلال المياه المنظمة تأثير العلاجات المثلية وتأثيرات الوخز بالإبر.

كما ذكرنا سابقًا، فإن جميع المواد، عندما تذوب في الماء، تشكل قذائف تميهية وبالتالي فإن كل جزيء من المادة المذابة يتوافق مع بنية محددة لقذيفة التميؤ. ويؤدي اهتزاز مثل هذا المحلول إلى انهيار الفقاعات الدقيقة مع تفكك جزيئات الماء وتكوين بروتونات تعمل على تثبيت هذا الماء، مما يكتسب الخصائص الانبعاثية وخصائص الذاكرة الكامنة في المادة المذابة. مع مزيد من التخفيف من هذا الحل والاهتزاز، يتم تشكيل سلاسل أطول بشكل متزايد - اللوالب، وفي التخفيف 12 مائة لم تعد المادة نفسها موجودة، ولكن تم الحفاظ على ذكراها. إن إدخال هذا الماء إلى الجسم ينقل هذه المعلومات إلى مكونات الماء المهيكلة للسوائل البيولوجية، والتي تنتقل إلى المكونات الهيكلية للخلايا. وبالتالي، فإن الطب المثلي يعمل بشكل معلوماتي في المقام الأول. تؤدي إضافة الكحول أثناء تحضير العلاج المثلي إلى زيادة ثبات الماء المنظم بمرور الوقت.

من الممكن أن تكون سلاسل المياه المنظمة ذات الشكل الحلزوني مكونات محتملة لنقل المعلومات من النقاط النشطة بيولوجيًا (نقاط الوخز بالإبر) إلى المكونات الهيكلية لخلايا بعض الأعضاء.

فهرس

1. سادوفنيتشايا إل بي وآخرون. الكيمياء الفيزيائية الحيوية، ك.: مدرسة فيشا، 1986. - 271 ص.
2. Gabuda S. P. المياه المقيدة. حقائق وفرضيات، نوفوسيبيرسك: نوكا، 1982. - 159 ص.
3. قعد. هيكل ودور الماء في الكائن الحي، ل: دار النشر. جامعة ولاية لينينغراد، 1966. - 208 ص.
4. Byshevsky A. Sh.، Tersenov O. A. الكيمياء الحيوية للأطباء، إيكاترينبرج: إد. "عامل الأورال"، 1994. - 378 ص.
5. جرين إن، ستاوت دبليو، تايلور د. علم الأحياء، المجلد الأول.: ترجمة. من الانجليزية - م: مير، 1993. - 368 ص.
6. تشانغ ر. الكيمياء الفيزيائية مع تطبيقات على النظم البيولوجية م.: مير، 1980. - 662 ص.
7. Zenin S.V. البيئة المائية كمصفوفة معلومات للعمليات البيولوجية. في هذا الكتاب ملخصات تقارير الندوة الدولية الأولى، بوششينو، 1997، ص. 12-13.
8. سميث س. المعلومات الحيوية الكهرومغناطيسية والمياه. نشرة الطب البيوفيزيائي، 1994، العدد 1، ص. 3-13.
9. Antonchenko V. Ya.، Ilyin V. V. قضايا إشكالية في فيزياء المياه والمعالجة المثلية. نشرة الطب البيوفيزيائي، 1992 العدد 1، الصفحات 11-13.

ينقل. يضمن الماء حركة المواد في الخلية والجسم وامتصاص المواد وإزالة المنتجات الأيضية.

الأيض. الماء هو الوسط لجميع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلية. وتشارك جزيئاته في العديد من التفاعلات الكيميائية، على سبيل المثال، في تكوين البوليمرات أو التحلل المائي. في عملية التمثيل الضوئي، يعتبر الماء مانحًا للإلكترون ومصدرًا لذرات الهيدروجين. كما أنه مصدر للأكسجين الحر.

الهيكلي. يحتوي سيتوبلازم الخلايا على ما بين 60 إلى 95٪ ماء. في النباتات، يحدد الماء تورم الخلايا، وفي بعض الحيوانات يؤدي وظائف داعمة، كونه هيكل عظمي هيدروستاتيكي (مستديرة وحلقية، شوكيات الجلد).

يشارك الماء في تكوين السوائل المزلقة (السوائل الزلالية في مفاصل الفقاريات، والسوائل الجنبية في التجويف الجنبي، والتأمور في كيس التامور) والمخاط (مما يسهل حركة المواد عبر الأمعاء ويخلق بيئة رطبة على الأغشية المخاطية). من الجهاز التنفسي). وهو جزء من اللعاب والصفراء والدموع والحيوانات المنوية وما إلى ذلك.

املاح معدنية. تنفصل جزيئات الملح الموجودة في المحلول المائي إلى كاتيونات وأنيونات. وأهم الكاتيونات هي: K +، Na +، Ca 2+، Mg 2+ والأنيونات: Cl -، H 2 PO 4 -، HPO 4 2-، HCO 3 -، NO 3 -، SO 4 2-. ليس المحتوى مهمًا فحسب، بل أيضًا نسبة الأيونات في الخلية.

إن الفرق بين كميات الكاتيونات والأنيونات الموجودة على سطح الخلية وداخلها يضمن حدوث جهد الفعل الذي يكمن وراء إثارة الأعصاب والعضلات. ويرتبط الاختلاف في تركيزات الأيونات على جوانب مختلفة من الغشاء بالنقل النشط للمواد عبر الغشاء، وكذلك تحويل الطاقة.

تخلق أنيونات حمض الفوسفوريك نظامًا عازلًا للفوسفات يحافظ على الرقم الهيدروجيني لبيئة الجسم داخل الخلايا عند 6.9.

يقوم حمض الكربونيك وأنيوناته بإنشاء نظام عازل للبيكربونات يحافظ على الرقم الهيدروجيني للبيئة خارج الخلية (بلازما الدم) عند 7.4.

وتشارك بعض الأيونات في تنشيط الإنزيمات، وخلق الضغط الأسموزي في الخلية، وفي عمليات تقلص العضلات، وتخثر الدم، وما إلى ذلك.

