Кислотность напитков и здоровье человека ГБОУ Гимназия №1505 «Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория» Кислотность напитков и здоровье человека Автор: ученица 9 класса «А» Рыбакова Надежда Руководитель: Шипарёва Г. А. Москва 2012 Оглавление. Введение ………………………………………………………………………………………. 3-4 §1. Водородный показатель. Способы его измерения ……………………………………... 5-8 §2. Значение воды для организма человека ……………………………………………….. 9-11 §3. Практическая часть. Социальный опрос. Результаты измерения кислотности популярных напитков …………………………………………………………………………………….. 12-16 Заключение …………………………………………………………………………………. 17-18 Список литературы …………………………………………………………………………… 19 Введение. Без воды жизнь на Земле была бы невозможна. Она играет большую роль в жизни любого живого организма, в том числе и человека. Организм человека на 65 % состоит из воды. Ежедневно в результате протекания различных обменных процессов взрослый человек теряет в среднем 2-2,5 литра воды. Это естественные потери воды, которые человек должен компенсировать каждый день. «Без получения воды извне человек может прожить в большинстве случаев не более 2-3 дней» [5, с. 174]. Актуальность темы : В настоящее время в повседневной жизни человек может утолить жажду не только простой водой, но и множеством напитков, продающихся в магазинах в большом ассортименте. Люди отказываются пить простую воду, вместо этого широкое распространение получают различные газированные, консервированные и пастеризованные напитки. Причины этого довольно ясны: водопроводная вода без серьезной предварительной очистки может нанести большой вред нашему здоровью. К тому же, она не привлекает своими вкусовыми качествами. Мы стараемся сделать воду вкуснее: всячески ее подкрашиваем, подслащиваем и т. д. Большим спросом пользуются «бодрящие» напитки: свежеприготовленные кофе, черный и зеленый чай, а также энергетические напитки, содержащие кофеин. Каждый из этих напитков обладает разными свойствами и по-своему влияет на организм человека, употребляющего их. Одним из таких свойств является кислотность среды. Напитки, как и любой раствор, обладают этим свойством. При рассмотрении кислотно-щелочного баланса употребляемых нами жидкостей оказалось, что большинство современных употребляемых нами ежедневно газированных вод, соков и напитков обладают повышенной кислотностью. Мы «закисляем» свой организм, даже не догадываясь о том, какие последствия могут ожидать нас. «Тем самым мы нарушаем кислотно-щелочное равновесие организма – относительное постоянство величины pH во внутренних средах организма, обеспечивающее полноценность метаболических процессов в клетках и тканях». [6, с. 42] Даже незначительные нарушения кислотно-щелочного равновесия организма снижают активность ферментов и замедляют биохимические процессы. Становится понятно, что кислотная нагрузка потребляемых нами напитков – еще один фундаментальный показатель, имеющий большое значение для нашего здоровья. Однако большинство людей даже не подозревают о том, что то, что они привыкли пить, может нанести серьезный вред их здоровью. В своем е мы хотим рассмотреть обозначенную проблему. Цель а : проанализировать влияние pH употребляемых нами напитков на здоровье человека, обратить внимание на важность рассматриваемого нами вопроса. Задачи а : · рассмотреть понятие «водородный показатель»; · описать способы его измерения, понять, зачем мы пьем и что пьем чаще всего; · рассказать о здоровье человека и о том, что влияет на наше здоровье. Работа также содержит в себе практическую часть: по данным проведенного социального опроса были выявлены напитки, наиболее употребляемые гимназистами, а pH самых распространенных напитков был измерен с помощью специального прибора – pH-метра. §1. Водородный показатель. Способы его измерения. Кислотность среды пищевых продуктов, в том числе напитков – очень важная характеристика. Задумываться над этим вопросом и рассматривать эту проблему подробнее стали не так уж давно. В 2001-2002 году в американском журнале, рассказывающем о клиническом питании, была опубликована статья о том, что существует еще одна характеристика качества потребляемых нами продуктов, название которой на русский язык было переведено как «кислотная нагрузка пищи. Так что же такое кислотная нагрузка и от чего она зависит? Если речь идет о напитках, значит, подразумевается, что мы говорим о растворах. Все растворы имеют разный вкус. Кислоты обладают кислым вкусом. В этом легко убедиться, ведь мы часто сталкиваемся в быту с органическими кислотами: яблочной, уксусной, лимонной, щавелевой и т.