Окислительные свойства воды

В окислительно-восстановительных процессах вода, а также составляющие ее катионы водорода гидроксид-ионы могут выступать в роли окислителя и восстановителя. Как восстановитель, вода может окисляться до кислорода. Этому процессу в кислой и щелочной средах соответствует ОВПОТ полуреакций:

О2 + 4H + + 4e « 2H2O E o = +1,23B, в кислой рН = 0

О2 + 2Н2О + 4e « 4OН — Е о = +0,40В, в щелочной рн = 14

Значения ОВПОТ показывают, что вода очень слабый восстановитель.

Как окислитель вода характеризуется потенциалом реакции восстановления с образованием водорода:

2Н + + 2е « Н2 E o = 0B, в кислой среде

2О + 2е → Н2 + 2ОН — Е о =- 0,83В, в щелочной.

Очевидно, что все восстановители, имеющие потенциалы ниже потенциала восстановления водорода, могут выделять водород из водных растворов. Практически из-за кинетических затруднений выделения молекулярного водорода граница восстановительной способности водных растворов на несколько десятых вольт ниже (например не -0,83В, а -1,23В). Эта дополнительная разность потенциалов называется перенапряжением выделения водорода. Перенапряжение выделения водорода определяется механизмом реакции и зависит, в частности, от природы и поверхности восстановителя-металла. Например, перенапряжение выделения водорода на ртутном электроде составляет 0,8 В, а на черненной платине, катализирующий этот процесс, равно нулю. Свинец плохо растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах не только из-за образовании плотной солевой пленки, но и из-за высокого перенапряжения выделения водорода на свинце. На рисунке показан пунктирной линией средний эффективный потенциал выделения водорода с учетом перенапряжения в 0,5В. Практически это означает, что большинство металлов растворяются в кислотах с выделением водорода, а наиболее активные – щелочные, щелочно-земельные, лантаноиды и актиноиды – в воде и щелочных растворах.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Очевидно, что все восстановители, имеющие потенциалы ниже потенциала восстановления водорода, могут выделять водород из водных растворов. Практически из-за кинетических затруднений выделения молекулярного водорода граница восстановительной способности водных растворов на несколько десятых вольт ниже (например не -0,83В, а -1,23В). Эта дополнительная разность потенциалов называется перенапряжением выделения водорода. Перенапряжение выделения водорода определяется механизмом реакции и зависит, в частности, от природы и поверхности восстановителя-металла. Например, перенапряжение выделения водорода на ртутном электроде составляет 0,8 В, а на черненной платине, катализирующий этот процесс, равно нулю. Свинец плохо растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах не только из-за образовании плотной солевой пленки, но и из-за высокого перенапряжения выделения водорода на свинце. На рисунке показан пунктирной линией средний эффективный потенциал выделения водорода с учетом перенапряжения в 0,5В. Практически это означает, что большинство металлов растворяются в кислотах с выделением водорода, а наиболее активные – щелочные, щелочно-земельные, лантаноиды и актиноиды – в воде и щелочных растворах.

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

  • Астрономия
  • Биология
  • Биотехнологии
  • География
  • Государство
  • История
  • Лингвистика
  • Литература
  • Менеджмент
  • Механика
  • Образование
  • Охрана труда
  • Педагогика
  • Политика
  • Право
  • Психология
  • Социология
  • Физика
  • Химия
  • Экология
  • Электроника
  • Электротехника
  • Энергетика
  • Юриспруденция
  • Этика и деловое общение

В окислительно-восстановительных процессах вода, а также составляющие ее катионы водорода гидроксид-ионы могут выступать в роли окислителя и восстановителя. Как восстановитель, вода может окисляться до кислорода. Этому процессу в кислой и щелочной средах соответствует ОВПОТ полуреакций:

О2 + 4H + + 4e « 2H2O E o = +1,23B, в кислой рН = 0

О2 + 2Н2О + 4e « 4OН — Е о = +0,40В, в щелочной рн = 14

Значения ОВПОТ показывают, что вода очень слабый восстановитель.

Как окислитель вода характеризуется потенциалом реакции восстановления с образованием водорода:

2Н + + 2е « Н2 E o = 0B, в кислой среде

2О + 2е → Н2 + 2ОН — Е о =- 0,83В, в щелочной.

Очевидно, что всœе восстановители, имеющие потенциалы ниже потенциала восстановления водорода, могут выделять водород из водных растворов. Практически из-за кинœетических затруднений выделœения молекулярного водорода граница восстановительной способности водных растворов на несколько десятых вольт ниже (к примеру не -0,83В, а -1,23В). Эта дополнительная разность потенциалов принято называть перенапряжением выделœения водорода. Перенапряжение выделœения водорода определяется механизмом реакции и зависит, в частности, от природы и поверхности восстановителя-металла. К примеру, перенапряжение выделœения водорода на ртутном электроде составляет 0,8 В, а на черненной платинœе, катализирующий данный процесс, равно нулю. Свинœец плохо растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах не только из-за образовании плотной солевой пленки, но и из-за высокого перенапряжения выделœения водорода на свинце. На рисунке показан пунктирной линией средний эффективный потенциал выделœения водорода с учетом перенапряжения в 0,5В. Практически это означает, что большинство металлов растворяются в кислотах с выделœением водорода, а наиболее активные – щелочные, щелочно-земельные, лантаноиды и актиноиды – в воде и щелочных растворах.

Значения ОВПОТ показывают, что вода очень слабый восстановитель.

Многие химические реакции, происходящие B природе, называются окислением или восстановлением. Например, пламя — это пример окислительной реакции, во время которой горящее вещество соединяется с кислородом, иными словами, окисляется.