يمكن تضمين بعض الكاتيونات والأنيونات في مجمعات تحتوي على مواد مختلفة (على سبيل المثال، أنيونات حمض الفوسفوريك هي جزء من الدهون الفوسفاتية، ATP، النيوكليوتيدات، وما إلى ذلك؛ أيون Fe 2+ هو جزء من الهيموجلوبين، وما إلى ذلك).

أهم ملوثات المياه

لقد ثبت أن أكثر من 400 نوع من المواد يمكن أن تسبب تلوث المياه. إذا تم تجاوز المعيار المسموح به من قبل واحد على الأقل من مؤشرات الخطر الثلاثة: الصحية والسمية، الصحية العامة أو الحسية، تعتبر المياه ملوثة.

هناك ملوثات كيميائية وبيولوجية وفيزيائية. من بين الملوثات الكيميائية، تشمل الملوثات الأكثر شيوعًا النفط والمنتجات النفطية، والمواد الخافضة للتوتر السطحي (المواد الخافضة للتوتر السطحي الاصطناعية)، والمبيدات الحشرية، والمعادن الثقيلة، والديوكسينات، وما إلى ذلك. وتلوث الملوثات البيولوجية المياه بشكل خطير للغاية: الفيروسات ومسببات الأمراض الأخرى؛ والفيزيائية - المواد المشعة والحرارة وما إلى ذلك.

تحدث عمليات تلوث المياه السطحية بسبب عوامل مختلفة. أهمها ما يلي:

· تصريف مياه الصرف الصحي غير المعالجة إلى المسطحات المائية.

· غسل المبيدات مع هطول الأمطار.

· انبعاث الغازات والدخان.

· تسربات الزيوت والمنتجات البترولية.

الملوثات ذات الأولوية للنظم الإيكولوجية المائية حسب الصناعة:

إنتاج النفط والغاز وتكرير النفط:المنتجات البترولية، المواد الخافضة للتوتر السطحي، الفينولات، أملاح الأمونيوم، الكبريتيدات. صناعة الأخشاب:الكبريتات، المواد العضوية، اللجنين، المواد الراتنجية والدهنية، النيتروجين.

الهندسة الميكانيكية، تشغيل المعادن، المعادن:المعادن الثقيلة، المواد العالقة، الفلوريدات، السيانيد، نيتروجين الأمونيوم، المنتجات البترولية، الفينولات، الراتنجات.

الصناعة الكيميائية:الفينولات، المنتجات البترولية، المواد الخافضة للتوتر السطحي، الهيدروكربونات العطرية، المواد غير العضوية.

التعدين وصناعة الفحم:كواشف التعويم، المواد غير العضوية، الفينولات، المواد العالقة.

الصناعات الخفيفة والنسيجية والغذائية:المواد الخافضة للتوتر السطحي والمنتجات البترولية والأصباغ العضوية وما إلى ذلك.

بالإضافة إلى المياه السطحية، فإن المياه الجوفية ملوثة باستمرار، خاصة في مناطق المراكز الصناعية الكبيرة. يمكن أن تخترق الملوثات المياه الجوفية بطرق مختلفة: من خلال تسرب مياه الصرف الصحي الصناعية والمنزلية من مرافق التخزين، وبرك التخزين، وصهاريج الترسيب، وما إلى ذلك، من خلال حلقة الآبار المعيبة، من خلال آبار الامتصاص، والمجاري الكارستية، وما إلى ذلك.

تشمل مصادر التلوث الطبيعية المياه الجوفية أو مياه البحر شديدة التمعدن، والتي يمكن إدخالها إلى المياه العذبة غير الملوثة أثناء تشغيل هياكل سحب المياه وضخ المياه من الآبار.

ومن المهم التأكيد على أن تلوث المياه الجوفية لا يقتصر على مساحة المنشآت الصناعية ومرافق تخزين النفايات وغيرها، بل ينتشر في اتجاه مجرى النهر إلى مسافات تصل إلى 20-30 كيلومترا أو أكثر من مصدر التلوث. وهذا يشكل تهديدا حقيقيا لإمدادات مياه الشرب.

تنقية المياه هي مؤشر للجودة.

من بين مشاكل حماية المياه، من أهمها تطوير وتنفيذ طرق فعالة لتطهير وتنقية المياه السطحية المستخدمة في إمدادات مياه الشرب.

الشوائب الأكثر شيوعًا التي تؤدي إلى تدهور جودة مياه الشرب هي:

المواد المعلقة هي معلقات ومستحلبات غير قابلة للذوبان في الماء. يدل وجود المواد العالقة في الماء على تلوثه بجزيئات الطين والرمل والطمي والطحالب وغيرها.

المواد العضوية ذات الأصل الطبيعي هي جزيئات دبال التربة ومنتجات النفايات وتحلل الكائنات النباتية والحيوانية.

المواد العضوية ذات الأصل التكنولوجي - الأحماض العضوية والبروتينات والدهون والكربوهيدرات ومركبات الكلور العضوية والفينولات والمنتجات البترولية.

الكائنات الحية الدقيقة - العوالق والبكتيريا والفيروسات.

أملاح الصلابة - أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم لأحماض الكربونيك والكبريتيك والهيدروكلوريك والنيتريك.

مركبات الحديد والمنغنيز هي مركبات عضوية معقدة، وهي الكبريتات والكلوريدات والبيكربونات.

مركبات النيتروجين - النترات والنتريت والأمونيا.

الغازات القابلة للذوبان في الماء - كبريتيد الهيدروجين والميثان.

تأثير الشوائب على نوعية المياه:

تشير زيادة تعكر المياه إلى تلوثها الكبير بالمواد العالقة وتمنع استخدامها للأغراض المنزلية والشرب.

تسبب المواد العضوية أنواعًا مختلفة من الروائح (ترابية، فاسدة، مستنقعية، مريبة، صيدلانية، زيتية، إلخ)، وزيادة اللون، والرغوة، ولها تأثير سلبي على جسم الإنسان.