д. Попробовав лимон или неспелое яблоко, мы чувствуем, что они кислые на вкус. Этот факт можно объяснить, обратившись к теории электролитической диссоциации. «Эта теория объясняет кислый вкус кислот наличием ионов водорода (а точнее, ионов гидроксония H3 O+ ), образующихся в их растворах» [2, с. 64]. Растворы, содержащие ионы водорода, имеют кислую среду. Такие растворы называют кислотными, и чем больше ионов H+ они содержат, тем больше кислотность их среды. Из многообразия растворов мы не сможем выделить растворы щелочей, опираясь на вкусовые ощущения. Отличить их можно на ощупь: они едкие и мылкие. Эти растворы содержат не катионы водорода, а гидроксид-анионы и обладают щелочной средой. Чем выше концентрация ионов OH- , тем более щелочную среду имеет раствор. Если щелочь и кислота будут находиться в растворе одновременно, произойдет реакция нейтрализации. В результате нейтрализации образуются соли и вода, а также наблюдается тепловой эффект. Такой раствор, в котором не содержится ни ионов H+, ни ионов OH- , называют нейтральным и говорят, что он обладает нейтральной средой. По-другому можно сказать, что этот раствор не содержит ни кислоты, ни щелочи. Растворы многих солей и органических веществ обладают нейтральной средой. Нейтральная среда также характерна для чистой воды (например, дистиллированной). Если быть совсем точным, ионы H+ и ионы OH- , образующиеся при диссоциации воды, присутствуют во всех водных растворах без исключения. Вода – это очень слабый электролит. В каждом литре воды содержится всего по одной десятимиллионной (10-7 ) моля ионов H+ и OH- . При комнатной температуре степень ее диссоциации равна примерно 2 · 10-9 . Это означает, что если взять миллиард молекул воды, то только две из них будут диссоциировать, то есть распадаться на ионы: H2 O « H+ + OH- . Данное уравнение диссоциации свидетельствует о том, что вода проявляет свойства амфотерного вещества1 . Можно сделать вывод, что вода одновременно является и очень слабой кислотой, и очень слабым основанием. Однако чтобы ориентироваться в кислотности различных веществ, нужно охарактеризовать ее количественно. Эту характеристику отображает водородный показатель pH, связанный с концентрацией ионов водорода. Символ pH был введен в 1909 г. датским биохимиком С. Серенсеном2 . Описание своих исследований С. Серенсен опубликовал в Германии и Франции в одно и то же время – в 1909 году. В этих работах впервые был использован символ pH, употребляемый для обозначения водородного показателя. «P» - начальная буква немецкого слова «potenz» и французского слова «puissance», что переводится на английский как «power» или «potency», а на русский – «показатель». «H» означает латинское название первого элемента периодической системы Д. И. Менделеева – водорода. Это название звучит как «hydrogenium» и образовано от двух слов: «hydro» - «вода» и «gen» - порождающий. Определение понятия «водородный показатель» звучит так: «Это отрицательный десятичный логарифм концентрации катионов водорода». С помощью формулы это записывается таким образом: pH = -log c(H+ ). «С помощью водородного показателя можно рассчитать молярную концентрацию ионов водорода в растворе» [2, с. 65]: c (H+ ) = 10- pH В водных растворах, имеющий нейтральную среду, pH = 7, в кислотных растворах pH<7, в растворах с щелочной средой pH>7. ________________________________________________________________________________ 1 Амфотерное вещество – это вещество, проявляющее в зависимости от условий, в которых оно находится, либо кислотные, либо основные свойства. 