Восстановление — это противоположная реакция. Ее примером может быть восстановление железа из ржавчины под воздействием специального состава. В этом случае ржавчина, являющаяся соединением атомов железа и кислорода, превращается в чистое железо, потому что водород забирает из молекулы окисла кислород и образует с ним молекулу воды. Кислород — это не единственный окислитель в природе, но в случае, если мы говорим о живой природе, он является наиболее широко распространенным. Его могут заменить хлор, бром и другие галогены. Точно так же восстановление может происходить при участии не только чистого водорода, но и метана или аммиака. В целом, в химии реакциями окисления называют, как правило, те, в которых вещество, соединяясь с другим, отдает свои электроны. Соответственно, в реакциях восстановления электроны приобретаются от другого компонента в молекуле.

Реакции окисления и восстановления протекают в противоположных направлениях, которые могут изменяться. В воде присутствуют окислители (в основном кислород, реже хлор), а также восстановители (метан и аммиак). В зависимости от того, какие вещества преобладают, жидкость приобретает более или менее выраженную способность окислять либо восстанавливать. Чтобы измерять эту способность, применяют такой показатель, как окислительно-восстановительный потенциал. Сокращенно его обозначают как rН. На одном конце шкалы rН находится атмосфера из чистого водорода, на другом — из чистого кислорода. Величина окислительно-восстановительного потенциала в водородной среде равна rН 0, в чистом кислороде — rН 42. Нередко rН называют редокс потенциалом — это сокращение от латинских слов reductio и oxidado, то есть «восстановление» и «окисление».

Рыбы и растения способны жить в диапазоне rН 25-35. Некоторые виды чувствуют себя лучше в более узких диапазонах окислительно-восстановительного потенциала:

  • rH 28,3-28,5 — оптимален для крип-токорин, лимнофил, других болотных растений;
  • rН 29-30 — для большинства водных растений, в частности для апоногетонов и эхинодорусов;
  • rН 30,2-30,6 — бурный рост валлиснерии, роталы, цветение эхинодорусов и апоногетонов; криптокорины в такой среде сбрасывают листья;
  • rН 30,7-31 — хорошо развивается гетерантера, кабомба, синнема; апоногетоны сбрасывают листья, у криптокорин отмирают корни, эхинодорусы прекращают рост;
  • rН31-32 — бурно, развиваются зеленые водоросли.

Окислительно-восстановительный потенциал и активная реакция воды связаны между собой. Кроме того, rН измеряется рН-метром, и нередко это значение выражается не в приведенных выше единицах, а в милливольтах напряжения между электродами прибора. Чтобы определить такую величину, следует воспользоваться формулой:

где Е — напряжение между электродами рН-метра, В.

Величину окислительно-восстановительного потенциала в аквариуме следует контролировать потому, что именно этот показатель позволяет четко понять, может ли находиться тот или иной микроэлемент в форме, доступной для растений. Если величина rН высокая, то большинство веществ находится в виде окислов, поэтому растения не могут их поглотить. Так как в аквариумной воде основным окислителем является кислород, свежая водопроводная вода обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, повышающимся при аэрировании.

В аквариумной практике всегда старались увеличить концентрацию О2 в воде, необходимую для дыхания рыб и растений. Эта задача была актуальной, когда не существовало эффективных аэраторов и насосов. Ее решение позволяло содержать больше рыбок в маленьком водоеме, а растения в то время в основном воспринимались лишь как источник кислорода. Аквариумисты-рыбоводы и далее могут придерживаться таких взглядов, поскольку чем больше в воде кислорода, тем крепче здоровье растений и ярче их краски. А вот растениеводы в последние десятилетия заподозрили, что избыток этого газа создает немало проблем. Если концентрация кислорода в аквариумной воде 2-5 мг/л, то в таком водоеме и рыбы себя чувствуют хорошо, и растения растут неплохо (конечно, если выполнены остальные необходимые для их роста условия). Но стоит повысить концентрацию до 8-10 мг/л, как растение прекратит рост. Причина — в изменении rН воды, ее возросший окислительный потенциал переводит жизненно важные микроэлементы в состояние, непригодное для поглощения растениями. При концентрациях кислорода выше 5 мг/л почти все микроэлементы становятся малодоступными для растений.

Излишне высокий окислительный потенциал препятствует фотосинтезу. Внутри хлоропласта величина должна сохраняться на низком уровне — rН 0,83. Если же вокруг листа находится вода с высоким окислительно-восстановительным потенциалом, то растение защищает себя и справляется с разницей потенциалов, которая для свежей воды составляет ощутимую величину — почти 1 В! На это расходуется много энергии, порой больше, чем запасается при фотосинтезе. Эксперименты показали, что проблемы с такими сложными в культуре растениями, как барклая, маяка и красная кабомба, заключаются как раз в том, что они не могут защитить свои фотосинтезирующие центры от воды с высоким окислительным потенциалом. Эти растения могут пострадать как в результате массивной подмены свежей водой, так и при резком усилении освещения. Подобные перемены должны производиться постепенно.

Реакции окисления и восстановления протекают в противоположных направлениях, которые могут изменяться. В воде присутствуют окислители (в основном кислород, реже хлор), а также восстановители (метан и аммиак). В зависимости от того, какие вещества преобладают, жидкость приобретает более или менее выраженную способность окислять либо восстанавливать. Чтобы измерять эту способность, применяют такой показатель, как окислительно-восстановительный потенциал. Сокращенно его обозначают как rН. На одном конце шкалы rН находится атмосфера из чистого водорода, на другом — из чистого кислорода. Величина окислительно-восстановительного потенциала в водородной среде равна rН 0, в чистом кислороде — rН 42. Нередко rН называют редокс потенциалом — это сокращение от латинских слов reductio и oxidado, то есть «восстановление» и «окисление».