تزيد الكائنات الحية الدقيقة من كمية المادة العضوية ويمكن أن تسبب أمراضًا مثل التيفوئيد والدوسنتاريا والكوليرا وشلل الأطفال وما إلى ذلك. عديم اللون.

الكميات الكبيرة من الأملاح الصلبة تجعل المياه غير مناسبة للاحتياجات المنزلية. في الماء العسر، يزداد استهلاك المنظفات أثناء الغسيل، وتطهى اللحوم والخضروات ببطء، وتفشل الأطباق وسخانات المياه. يمنح الحديد والمنغنيز الماء لونًا بنيًا محمرًا أو أسودًا كريهًا، مما يؤدي إلى تفاقم مذاقه، ويسبب تطور بكتيريا الحديد. يزيد الحديد الزائد في الجسم من خطر الإصابة بالنوبات القلبية؛ ويؤدي استهلاك المياه المحتوية على الحديد على المدى الطويل إلى الإصابة بأمراض الكبد ويقلل من الوظيفة الإنجابية للجسم. المياه التي تحتوي على المنغنيز لها طعم ولون قابض ولها تأثير سام على الجسم.

مركبات النيتروجين - عند استخدام مياه الشرب التي تحتوي على النترات بكميات تزيد عن 45 ملغم/لتر، يتم تصنيع مادة النتروزامين في جسم الإنسان، مما يساهم في تكوين الأورام الخبيثة.

إن وجود كبريتيد الهيدروجين في الماء يؤدي إلى تفاقم جودته بشكل حاد، ويعطي رائحة كريهة، ويثير تطور بكتيريا الكبريت.

يجب أن تكون مياه الشرب المنزلية غير ضارة بصحة الإنسان ولها خصائص فيزيائية وكيميائية وصحية جيدة.

يتم اختيار طريقة أو مجموعة طرق التنقية بناء على دراسة خصائص مياه المصدر، واحتياطيها عند المصدر، والكمية المطلوبة من المنتج، وكذلك قدرة استقبال نظام الصرف الصحي على استقبال الملوثات المنبعثة من المياه .

طرق تنقية المياه

تحدث في الأنهار والمسطحات المائية الأخرى عملية طبيعية للتنقية الذاتية للمياه. ومع ذلك، فإنه يتقدم ببطء. ورغم أن التصريفات الصناعية والمنزلية كانت صغيرة، إلا أن الأنهار نفسها تعاملت معها. في عصرنا الصناعي، وبسبب الزيادة الحادة في النفايات، لم تعد المسطحات المائية قادرة على التعامل مع مثل هذا التلوث الكبير. هناك حاجة لتحييد وتنقية مياه الصرف الصحي والتخلص منها.

معالجة مياه الصرف الصحي هي معالجة مياه الصرف الصحي لتدميرها أو إزالة المواد الضارة منها. تعتبر إزالة مياه الصرف الصحي من التلوث عملية معقدة. فهو، مثل أي إنتاج آخر، يحتوي على مواد خام (مياه الصرف الصحي) ومنتجات تامة الصنع (المياه النقية). تعد معالجة مياه الصرف الصحي مهمة ضرورية ومكلفة، وهي مهمة معقدة إلى حد ما ترتبط بمجموعة واسعة من الملوثات وظهور مركبات جديدة في تركيبها.

يمكن تقسيم طرق تنقية المياه إلى مجموعتين كبيرتين: مدمرة وتجديدية.

في الصميم الأساليب المدمرةتكمن عمليات تدمير الملوثات. تتم إزالة منتجات التحلل الناتجة من الماء على شكل غازات أو رواسب أو تبقى في الماء. ولكن بالفعل في شكل محايد.

طرق التجديد- لا يقتصر الأمر على معالجة مياه الصرف الصحي فحسب، بل يشمل أيضًا التخلص من المواد القيمة المتولدة في النفايات.

يمكن تقسيم طرق تنقية المياه إلى: ميكانيكية، كيميائية، هيدروكيميائية، كهروكيميائية، فيزيائية كيميائية وبيولوجية. عندما يتم استخدامها معًا، تسمى طريقة معالجة مياه الصرف الصحي وتحييدها مجتمعة. ويتحدد استخدام طريقة معينة في كل حالة على حدة حسب طبيعة التلوث ودرجة ضرر النجاسة.

جوهر الطريقة الميكانيكيةيتكون من حقيقة إزالة الشوائب الميكانيكية من مياه الصرف الصحي عن طريق الترسيب والترشيح. يتم التقاط الجزيئات الخشنة، اعتمادًا على حجمها، بواسطة الشبكات، والمناخل، ومصائد الرمل، وخزانات الصرف الصحي، ومصائد السماد ذات التصميمات المختلفة، والتلوث السطحي - بواسطة مصائد الزيت، ومصائد زيت البنزين، وخزانات الترسيب. تتيح المعالجة الميكانيكية عزل ما يصل إلى 60-75% من الشوائب غير القابلة للذوبان من مياه الصرف الصحي المنزلية، وما يصل إلى 95% من مياه الصرف الصناعي، والتي يستخدم الكثير منها في الإنتاج كشوائب قيمة.

الطريقة الكيميائيةيتكون من حقيقة إضافة الكواشف الكيميائية المختلفة إلى مياه الصرف الصحي، والتي تتفاعل مع الملوثات وتترسبها في شكل رواسب غير قابلة للذوبان. يحقق التنظيف الكيميائي تقليل الشوائب غير القابلة للذوبان بنسبة تصل إلى 95% والشوائب القابلة للذوبان بنسبة تصل إلى 25%.

الطرق الهيدروميكانيكيةيستخدم لاستخلاص الشوائب الخشنة غير القابلة للذوبان من المواد العضوية وغير العضوية من مياه الصرف الصحي عن طريق الترسيب والتصفية والترشيح والطرد المركزي. ولهذا الغرض، يتم استخدام تعديلات تصميمية مختلفة للغرابيل والشبكات ومصائد الرمل وخزانات الترسيب وأجهزة الطرد المركزي والأسيكلونات المائية.