Окислительно-восстановительный потенциал является мерой химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах.

Рекомендуем прочесть:  Сколько живёт омлет без холодильника

В переводе на более понятный неспециалисту язык это означает, что ОВП, называемый также редокс-потенциал (от английского RedOx — Reduction/Oxidation), характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. При измерениях (в электрохимии) величина этой разности обозначается как Eh и выражается в милливольтах. Чем выше концентрация компонентов, способных к окислению, к концентрации компонентов, могущих восстанавливаться, тем выше показатель редокс-потенциала. Такие вещества как кислород и хлор стремятся к принятию электронов и имеют высокий электрический потенциал, следовательно, окислителем может быть не только кислород, но и другие вещества (в частности, хлор), а вещества типа водорода, наоборот, охотно отдают электроны и имеют низкий электрический потенциал. Наибольший окислительной способностью обладает кислород, а восстановительной — водород, но между ними располагаются и другие вещества, присутствующие в воде и менее интенсивно выполняющие роль либо окислителей либо восстановителей.

Значение окислительно-восстановительного потенциала для каждой окислительно-восстановительной реакции может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

В природной воде значение Eh колеблется от -400 до +700 мВ, что определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов. В условиях равновесия значение ОВП определенным образом характеризует водную среду, и его величина позволяет делать некоторые общие выводы о химическом составе воды.

В биохимии, в отличие от электрохимии, величины редокс-потенциала выражаются не в милливольтах, а в условных единицах rH (reduction Hydrogenii). Перевод результатов измерения ОВП при помощи прибора в условные единицы можно провести используя формулу Нернста или специальные таблицы.

Окислительные процессы понижают показатель кислотно-щелочного равновесия (чем выше rH, тем ниже pH), восстановительные — способствуют повышению pH. В свою очередь показатель pH влияет на величину rH.

В организме человека энергия, выделяемая в ходе окислительно-восстановительных реакций, расходуется на поддержание гомеостаза (относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма) и регенерацию клеток организма, т.е. на обеспечение процессов жизнедеятельности организма.

ОВП внутренней среды организма человека, измеренный на платиновом электроде относительно хлорсеребряного электрона сравнения, в норме всегда меньше нуля, т.е. имеет отрицательные значения, которые обычно находятся в пределах от -100 до -200 милливольт. ОВП питьевой воды, измеренный таким же способом, практически всегда больше нуля, обычно находится в пределах от +100 до +400 мВ. Это справедливо практически для всех типов питьевой воды — той, которая течет из водопроводных кранов во всех городах мира, которая продается в стеклянных и пластиковых бутылках, которая получается после очистки в установках обратного осмоса и большинства разнообразных больших и малых водоочистительных систем.

Указанные различия ОВП внутренней среды организма человека и питьевой воды означают, что активность электронов во внутренней среде организма человека намного выше, чем активность электронов в питьевой воде.

Активность электронов является важнейшей характеристикой внутренней среды организма, поскольку напрямую связана с фундаментальными процессами жизнедеятельности. Практически все биологически важные системы, определяющие аккумуляцию и потребление энергии, репликацию и передачу наследственных признаков, всевозможные ферментативные системы организма, содержат молекулярные структуры с разделенными зарядами, напряженность электрического поля между которыми достигает 104 — 106 В/см. Исследования последних лет позволили установить, что именно эти поля в значительной мере определяют перенос зарядов в биологических системах и обусловливают селективность и автоконтроль отдельных стадий сложных биохимических превращений, и что ОВП, как показатель активности электронов, оказывает значительное влияние на функциональные свойства электроактивных компонентов биологических систем.

Количество энергии, затрачиваемой организмом на достижение биосовместимости воды, пропорционально ее количеству и разности ОВП воды и внутренней среды организма.

Если поступающая в организм питьевая вода имеет ОВП близкий к значению ОВП внутренней среды организма человека, то электрическая энергия клеточных мембран (жизненная энергия организма) не расходуется на коррекцию активности электронов воды и вода тотчас же усваивается, поскольку обладает биологической совместимостью по этому параметру. Если питьевая вода имеет ОВП более отрицательный, чем ОВП внутренней среды организма, то она подпитывает его этой энергией, которая используется клетками как энергетический резерв антиоксидантной защиты организма от неблагоприятного влияния внешней среды.

Важно!
Коралловый кальций Алка-Майн делает ОВП воды идеальным для организма!

Окислительно-восстановительный потенциал является мерой химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах.

Как известно, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) является мерой химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах. Другими словами, ОВП, называемый также редокс-потенциалом (Eh), характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. И еще, ОВП любой водной среды можно рассматривать как меру электронного давления в окислительно-восстановительных парах веществ в состоянии равновесия, при стандартных условиях (температура, концентрация веществ, атмосферное давление).

Несмотря на столь важную функцию, которую выполняет ОВП воды, этот показатель до сих пор не регламентируется современными нормативными документами, и на наш взгляд, недостаточно принимается во внимание при создании и эксплуатации систем водоподготовки. Основания для такого утверждения сформировались в течение многолетних исследований влияния электрических полей на жизнедеятельность микроорганизмов. Было установлено, что слабые электрические воздействия изменяют ОВП растворов, что отчетливо коррелирует с реакцией живых объектов и предоставляет возможности для управления свойствами водной среды.

Значение окислительно-восстановительного потенциала для каждой окислительно-восстановительной реакции выражается в милливольтах и может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Окислительно-восстановительный потенциал зависит от температуры и взаимосвязан с рН. Для окислительно-восстановительных систем с инертным электродом, у которых все компоненты электрохимической реакции находятся в растворе, электродный потенциал определяется активностями как окисленной (aok), так и восстановленной (ав) форм вещества:

где n — стехиометрический коэффициент.

В случае, когда на электроде возможно одновременное протекание более одной электродной реакции, используется понятие стационарного электродного потенциала. При пропускании электрического тока измеренный электродный потенциал будет отличаться от равновесного на величину поляризации.

Иногда для количественной характеристики окислительно-восстановительных свойств воды используется безразмерная величина rH2. Ее называют «редокс-потенциал», но этот термин некорректен, т. к. величина rH2 — безразмерна (как pH). Поэтому величину гH2 следует называть иначе, например «показатель редокс — потенциала» или «показатель окислительно-восстановительного потенциала». Для расчета значения показателя rH2 используется уравнение:

rH2= (2FEh/2,303RT) + 2 pH = — lgP(H2) ; (2)

где F — постоянная Фарадея (F = 96485 Кл/моль); R—универсальная постоянная
(R = 8,31 Дж • моль -1 • К -1 ); Т — температура по абсолютной шкале (в К); Eh — экспериментально измеряемое значение окислительно-восстановительного потенциала в воде в В; pH — водородный показатель;

P(H2) — парциальное давление водорода в окислительно-восстановительной системе.

Если принять температуру равной 20ºC, то, учитывая значение констант, получим:

rH2 = Eh/0,029 + 2 pH; (3)

Как видно из формул (2) и (3), показатель rH2 связан с окислительно-восстановительным потенциалом и учитывает влияние на него кислотности воды. Для определения значения rH2 необходимо определить и Еh,и pH, как рассмотрено выше. Считается, что шкала rH2 изменяется в пределах от 0 до 42. Так, в природных водоемах показатель окислительно-восстановительного потенциала принимает значение от 26 до 32, в аквариумной воде — от 28 до 31.

Обычно окислительно-восстановительный потенциал системы сравнивают с потенциалом водородного электрода, принимая последний за 0 при рН=0. Однако для биологических систем удобнее использовать окислительно-восстановительный потенциал при рН=7,0. При таком рН потенциал водородного электрода равен -0,42В.

В природной воде всегда присутствуют как окислители, так и восстановители. К окислителям относятся, например, такие компоненты воды, как кислород, нитрат-ионы. К восстановителям — сероводород, аммиак, гуминовые кислоты и многие другие органические соединения. Соотношение тех или иных соединений, в конечном итоге, и определяет окислительные или восстановительные свойства воды. Обычно в воде природных водоемов несколько преобладают вещества с восстановительными свойствами.

Значения Eh для природной и подготовленной предприятиями «Водоканал» воды, как правило, находятся в пределах от — 400 до + 700 мВ, что определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов. В условиях равновесия значение ОВП определенным образом характеризует водную среду, и его величина позволяет делать некоторые общие выводы не только о химическом составе воды, но и о возможном ее влиянии на биохимические и физиологические процессы в живых организмах.

В зависимости от значения ОВП различают несколько основных ситуаций, встречающихся в водных средах:

В некоторых случаях (например, при обработке воды для бассейнов, в аквариумном и рыбоводческом хозяйстве) ОВП является одним из основных параметров контроля качества воды, так как позволяет оценить, условия развития той или иной флоры и фауны, эффективность обеззараживания воды.

Широко известны антисептические, бактерицидные свойства водных растворов с повышенным ОВП. Например, электрохимически активированная вода, обработанная в анодных камерах двухкамерных электролитических реакторов. Для иллюстрации приведем таблицу зависимости средней продолжительности жизни типичных микроорганизмов — кишечной палочки от величины редокс-потенциала в области положительных значений ОВП.

Время жизни E.сoli, мин.

Вместе с тем, понижение ОВП при той же электрохимической активации воды, но проведенной в катодных камерах, по данным медиков и биологов, приводит к улучшению ее биоэнергетических, метаболических и иммуностимулирующих свойств. Это обеспечивает и благоприятные условия для развития микроорганизмов и растений. Но для нас особенно важно, что при регулярном употреблении воды с пониженным ОВП улучшается состояние внутренних органов, кожных покровов, слизистых оболочек и волос человека. Стимулируется развитие нормальной микрофлоры человеческого организма, и как следствие уменьшаются негативные последствия дисбактериоза.

Считается общепризнанным, что активация процессов окисления в тканях организмов имеет место при авитаминозах, при хроническом эмоциональном стрессе, при сердечно-сосудистой патологии, при старении, поражающем действии экзогенных химических агентов (отравление алкоголем, никотином и т.п.), и физических факторов (холод, повышенная температура, радиационное поражение и др.), и многих других патологических процессах. Сдвиг донорно-акцепторного равновесия в пользу акцепторов, приводящий к дефициту реакционно-способных электронов, как раз и является ключевым звеном обширного класса патологических процессов, возникающих в живых организмах. Между прочим, важнейшие витамины — Е, С, Р, РР, К, а также множество известных своей полезностью веществ, входящих в продукты питания, являются антиоксидантами.

Рекомендуем прочесть:  Соление Зеленого Салата

Тот же механизм лежит и в основе биологического действия католитов (растворов, содержащих доноры реакционно-способных электронов, образующихся в результате электрохимической активации воды в катодных камерах электролизеров). Механизм действия на живые системы католитов, характеризующихся отрицательными значениями ОВП, очень похож на действие антиоксидантов, обусловливая видимый лечебно-профилактический эффект. В частности, много опытов было проведено на животных в лабораторных условиях и на фермах. Было показано, что курс поения католитом приводит к активизации защитных сил подопытных животных, снижению их восприимчивости к простудным и инфекционным заболеваниям, положительно влияет на репродуктивные качества и обеспечивает дополнительный привес.