الطرق الكهروكيميائيةتنقية مياه الصرف الصحي من مختلف الشوائب القابلة للذوبان والمشتتة تشمل الأكسدة الأنودية والاختزال الكاثودي، والتخثير الكهربائي، والتحليل الكهربائي. تحدث العمليات التي تقوم عليها هذه الطرق عندما يتم تمرير تيار كهربائي عبر مياه الصرف الصحي. تحت تأثير المجال الكهربائي، تهاجر الأيونات الموجبة الشحنة إلى الكاثود، والأيونات السالبة إلى القطب الموجب. تحدث عمليات الاختزال في فضاء الكاثود، وتحدث عمليات الأكسدة في فضاء الأنود.

الطرق الفيزيائية والكيميائيةمعالجة مياه الصرف الصحي متنوعة. وهي التخثر، والتعويم، وتنقية الامتزاز، والتبادل الأيوني، والاستخلاص، والتناضح العكسي، والتطرف. من خلال طريقة المعالجة الفيزيائية والكيميائية، تتم إزالة الشوائب غير العضوية المشتتة والمذابة جيدًا من مياه الصرف الصحي ويتم تدمير المواد العضوية وسيئة الأكسدة.

الطرق البيوكيميائيةمعالجة مياه الصرف الصحي. يتم استخدامها لتنقية مياه الصرف الصحي المنزلية والصناعية من المواد العضوية وبعض المواد غير العضوية (كبريتيد الهيدروجين والكبريتيدات والأمونيا والنترات وغيرها). تعتمد عملية التنقية على قدرة الكائنات الحية الدقيقة على استخدام هذه المواد للتغذية وتحويلها إلى ماء وثاني أكسيد الكربون وأيونات كبريتات الفوسفات وما إلى ذلك وزيادة كتلتها الحيوية.

كما تشمل الطرق الرئيسية لتنقية المياه الطرق التالية:

البرق- إزالة المواد العالقة من الماء. يتم تحقيق ذلك عن طريق ترشيح المياه من خلال عناصر الترشيح المسامية (الخراطيش) أو من خلال طبقة من مادة الترشيح. تصفية المياه عن طريق ترسيب المواد العالقة. يتم تنفيذ هذه الوظيفة عن طريق أجهزة التنقية وخزانات الترسيب والمرشحات. في المصافي وخزانات الترسيب، يتحرك الماء بسرعة أبطأ، ونتيجة لذلك تترسب الجزيئات العالقة. من أجل ترسيب الجزيئات الغروية الصغيرة، والتي يمكن أن تظل معلقة إلى أجل غير مسمى، تتم إضافة محلول تجلط (عادةً كبريتات الألومنيوم أو كبريتات الحديدوز أو كلوريد الحديديك) إلى الماء. نتيجة لتفاعل مادة التخثر مع أملاح المعادن متعددة التكافؤ الموجودة في الماء، تتشكل رقائق، والتي تدخل المواد العالقة والمواد الغروية أثناء الترسيب.

تجلط الدم- معالجة المياه بكواشف كيميائية خاصة لتكبير جزيئات الملوثات. يجعل من الممكن أو يكثف البرق، والتبييض، والتأخير. تخثر شوائب الماء هو عملية تضخم أصغر الجزيئات الغروية والمعلقة، والتي تحدث نتيجة التصاقها المتبادل تحت تأثير قوى الجذب الجزيئية.

أكسدة- معالجة المياه بالأكسجين الجوي أو هيبوكلوريت الصوديوم أو برمنجنات البوتاسيوم أو الأوزون. معالجة المياه بعامل مؤكسد (أو مزيج منه) تجعل من الممكن أو تكثف عمليات التبييض، وإزالة الروائح الكريهة، والتطهير، والتأجيل، وإزالة المنجنيز.

التبييض- إزالة أو تعديل المواد التي تعطي اللون للماء. ويتم تنفيذه بطرق مختلفة، اعتمادا على سبب اللون. تغير لون الماء، أي. يمكن تحقيق إزالة أو إزالة اللون من مختلف الغرويات الملونة أو المواد الذائبة تمامًا عن طريق التخثر واستخدام عوامل مؤكسدة مختلفة (الكلور ومشتقاته والأوزون وبرمنجنات البوتاسيوم) والمواد الماصة (الكربون المنشط والراتنجات الاصطناعية).

التطهير- معالجة المياه بالعوامل المؤكسدة و/أو الأشعة فوق البنفسجية لتدمير الكائنات الحية الدقيقة. تعد عملية تطهير المياه (إزالة البكتيريا والجراثيم والميكروبات والفيروسات) هي المرحلة النهائية لتحضير مياه الشرب. وفي معظم الحالات، يكون استخدام المياه الجوفية والسطحية للشرب مستحيلاً دون تطهيرها. الطرق الشائعة لتنقية المياه هي:

• الكلورة بإضافة الكلور أو ثاني أكسيد الكلور أو هيبوكلوريت الصوديوم أو الكالسيوم.
• الأوزون. عند استخدام الأوزون لتحضير مياه الشرب، يتم استخدام خصائص الأوزون المؤكسدة والتطهيرية.
• التشعيع فوق البنفسجي. تستخدم طاقة الأشعة فوق البنفسجية لتدمير الملوثات الميكروبيولوجية. تموت الإشريكية القولونية، وعصية الزحار، والكوليرا والتيفوئيد، وفيروسات التهاب الكبد والأنفلونزا، والسالمونيلا بجرعة تشعيع أقل من 10 مللي جول/سم2، وتوفر المعقمات فوق البنفسجية جرعة تشعيع لا تقل عن 30 مللي جول/سم2.

التأجيل / إزالة التنظيم- تحويل المركبات الذائبة من الحديد والمنغنيز عادة من خلال مواد ترشيح خاصة. يبدو أن حل مشكلة تنقية الماء من الحديد مهمة معقدة ومعقدة إلى حد ما. تشمل الطرق الأكثر استخدامًا ما يلي:

تهوية- الأكسدة بأكسجين الهواء ثم الترسيب والترشيح. يبلغ استهلاك الهواء لتشبع الماء بالأكسجين حوالي 30 لترًا/م3. هذه طريقة تقليدية تم استخدامها لعدة عقود. يتطلب تفاعل أكسدة الحديد وقتا طويلا وخزانات كبيرة، لذلك يتم استخدام هذه الطريقة فقط في الأنظمة البلدية الكبيرة.

الأكسدة الحفزية تليها الترشيح. الطريقة الأكثر شيوعًا لإزالة الحديد المستخدمة اليوم في الأنظمة المدمجة عالية الأداء. جوهر الطريقة هو أن تفاعل أكسدة الحديد يحدث على سطح حبيبات وسط مرشح خاص له خصائص المحفز (مسرع تفاعل الأكسدة الكيميائية). الأكثر انتشارًا في معالجة المياه الحديثة هي وسائط الترشيح المعتمدة على ثاني أكسيد المنغنيز (MnO2). يتأكسد الحديد في وجود ثاني أكسيد المنغنيز بسرعة ويستقر على سطح حبيبات وسائط الترشيح. بعد ذلك، يتم غسل معظم الحديد المؤكسد في المصرف أثناء الغسيل العكسي. وبالتالي، فإن طبقة المحفز الحبيبي تكون أيضًا وسط ترشيح. لتحسين عملية الأكسدة، يمكن إضافة عوامل مؤكسدة كيميائية إضافية إلى الماء.

تليين- استبدال كاتيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في الماء بكمية مكافئة من كاتيونات الصوديوم أو الهيدروجين. يتم تنفيذه عن طريق تصفية المياه من خلال راتنجات التبادل الأيوني الخاصة. لقد واجه الجميع الماء العسر، فقط فكر في الحجم الموجود في الغلاية. الماء العسر غير مناسب لصبغ الأقمشة بالدهانات القابلة للذوبان في الماء، أو في التخمير، أو في إنتاج الفودكا. مسحوق الغسيل ورغوة الصابون أسوأ فيه. إن صلابة الماء العالية تجعله غير مناسب لتشغيل غلايات البخار والغاز والكهرباء. طبقة من الترسبات بسمك 1.5 ملم تقلل من انتقال الحرارة بنسبة 15%، وطبقة بسمك 10 ملم تقلل من انتقال الحرارة بنسبة 50%. يؤدي انخفاض نقل الحرارة إلى زيادة استهلاك الوقود أو الكهرباء، مما يؤدي بدوره إلى تكوين احتراق وتشققات في الأنابيب وجدران الغلايات، مما يتسبب في فشل مبكر في أنظمة التدفئة وإمدادات المياه الساخنة. الطريقة الأكثر فعالية لمكافحة الصلابة العالية هي استخدام المرشحات الأوتوماتيكية - الرقائق. يعتمد عملهم على عملية التبادل الأيوني، حيث يتم استبدال الأملاح الصلبة الذائبة في الماء بأخرى ناعمة لا تشكل رواسب صلبة.

تحلية- إزالة الأملاح الذائبة من الماء باستخدام راتنجات التبادل الأيوني أو تصفية الماء من خلال أفلام خاصة (أغشية) تسمح بمرور جزيئات الماء فقط.

أصبحت تدابير استصلاح الغابات الزراعية والهندسة الهيدروليكية ذات أهمية متزايدة في حماية المياه السطحية من التلوث والانسداد. وبمساعدتهم، من الممكن منع تراكم الطمي والنمو الزائد للبحيرات والخزانات والأنهار الصغيرة. سيؤدي تنفيذ هذه الأعمال إلى تقليل الجريان السطحي الملوث والمساهمة في نظافة المسطحات المائية.

وفقا لمنظمة الصحة العالمية، يموت حوالي 5 ملايين شخص كل عام بسبب سوء نوعية المياه. تصل معدلات الإصابة بالأمراض المعدية بين السكان المرتبطة بإمدادات المياه إلى 500 مليون حالة سنويًا. وهذا سبب لاعتبار مشكلة إمدادات المياه ذات النوعية الجيدة بكميات كافية مشكلة رقم واحد.

في الطبيعة، لا يوجد الماء أبدًا على شكل مركب نقي كيميائيًا. يمتلك خصائص المذيب العالمي، فهو يحمل باستمرار عددًا كبيرًا من العناصر والمركبات المختلفة، والتي يتم تحديد تركيبها ونسبتها من خلال ظروف تكوين المياه وتكوين طبقات المياه الجوفية. يمتص الماء الجوي ثاني أكسيد الكربون من التربة ويصبح قادرا على إذابة الأملاح المعدنية على طول مسار حركته.

يمر الماء عبر الصخور ويكتسب خصائص مميزة لها. لذلك، عند المرور عبر الصخور الجيرية، يصبح الماء جيريا، ومن خلال صخور الدولوميت - المغنيسيوم. وبمرور الملح الصخري والجبس، تتشبع المياه بأملاح الكبريتات والكلوريد وتصبح معدنية.

بعد بناء البئر، أو أي مصدر آخر لإمدادات المياه، من الضروري إجراء بحث حول جودة وتركيبة المياه لتحديد مدى صلاحيتها للاستخدام والاستهلاك. يجب أن نتذكر أن مياه الشرب المنزلية تنتمي إلى المنتجات الغذائية ويجب أن تتوافق مؤشراتها مع قانون الاتحاد الروسي "بشأن الرعاية الصحية والوبائية للسكان" بتاريخ 19 أبريل 1991، والقواعد الصحية SanPiN 4630-88 و متطلبات GOST 2874-82 "مياه الشرب".

MPC للتعريف (لا تحفظ الجداول O_o)

تختلف الحدود القصوى لتركيز المواد غير العضوية الرئيسية في مياه الشرب. البلدان (مجم/دم3).