Чтобы понять биохимические и биоэнергетические механизмы наблюдаемых физиологических эффектов воды с пониженными значениями ОВП, мы предлагаем обратиться к закономерностям, которые связывают их с многоступенчатыми окислительно-восстановительными процессами, протекающими в живом организме при переносе электронов по дыхательным цепям к молекулярному кислороду.

Изменение свободной энергии, характеризующее реакции окисления и восстановления, пропорционально способности реактантов отдавать или принимать электроны. Следовательно, изменение свободной энергии окислительно-восстановительного процесса можно характеризовать именно величиной окислительно-восстановительного потенциала системы. В переносе электронов по так называемой дыхательной цепи от молекул веществ-субстратов биохимических реакций к молекулярному кислороду (см. рис.1) принимают участие окислительно-восстановительные ферменты (оксидоредуктазы) трех основных классов: пиридинзависимые дегидрогеназы, флавинзависимые дегидрогеназы и цитохромы, или цитохромоксидазы.

Для запуска (или «старта») жизненно важных процессов переноса электронов от веществ-восстановителей и далее по цепи окислительного фосфорилирования в организме (см. рис.1), т.е. для инициирования процесса переноса электронов с молекул субстратов, растворенных в жидкостях тела, важно, чтобы исходный ОВП был близок к значению, соответствующему стандартному потенциалу переноса электрона в данной окислительно-восстановительной паре. Если рассмотреть стандартные значения ОВП для соответствующих дегидрогеназ (см. табл.2), то сразу обратит на себя внимание, их низкая величина, лежащая в области отрицательных значений. И именно по этой причине снижение ОВП питьевой воды, т.е. воды, поступающей в организм, способствует лучшему протеканию биоэнергетических процессов. Другими словами, снижение для них первичного потенциального барьера, обусловленного несовпадением физико-химических условий с физиологическим состоянием организма, приводит к повышению эффективности метаболизма.

Стандартные значения ОВП для цитохромов лежат в области более высоких (слабо положительных) значений . Но процессы переноса электронов на данном этапе меньше зависят от состояния внеклеточной жидкости, так как протекают уже не в жидкой фазе, а в гетерогенной среде и регулируются специализированными мембранными структурами митохондрий.

Уменьшение свободной энергии, обусловленное перемещением пары электронов по дыхательной цепи к кислороду, коррелирует с соответствующим увеличением стандартного ОВП (с – 400 мВ до + 800 мВ), что наглядно иллюстрируется рис. 2.

Схема на рис.2 позволяет оценить удельный вес той начальной части биоэнергетического процесса, которая может активироваться за счет снижения ОВП потребляемой организмом воды. Видно, что первое звено дыхательной цепи, соответствующее жидкофазной части процесса, не только играет ключевую роль (или роль своего рода, «спускового крючка»), но и составляет не менее 20% от величины высвобождаемой свободной энергии химических связей, т.е. вносит весьма существенный вклад в общий энергетический баланс дыхательного процесса.

Каждый последующий окислительно-восстановительный комплекс обладает большим сродством к электронам, чем предыдущий. Электроны последовательно переходят с о дного комплекса на другой, пока наконец не перейду т на кислород, имеющий; наибольшее сродство к электрону.

Энергия, высвобождаемая в процессе переноса электронов по дыхательной цепи, запасается; в форме электрохимического протонного градиента на внутренней мембране митохондрий.

В результате многочисленных экспериментов, проводившихся на двухкамерных электролизерах был достаточно хорошо изучен механизм электрохимической активации воды, связанный с электродными процессами на анодах и катодах. Подобные процессы ярче проявляются при наличии в воде растворенных электролитов, но в любом случае требуют больших затрата энергий (порядка десятков кВт∙ч на 1 м 3 обрабатываемой воды) и при получении надежных эффектов наблюдаются заметные сдвиги рН в кислую )при анодной активации) или щелочную (при катодной активации) области.

Вместе с тем, интересные возможности для электроактивации воды могут открыться

на другом конце энергетической шкалы — в области низких энергетических воздействия. В этой области концентрационные изменения электрически активных компонентов (ионов, радикалов) за время обработки не успевают достичь существенных размеров. Но можно ожидать, что жидкокристаллическая структура воды воспримет информационный сигнал и успеет перестроиться и изменить свою физико-химическую и биологическую реакцию.

В результате исследований, проводившихся нами на протяжении многих лет, достоверно установлено, что при пропускании воды через одну единственную рабочую камеру электрокондиционеров «Каскад» происходит, не только очистка от многих видов загрязнений, но и существенное снижение окислительно-восстановительного потенциала обрабатываемой воды. ОВП уменьшается с +(250-450) мВ, присущих, как правило, необработанной природной или водопроводной воде, до значений близких к 0 или даже на несколько десятков мВ боле низких. После более интенсивной электрообработки (более длительной или при более высоких значениях межэлектродной разности потенциалов) ОВП воды может достигать и более низких значений — до -200-300 мВ и ниже. Эти эффекты наблюдаются и на умеренно минерализованной речной воде, и даже на дистиллированной или деинизованной другими методами воде. При кипячении или выдерживании воды в течение некоторого времени ( от 6 до 24 ч) ОВП воды постепенно возвращается к исходному значению, имевшему место до электрообработки.

Весьма показательна картина электроактивации воды в электрокондиционере, иллюстрирующая достаточно слабую зависимость эффекта снижения ОВП от времени обработки, или количества электрического введенного в единицу объема (см. табл. 3).