المؤشرات	من	وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة الأمريكية	الاتحاد الأوروبي	سانبين روسيا	سانبين أوكرانيا	غوست 2874-82
الألومنيوم (آل)	0,2	0,2	0,2	0,5	0,2 - 0,5	0,5
نيتروجين الأمونيوم (NH3)	1,5	-	0,5	-	-	-
الأسبستوس (مليون ألياف/لتر)	-	7,0	-	-	-	-
الباريوم (با)	0,7	2,0	0,1	0,1	0,1	-
البريليوم (كن)	-	0,004	-	0,0002	-	0,0002
بور (الخامس)	0,3	-	1,0	0,5	-	-
الفاناديوم (الخامس)	-	-	-	0,1	-	-
البزموت (ثنائي)	-	-	-	0,1	-	-
التنغستن (ث)	-	-	-	0,05	-	-
اليوروبيوم (الاتحاد الأوروبي)	-	-	-	0,3	-	-
الحديد (الحديد)	0,3	0,3	0,2	0,3	0,3	0,3
الكادميوم (Cd)	0,003	0,005	0,005	0,001	غائب	غائب
البوتاسيوم (ك)	-	-	12,0	-	-	-
الكالسيوم (كاليفورنيا)	-	-	100,0	-	-	-
كوبالت (كو)	-	-	-	0,1	-	-
السيليكون (سي)	-	-	-	0,1	-	-
الليثيوم (لي)	-	-	-	10,0	-	-
المغنيسيوم (ملغ)	-	-	50,0	0,03	-	-
المنغنيز (من)	0,5	0,05	0,05	-	0,1	0,1
النحاس (النحاس)	1.0÷2.0	1.0÷1.3	2,0	0,1
الموليبدينوم (مو)	0,07	-	-	0,25	-	0,5
الزرنيخ (ع)	0,01	0,05	0,01	0,05	0,001	0,05
الصوديوم (نا)		-			-	-
النيكل (ني)	0,02	-	0,02	0,1	0,1	-
النيوبيوم (ملحوظة)	-	-	-	0,01	-	-
النترات (رقم 3)
النتريت (NO2)	3,0	3,3	0,5	3,0	غائب	غائب
الزئبق (زئبق)	0,001	0,002	0,001	0,0005	غائب	غائب
الروبيديوم (Rb)	-	-	-	0,1	-	-
سماريوم (سم)	-	-	-	0,024	-	-
الرصاص (الرصاص)	0,01	0,015	0,01	0,03	0,01	0,01
السيلينيوم (سي)	0,01	0,05	0,01	0,01	0,01	0,001
الفضة (حج)	-	0,1	0,01	0,05	-	0,05
كبريتيد الهيدروجين (H2S)	0,05	-	-	0,03	-	-
السترونتيوم (ريال سعودي)	-	-	-	17,0	-
الكبريتات (SO 4 2-)					250÷500
الأنتيمون (Sb)	0,005	0,006	0,005	0,05	-	-
الثاليوم (Ti)	-	0,002	-	0,0001	-	-
التيلوريوم (Te)	-	-	-	0,01	-	-
الفوسفور (ف)، (أ ف ب 4)	-	-	-	0,0001	-	3,5
الفلوريدات (F)	1,5	2.0÷4.0	1,5	1,5	1,5	1,5
الكلور/مدفوع. حر	0.5÷5.0	-	-	0.3÷0.5/0.8÷1.2	0.3÷0.5/0.8÷1.2	-
كلوريدات (Cl)					250÷350	-
الكروم (الكروم 3+)	-	0,1	-	0,5	-	-
الكروم (الكروم 6+)	0,05	-	0,05	0,05	غائب	-
السيانيد (CN)	0,07	0,02	0,05	0,035	غائب	-
الزنك (الزنك)	3,01	5,0	5,0	5,0	-

* الحد من الحسية والصفات الاستهلاكية للمياه.

** من حيث النترات والنتريت على التوالي.

المعايير الإلزامية التي حددها المعيار الأمريكي الرئيسي (اللوائح الوطنية لمياه الشرب الأولية).

تم تحديد هذه المعلمة من خلال ما يسمى "المعيار الثانوي" للولايات المتحدة الأمريكية (اللوائح الوطنية لمياه الشرب الثانوية)، وهو استشاري بطبيعته.

يشرب الماء..." 98/93/EC لعام 1998

المعلمة الإرشادية، وفقًا لـ "توجيه الجودة يشرب الماء..." 98/93/EC. من عام 1998

معلمة إلزامية وفقًا لتوجيهات الجودة يشرب الماء..." 80/778/EC لعام 1980

المستوى الموصى به وفقًا لتوجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن مياه الشرب رقم 80/778/EC لعام 1980 (يُعطى فقط للعناصر التي ليس لها الحد الأقصى للتركيز المسموح به (MAC)). يشار إلى القيم القصوى المسموح بها عند نقطة الاستخدام.

UO (غير قابل للاكتشاف حسيًا) - لا ينبغي أن يكون قابلاً للاكتشاف حسيًا (الذوق والرائحة)، وفقًا لتوجيهات الجودة يشرب الماء..." 80/778/EC لعام 1980

MPC للمطهرات ومنتجات التطهير (ميكروجرام/دم3).

المؤشرات	من	وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة الأمريكية	الاتحاد الأوروبي	سانبين روسيا	سانبين أوكرانيا	غوست 2874-82
المطهرات
أحادي الكلورامين		-	-	-	-	-
ثنائي وثلاثي الكلورامين	-	-	-	-	-	-
الكلور بما في ذلك البقايا الحرة والمتبقية		-	-	300-500 800-1200	300-500 800-1200	-
ثاني أكسيد الكلور	-	-	-	-	-	-
اليود	-	-	-	-	-	-
الأوزون المتبقي	-	-	-			-
منتجات التطهير الثانوية
البرومات		-	-	-	-	-
كلورات	-	-	-		-	-
كلوريت		-	-		-	-
بولي أكريلاميد	-	-	-		-
حمض السيليك المنشط (بواسطة سي)	-	-	-		-	-
متعدد الفوسفات	-	-	-		-
الكلوروفينول	-	-	-	-	-	-
2- الكلوروفينول	-	-	-		-	-
1,2,4-كلوروفينول	-	-	-		-	-
2,4,6-كلوروفينول		-	*		-	-
الفورمالديهايد		-	-		-	-
أحادي الكلورامين	-	-	-	-	-	-
ثلاثي الهالوميثان	-			-		-
برومفورم		-	-		-	-
ثنائي بروموكلوروميثان		-	-	-		-
برومو ثنائي كلورو ميثان		-	-	-	-	-
الكلوروفورم		-	-			-
أحماض الخليك المكلورة	-	-	-	-	-	-
حمض أحادي كلورو أسيتيك	-	-	-		-	-
حمض ثنائي كلورو أسيتيك		-	-	-	-	-
حمض الخليك ثلاثي الكلور		-	-		-	-
ثلاثي كلورو أسيتالديهيد (كلوروهيدرات)		-	-		-	-
كلوراسيتون	-	-	-	-	-	-
الأسيتونيتريل المهلجنة	-	-	-	-	-	-
ثنائي كلورو أسيتونيتريل		-	-	-	-	-
ثنائي برومو أسيتونيتريل		-	-	-	-	-
بروموكلورواسيتونيتريل		-	-	-	-	-
الكلورسيانيد		-	-	-	-	-
الكلوروبيكرين	-	-	-	-	-	-

الشرطة تعني أن هذه المعلمة غير موحدة

منظمة الصحة العالمية - منظمة الصحة العالمية، USEPA (وكالة حماية البيئة الأمريكية) - وكالة حماية البيئة الأمريكية، الاتحاد الأوروبي - الجماعة الأوروبية، سانبين - روسيا - اللجنة الحكومية للإشراف الصحي والوبائي في روسيا، سانبين أوكرانيا - وزارة الصحة في أوكرانيا.

هيكل وخصائص ووظائف بيولوجية للمياه

نشأت الحياة على كوكب الأرض في بيئة مائية. لا يمكن لأي كائن أن يعيش بدون ماء. على الرغم من بساطة تركيبه وبنيته الكيميائية، إلا أن الماء يعد من المركبات المذهلة التي تتمتع بخصائص فيزيائية وكيميائية فريدة ووظائف بيولوجية.

جزيء الماء (H2O) هو مركب قطبي، حيث تقوم ذرة الأكسجين الكهربية بجذب الإلكترونات المزدوجة من ذرات الهيدروجين، وتكتسب شحنة سالبة جزئية، بينما تكتسب ذرات الهيدروجين شحنة موجبة جزئيًا. من السمات المهمة للماء قدرة جزيئاته على الاندماج في مجاميع هيكلية بسبب تكوين روابط هيدروجينية بين ذرات مشحونة بشكل مختلف. تتكون العناصر المكونة (الشكل 1) من عدة جزيئات ماء، لذلك سيكون من الأصح كتابة صيغة الماء كـ (H 2 O) l، حيث ص= 2، 3، 4، 5. الروابط الهيدروجينية مهمة للغاية في تكوين هياكل البوليمرات الحيوية، والمجمعات فوق الجزيئية، والتمثيل الغذائي.

يعتقد J. Pimentel وO. McClellan أن رابطة الهيدروجين في كيمياء الأنظمة الحية لا تقل أهمية عن رابطة الكربون-كربون. ما هي الرابطة الهيدروجينية؟

أرز. 1. ارتباط جزيئات الماء (تشير النقاط إلى الروابط الهيدروجينية)

رابطة الهيدروجين- هذا هو تفاعل ذرة الهيدروجين مع ذرة أكثر سالبية كهربية، والتي تكون جزئيًا متقبلة للمانحين، وجزئيًا كهروستاتيكية بطبيعتها.
نشر على المرجع.rf
وتتميز أي رابطة كيميائية بطاقة تكوينها. من حيث الطاقة، تحتل الرابطة الهيدروجينية موقعًا متوسطًا بين الروابط الكيميائية التساهمية (200-400 كيلوجول/مول) والروابط الكيميائية الأيونية وتفاعلات فان دير فال الضعيفة، حيث تكون في حدود 12-30 كيلوجول/مول.

يحدد التركيب غير العادي للمياه خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة. تتم جميع العمليات البيوكيميائية في الجسم في بيئة مائية. تحتوي المواد الموجودة في المحلول المائي على غلاف مائي يتكون نتيجة تفاعل جزيئات الماء القطبي مع مجموعات مشحونة من الجزيئات الكبيرة أو الأيونات. كلما كانت القشرة أكبر، كانت المادة أكثر قابلية للذوبان.

بالنسبة للماء، تنقسم الجزيئات أو أجزائها إلى محبة للماء (قابل للذوبان في الماء) و نافرة من الماء (غير قابلة للذوبان في الماء). جميع المركبات العضوية وغير العضوية التي تنفصل إلى أيونات ومونومرات بيولوجية وبوليمرات حيوية لها مجموعات قطبية تكون محبة للماء. تشمل المركبات الكارهة للماء المركبات التي تحتوي جزيئاتها على مجموعات أو سلاسل غير قطبية (ثلاثي الجلسرين، الستيرويدات، إلخ). تحتوي جزيئات بعض المركبات على مجموعات محبة للماء وأخرى كارهة للماء؛ تسمى هذه الاتصالات amphiphilic (من اليونانية amphy- مزدوج). وتشمل هذه الأحماض الدهنية والفوسفوليبيدات وما إلى ذلك.
نشر على المرجع.rf
ويترتب على ما سبق أن ثنائيات أقطاب الماء قادرة على التفاعل ليس فقط مع بعضها البعض، ولكن أيضًا مع الجزيئات القطبية من المواد العضوية وغير العضوية المترجمة في خلية الجسم. وتسمى هذه العملية ترطيب المواد.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياهتحديد وظائفه البيولوجية:

‣‣‣ الماء مذيب ممتاز.