Линейная скорость потока, см/мин

Широко известны антисептические, бактерицидные свойства водных растворов с повышенным ОВП. Например, электрохимически активированная вода, обработанная в анодных камерах двухкамерных электролитических реакторов. Для иллюстрации приведем таблицу зависимости средней продолжительности жизни типичных микроорганизмов — кишечной палочки от величины редокс-потенциала в области положительных значений ОВП.

Как известно, окислительно-восстановительный потенциал (является) ОВП мерой химической активности элементов соединений их или в обратимых химических процессах, связанных с заряда изменением ионов в растворах. Другими словами, называемый, ОВП также редокс-потенциалом (Eh), характеризует активности степень электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. связанных, реакциях с присоединением или передачей электронов. И ОВП, еще любой водной среды можно как рассматривать меру электронного давления в окислительно-парах восстановительных веществ в состоянии равновесия, при условиях стандартных (температура, концентрация веществ, атмосферное Несмотря).

давление на столь важную функцию, которую ОВП выполняет воды, этот показатель до сих регламентируется не пор современными нормативными документами, и на наш недостаточно, взгляд принимается во внимание при создании и систем эксплуатации водоподготовки. Основания для такого сформировались утверждения в течение многолетних исследований влияния полей электрических на жизнедеятельность микроорганизмов. Было установлено, слабые что электрические воздействия изменяют ОВП что, растворов отчетливо коррелирует с реакцией живых предоставляет и объектов возможности для управления свойствами среды водной.

Значение окислительно-восстановительного потенциала каждой для окислительно-восстановительной реакции выражается в может и милливольтах иметь как положительное, так и значение отрицательное. Окислительно-восстановительный потенциал зависит от взаимосвязан и температуры с рН. Для окислительно-восстановительных систем с электродом инертным, у которых все компоненты электрохимической находятся реакции в растворе, электродный потенциал определяется как активностями окисленной (aok), так и восстановленной (ав) форм где:

вещества n — стехиометрический коэффициент.

В случае, когда на возможно электроде одновременное протекание более одной реакции электродной, используется понятие стационарного электродного При. потенциала пропускании электрического тока измеренный потенциал электродный будет отличаться от равновесного на величину Иногда.

поляризации для количественной характеристики окислительно-свойств восстановительных воды используется безразмерная величина называют. Ее rH2 «редокс-потенциал», но этот термин величина, т. к. некорректен rH2 — безразмерна (как pH). Поэтому гH2 величину следует называть иначе, например «редокс показатель — потенциала» или «показатель окислительно-потенциала восстановительного». Для расчета значения показателя используется rH2 уравнение:

rH2= (2FEh/2, 303RT) + 2 pH = — lgP(H2) ; (2)

постоянная F — где Фарадея (F = 96485 Кл/моль); R—универсальная моль
(R = 8, 31 Дж • постоянная -1 • К -1 ); Т — температура по абсолютной шкале (в К); Eh — экспериментально значение измеряемое окислительно-восстановительного потенциала в воде в В; pH — показатель водородный;

P(H2) — парциальное давление водорода в окислительно-системе восстановительной.

Если принять температуру равной учитывая, то, 20?C значение констант, получим:

rH2 = Eh/0, 029 + 2 pH; (3)

видно Как из формул (2) и (3), показатель rH2 связан с восстановительным-окислительно потенциалом и учитывает влияние на него воды кислотности. Для определения значения rH2 определить необходимо и Еh, и pH, как рассмотрено выше. Считается, шкала что rH2 изменяется в пределах от 0 до 42. Так, в водоемах природных показатель окислительно-восстановительного потенциала значение принимает от 26 до 32, в аквариумной воде — от 28 до 31.

Обычно окислительно-потенциал восстановительный системы сравнивают с потенциалом водородного принимая, электрода последний за 0 при рН=0. Однако для систем биологических удобнее использовать окислительно-восстановительный при потенциал рН=7, 0. При таком рН потенциал водородного равен электрода -0, 42В.

В природной воде всегда как присутствуют окислители, так и восстановители. К окислителям например, относятся, такие компоненты воды, как нитрат, кислород-ионы. К восстановителям — сероводород, аммиак, кислоты гуминовые и многие другие органические соединения. тех Соотношение или иных соединений, в конечном определяет, и итоге окислительные или восстановительные свойства Обычно. воды в воде природных водоемов несколько вещества преобладают с восстановительными свойствами.

Значения Eh для подготовленной и природной предприятиями «Водоканал» воды, как находятся, правило в пределах от — 400 до + 700 мВ, что всей определяется совокупностью происходящих в ней окислительных и процессов восстановительных. В условиях равновесия значение ОВП образом определенным характеризует водную среду, и его позволяет величина делать некоторые общие выводы не химическом о только составе воды, но и о возможном ее влиянии на физиологические и биохимические процессы в живых организмах.

В зависимости от ОВП значения различают несколько основных ситуаций, водных в встречающихся средах:

В случаях некоторых (например, при обработке воды бассейнов для, в аквариумном и рыбоводческом хозяйстве) ОВП одним является из основных параметров контроля качества так, воды как позволяет оценить, условия той развития или иной флоры и фауны, обеззараживания эффективность воды.

Рекомендуем прочесть:  Сколько Хранить Яблочное Пюре Домашнего Приготовления Закрытое На Зиму

Широко известны антисептические, свойства бактерицидные водных растворов с повышенным ОВП. электрохимически, Например активированная вода, обработанная в анодных двухкамерных камерах электролитических реакторов. Для иллюстрации таблицу приведем зависимости средней продолжительности жизни микроорганизмов типичных — кишечной палочки от величины редокс-области в потенциала положительных значений ОВП.