‣‣‣ يعمل الماء كمنظم للتوازن الحراري للجسم، حيث أن قدرته الحرارية تتجاوز بشكل كبير القدرة الحرارية لأي مادة بيولوجية. ولهذا السبب، يمكن للمياه أن تحتفظ بالحرارة لفترة طويلة عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة وتنقلها عبر مسافة.

‣‣‣ يساعد الماء في الحفاظ على الضغط داخل الخلايا وشكل الخلية (تورم).

‣‣‣ في بعض العمليات البيوكيميائية، يعمل الماء كركيزة.

محتوى الماء في جسم الإنسانيعتمد على العمر: كلما كان الشخص أصغر سناً، كلما زاد محتوى الماء. في الأطفال حديثي الولادة، يشكل الماء 75٪ من وزن الجسم، وفي الأطفال من 1 إلى 10 سنوات - 60-65٪، وفي الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 50 عامًا - 50-55٪. داخل الخلايا يحتوي على 2/3 من إجمالي كمية الماء، والمياه خارج الخلية تشكل 1/3. يتم الحفاظ على المحتوى المائي المطلوب في جسم الإنسان من خلال إمداده من الخارج (حوالي 2 لتر يومياً)؛ يتشكل حوالي 0.3 لتر يوميًا أثناء تحلل المواد داخل الجسم. يؤدي انتهاك التوازن المائي في خلايا الجسم إلى عواقب وخيمة، بما في ذلك موت الخلايا. تعتمد وظائف الخلية على الكمية الإجمالية للمياه داخل الخلايا وخارجها، وعلى البيئة المائية للجزيئات الكبيرة والهياكل التحت خلوية.
نشر على المرجع.rf
التغيير الحاد في محتوى الماء في الجسم يؤدي إلى علم الأمراض.

هيكل وخصائص ووظائف الماء البيولوجية - المفهوم والأنواع. تصنيف وخصائص فئة "هيكل وخصائص ووظائف المياه البيولوجية" 2017، 2018.

... (فيليب نيثامر) كان يبحث عن طرق الكشف عن بيروكسيد الهيدروجين في الجسم ووجود مناعته المهاملم أدرك ذلك حتى. لقد عرف علماء الأحياء منذ فترة طويلة أن بيروكسيد الهيدروجين مادة ذات قوة قوية إلى حد ما... وظيفةبيروكسيد الهيدروجين باستخدام الأسماك كمثال، ويعتزم مجموعة من العلماء الآن التحول إلى البحث في مجال مماثل المهاموجود هذا المركب في جسم الإنسان - وعلى الرغم من بعض الارتباطات الوراثية، إلا أن الأسماك لا تزال بعيدة جدًا عن البشر بيولوجيا ...

https://www.site/journal/122320

... , ماءهو الرئيسي بيولوجيسائل. فهو ليس مجرد وسط خامل، بل يمكن أيضًا أن يتحد مع مكونات أخرى من المادة الحية. ماءيلعب دورًا تنظيميًا حراريًا - يحافظ على درجة حرارة الجسم المطلوبة. وهو يفعل ذلك بفضل سعته الحرارية الكبيرة عندما تنخفض درجة الحرارة، ومن خلال التبخر من سطح الجسم عندما يسخن أكثر من اللازم. ينقل وظيفة ماءتم تنفيذها...

https://www.site/journal/19228

لهذا فقط تحتاج إلى الحصول على الكثير من الطاقة الإيجابية. تكوين مذهل للصلاة المجمدة المشحونة ماء. عادي ماءتتجمد، وتطوى الجزيئات بترتيب فوضوي. متهم ماءله هيكل واضح على شكل نجوم وأنماط مختلفة. ماءنضعها ليلاً تحت مكبرات الصوت مع الموسيقى الكلاسيكية. ونتيجة لذلك، تم تسجيل أنماط مختلفة اعتمادا على ما...

https://www.site/journal/11206

كائن حي. لقد قلنا بالفعل أننا نحتاج إلى حوالي 2-2.5 لتر ماءيوميًا. جزء ماءيتم تعويضها من المشروبات، ما يقرب من 1.5 لتر يوميا ( ماء، الحليب، عصائر الفاكهة، الشاي، القهوة، الحساء، الخ.). فاز جزء صغير من الخسارة... من الكفير في الخلاط. كل هذه الكوكتيلات جيدة مع إضافة مكعبات الثلج. وفي الختام أريد أن أقول ذلك ماءلا يوفر عملية التمثيل الغذائي للحفاظ على توازنها فحسب، بل هو أيضًا منظف فريد لجسمنا. بجانب الطعام...

https://www.site/journal/15103

من الضباب اللبني الكثيف، تدفق هدير شلال Yol-Ichta المنخفض إلى الوادي. تورتة، تهدئة صخب السقوط ماءاحتضنت الوادي، وضمته بلطف بين ذراعيه، وهدأته في التدفقات البطيئة لنهر الأراضي المنخفضة. ...أكتا، مبتسمة، ممدّة... الصخور. ألقت رأسها إلى الوراء وأغلقت عينيها، في محاولة للشعور بالرطوبة. في بعض الأحيان تمكنت بالفعل من سماع المحادثة الحذرة ماءولكن في كثير من الأحيان - مجرد شعور بالرفض الهادئ الذي كانت ترتجف منه. لم تكن أكتا منزعجة: لقد كانت...

https://www..html

بعد ذلك، تم وضعهم في غرفة التحليل. كان هذا ضروريًا حتى يتم تجميد الجزء ماء. "يقدم لنا المريخ مفاجآت. إحدى المفاجآت هي كيفية تصرف التربة في الفضاء المفتوح.. الطبقة العليا من التربة). إلا أن العلماء يقولون إن وجوده ماءوجود الحياة على المريخ لا يعني وجود الحياة على الإطلاق. السبب هو درجة الحرارة والغياب المحتمل لذلك ماءعناصر الكربون الغذائية الضرورية لأي شكل عضوي...