тем с Вместе, понижение ОВП при той же активации электрохимической воды, но проведенной в катодных камерах, по медиков данным и биологов, приводит к улучшению ее биоэнергетических, иммуностимулирующих и метаболических свойств. Это обеспечивает и благоприятные для условия развития микроорганизмов и растений. Но для особенно нас важно, что при регулярном воды употреблении с пониженным ОВП улучшается состояние органов внутренних, кожных покровов, слизистых оболочек и человека волос. Стимулируется развитие нормальной микрофлоры организма человеческого, и как следствие уменьшаются негативные дисбактериоза последствия.

Считается общепризнанным, что активация окисления процессов в тканях организмов имеет место авитаминозах при, при хроническом эмоциональном стрессе, сердечно при-сосудистой патологии, при старении, действии поражающем экзогенных химических агентов (отравление никотином, алкоголем и т.п.), и физических факторов (холод, повышенная радиационное, температура поражение и др.), и многих других патологических Сдвиг. процессах донорно-акцепторного равновесия в пользу приводящий, акцепторов к дефициту реакционно-способных электронов, раз как и является ключевым звеном обширного патологических класса процессов, возникающих в живых организмах. прочим Между, важнейшие витамины — Е, С, Р, РР, К, а также множество своей известных полезностью веществ, входящих в продукты являются, питания антиоксидантами.

Тот же механизм лежит и в биологического основе действия католитов (растворов, содержащих реакционно доноры-способных электронов, образующихся в результате активации электрохимической воды в катодных камерах электролизеров). действия Механизм на живые системы католитов, характеризующихся значениями отрицательными ОВП, очень похож на действие обусловливая, антиоксидантов видимый лечебно-профилактический эффект. В много, частности опытов было проведено на животных в условиях лабораторных и на фермах. Было показано, что поения курс католитом приводит к активизации защитных подопытных сил животных, снижению их восприимчивости к простудным и заболеваниям инфекционным, положительно влияет на репродуктивные качества и дополнительный обеспечивает привес.

Чтобы понять биохимические и механизмы биоэнергетические наблюдаемых физиологических эффектов воды с значениями пониженными ОВП, мы предлагаем обратиться к закономерностям, связывают которые их с многоступенчатыми окислительно-восстановительными процессами, живом в протекающими организме при переносе электронов по цепям дыхательным к молекулярному кислороду.

Изменение свободной энергии, реакции характеризующее окисления и восстановления, пропорционально способности отдавать реактантов или принимать электроны. Следовательно, свободной изменение энергии окислительно-восстановительного процесса характеризовать можно именно величиной окислительно-восстановительного системы потенциала. В переносе электронов по так называемой цепи дыхательной от молекул веществ-субстратов биохимических молекулярному к реакций кислороду (см. рис.1) принимают участие восстановительные-окислительно ферменты (оксидоредуктазы) трех основных пиридинзависимые: классов дегидрогеназы, флавинзависимые дегидрогеназы и цитохромы, цитохромоксидазы или.

Для запуска (или «старта») важных жизненно процессов переноса электронов от веществ-далее и восстановителей по цепи окислительного фосфорилирования в организме (см. для.1), т.е. рис инициирования процесса переноса электронов с субстратов молекул, растворенных в жидкостях тела, важно, исходный чтобы ОВП был близок к значению, стандартному соответствующему потенциалу переноса электрона в данной восстановительной-окислительно паре. Если рассмотреть стандартные ОВП значения для соответствующих дегидрогеназ (см. табл.2), то обратит сразу на себя внимание, их низкая величина, области в лежащая отрицательных значений. И именно по этой снижение причине ОВП питьевой воды, т.е. воды, организм в поступающей, способствует лучшему протеканию биоэнергетических Другими. процессов словами, снижение для них потенциального первичного барьера, обусловленного несовпадением физико-условий химических с физиологическим состоянием организма, приводит к эффективности повышению метаболизма.

Рис.1. Дыхательная цепь электронов переноса в организме

Стандартные значения для ОВП цитохромов лежат в области более слабо (высоких положительных) значений . Но процессы переноса данном на электронов этапе меньше зависят от состояния жидкости внеклеточной, так как протекают уже не в фазе жидкой, а в гетерогенной среде и регулируются специализированными структурами мембранными митохондрий.

Уменьшение свободной энергии, перемещением обусловленное пары электронов по дыхательной цепи к коррелирует, кислороду с соответствующим увеличением стандартного ОВП (с – 800 мВ до + 400 мВ), что наглядно иллюстрируется рис. 2.

Уменьшение. 2. Рис свободной энергии, обусловленное перемещением электронов пары по дыхательной цепи к кислороду

Схема на позволяет.2 рис оценить удельный вес той части начальной биоэнергетического процесса, которая может счет за активироваться снижения ОВП потребляемой организмом Видно. воды, что первое звено дыхательной соответствующее, цепи жидкофазной части процесса, не только ключевую играет роль (или роль своего спускового, «рода крючка»), но и составляет не менее 20% от величины свободной высвобождаемой энергии химических связей, т.е. вносит существенный весьма вклад в общий энергетический баланс процесса дыхательного.

Каждый последующий окислительно-восстановительный обладает комплекс большим сродством к электронам, чем Электроны. предыдущий последовательно переходят с одного комплекса на пока, другой наконец не перейдут на кислород, имеющий; сродство наибольшее к электрону.

Энергия, высвобождаемая в процессе электронов переноса по дыхательной цепи, запасается; в форме протонного электрохимического градиента на внутренней мембране митохондрий.

В многочисленных результате экспериментов, проводившихся на двухкамерных электролизерах достаточно был хорошо изучен механизм электрохимической воды активации, связанный с электродными процессами на анодах и Подобные. катодах процессы ярче проявляются при воде в наличии растворенных электролитов, но в любом случае больших требуют затрата энергий (порядка десятков обрабатываемой•ч на 1 м 3 кВт воды) и при получении надежных наблюдаются эффектов заметные сдвиги рН в кислую )при активации анодной) или щелочную (при катодной области) активации.

Вместе с тем, интересные возможности электроактивации для воды могут открыться

на другом энергетической конце шкалы — в области низких энергетических этой. В воздействия области концентрационные изменения электрически компонентов активных (ионов, радикалов) за время обработки не достичь успевают существенных размеров. Но можно ожидать, жидкокристаллическая что структура воды воспримет информационный успеет и сигнал перестроиться и изменить свою физико-биологическую и химическую реакцию.

В результате исследований, проводившихся протяжении на нами многих лет, достоверно установлено, при что пропускании воды через одну рабочую единственную камеру электрокондиционеров «Каскад» происходит, не очистка только от многих видов загрязнений, но и существенное окислительно снижение-восстановительного потенциала обрабатываемой воды. уменьшается ОВП с +(250-450) мВ, присущих, как необработанной, правило природной или водопроводной воде, до близких значений к 0 или даже на несколько десятков мВ низких боле. После более интенсивной электрообработки (длительной более или при более высоких межэлектродной значениях разности потенциалов) ОВП воды достигать может и более низких значений — до -200-ниже мВ и 300. Эти эффекты наблюдаются и на умеренно речной минерализованной воде, и даже на дистиллированной или другими деинизованной методами воде. При кипячении выдерживании или воды в течение некоторого времени ( от 6 до 24 ч) воды ОВП постепенно возвращается к исходному значению, место имевшему до электрообработки.

Весьма показательна картина воды электроактивации в электрокондиционере, иллюстрирующая достаточно слабую эффекта зависимость снижения ОВП от времени обработки, количества или электрического введенного в единицу объема (см. Таблица. 3).

Данные табл. 4 свидетельствуют о том, слабым что электрическим воздействиям, приводящим к снижению подвергаются, ОВП непосредственно полимолекулярные структурные субъединицы шунтирование, и воды электрического тока через систему солей ионами заметно ослабляет это воздействие, увеличение на несмотря рассеяния энергии в растворах.

Интересно полученные сопоставить результаты по снижению ОВП воды других данным наших опытов, проведенных на жидких культурах бактериальных при стрессовых, адаптирующих к стрессу и воздействиях деструктивных.

Изучалось влияние на ОВП культур таких cоli М-17 Escherichia травмирующих операций, как центрифугирование, тепловой и осмотический шок, замораживание-размораживание, кипячение, ультразвуком воздействие и электрическим током. При всех если, воздействиях они не сопровождались гибелью и деструкцией клеток бактериальных, ОВП жидких культур снижался. Но при только воздействии электрического тока наблюдалось большое аномально снижение ОВП (до 400 мВ) [1]. Контрольные поставленные, эксперименты на бесклеточных культуральных средах, не выявили ОВП изменений при пропускании электрического тока, принципе, в что, соответствует картине иллюстрируемой табл. 4. В деле самом, увеличение ОВП при высоких электропроводности значениях воды обусловлено электродными процессами на катодах и анодах. В работе же [1] использовалась трехкамерная электрохимическая которой, в ячейка рабочая (центральная) камера отделена мембранами полупроницаемыми от катодной и анодной камер с циркулирующим раствором буферным, и продукты электродных реакций, приводящих в однокамерной случае ячейке к отмечавшемуся увеличению ОВП, могут не практически попадать в исследуемую жидкость.

Внести ясность полную в механизмы снижения ОВП при электрических слабых воздействиях, сопутствующего процессам электрокондиционирования электросорбционной при очистки воды, можно будет с современного привлечением арсенал физических приборов. Выполнение работы этой является задачей ближайшего будущего.

Но практические важные следствия обнаруженного эффекта уже широко можно использовать в практике водоподготовки, совмещая приданием с водоочистку воде благотворных антиоксидантных свойств. водой Пользоваться с пониженным ОВП целесообразно, принимая или душ ванны в жилых квартирах, при водных выполнении процедур в различных водолечебницах, купании и бассейнах в плавании., при использовании сырой воды в целях питьевых, для поения домашнего скота и полива, птицы растений.

ОВП внутренней среды имеет человека отрицательные значения (от –100 до –200 мВ). питьевой ОВП воды практически всегда имеет значения положительные (от +100 до +400 мВ). Когда обычная вода питьевая проникает в ткани человеческого организма, отнимает она электроны от клеток. В результате этого структуры биологические организма подвергаются окислительным атакам. организм Так изнашивается и стареет. Эти негативные могут процессы быть замедлены, если в организм с пищей и питьем поступает вода, обладающая окислительно-свойствами восстановительными внутренней среды человека.

Самая роль видная в решении этой важной задачи, реорганизацией с связанной водоснабжения населения, должна, по нашему принадлежать, мнению электрокондиционерам воды «КАСКАД». Мы также целесообразным считаем включение показателя ОВП в действующую документацию нормативную на питьевую воду.

В.С.Андреев, Н.В.Поварков, Дронова Ю.Н., В.Г.Попов. // Биотехнология. 1991, №2. С.48-52.

Стандартные значения для ОВП цитохромов лежат в области более слабо (высоких положительных) значений . Но процессы переноса данном на электронов этапе меньше зависят от состояния жидкости внеклеточной, так как протекают уже не в фазе жидкой, а в гетерогенной среде и регулируются специализированными структурами мембранными митохондрий.

Давайте будем совместно делать уникальный материал еще лучше, и после его прочтения, просим Вас сделать репост в удобную для Вас соц. сеть.

Оцените статью
Не знаете как правильно сохранить продукты в свежести? ВкусЕды.ру