2 Профессор родился в Зеландии, окончил Университет Копенгагена. Позже С. Серенсен стал руководителем престижной лаборатории пива Карлсберг в Копенгагене. Ученый проводил много исследований, рассказывающих о методах измерения pH. Им были предложены стандартные растворы для калибровки приборов, которыми измеряют уровень кислотности (pH-метры), он исследовал влияние кислотности на активность ферментов, а для измерения кислотности первым начал использовать электроды. Сильнокислые растворы обладают значениями pH от 0 до трех, слабокислые – от 3 до 7. Можно заметить, что растворы сильных кислот одинаковой концентрации имеют одинаковое значение pH. Этот факт можно объяснить тем, что все сильные кислоты диссоциируют в водных растворах практически полностью и имеют одинаковую высокую степень диссоциации: 1, или 100 %. Слабые же кислоты отличаются друг от друга степенью диссоциации, и поэтому их растворы имеют разные значения pH, увеличивающиеся по мере ослабевания свойств кислоты. Сильнощелочные растворы характеризуются значениями pH от 11 до 14, слабощелочные – от 7 до 11. Существует несколько способов измерения значения pH в водных растворах. Если мы хотим получить приблизительный результат, нужно воспользоваться специальными индикаторами. Для получения более точного результата можно использовать прибор pH-метр. Также можно аналитически вычислить значение pH с помощью кислотно-основного титрования. Кислотно-основные индикаторы – это органические вещества-красители, которые в разных средах имеют разную окраску. Наиболее известные индикаторы: лакмус, метиловый оранжевый (метилоранж) и фенолфталеин. В нейтральной среде лакмус будет фиолетовым, в щелочной среде – синим, в кислотной – красным. Метилоранж в нейтральной среде будет оранжевым, в щелочной среде окрасится в желтый цвет, в кислотной среде – в красно-розовый. С помощью фенолфталеина можно распознать только щелочную среду, в которой он окрасится в малиновый цвет. Существуют и многие другие индикаторы: бромкрезоловый зеленый, бромкрезоловый пурпурный, бромтимоловый голубой, бромфеноловый голубой, крезоловый красный, метиловый красный, тимоловый голубой, феноловый красный. Еще одним часто употребляемым индикатором является универсальный индикатор, представляющий собой смесь из нескольких индикаторов. С помощью него можно определить значение pH раствора с точностью примерно 0,2. Чтобы определить кислотность исследуемого раствора, небольшое его количество наносят на индикаторную бумагу. Значение pH определяют, сравнивая цвет бумаги со шкалой. Измерение значения водородного показателя с использованием специального прибора pH-метра позволяет получить более точные результаты – с точностью до 0,01. В основе работы pH метра лежит измерение электродвижущей силы среды (величина, характеризующая работу сил в системе, содержащей электрический ток) с помощью специальных электродов. Третий метод измерения pH – кислотно-основное титрование – тоже дает очень точные результаты. Раствор, концентрация которого известна (титрант) по каплям добавляется к исследуемому раствору. «Титрантами служат обычно растворы сильных кислот и оснований» [1, с. 354]. Момент, когда протекающая химическая реакция между ними завершается, фиксируется с помощью индикатора. Далее, используя известные данные о титранте (объем и концентрация), можно вычислить кислотность раствора.3 ________________________________________________________________________________ 3 Методы измерения pH описаны на основе литературного источника [1]. Параграф 2. Значение воды для организма человека.1 «Здоро вье - состояние любого живого организма, при котором он в целом и все его органы способны полностью выполнять свои функции» [4, с. 28]. Здоровье человека определяется комплексом биологических и социальных факторов. К таким факторам относятся генетические факторы, состояние окружающей среды, медицинское обеспечение. Немаловажную роль играет образ жизни человека. Одна из составляющих образа жизни – питание и употребление жидкости, например, воды. Для того чтобы понять, насколько важную роль вода играет в нашем организме, нужно ответить на вопрос «Зачем мы пьем?». Все биохимические процессы, проходящие в организме человека - это химические реакции в водном растворе. В юном возрасте организм человека насыщен водой, ведь чем моложе организм, тем больше удельный вес воды в его составе. Таблица 1. Содержание воды в организме человека в различные периоды жизни: Возраст человека Содержание воды, % 4-месячный плод 93% 7-месячный плод 85% Новорожденный 80% Ребенок 75% Взрослый 70% Пожилой человек 60% К старости клетки теряют влагу, водные ресурсы межклеточной жидкости истощаются. «Мы «высыхаем», «закисляемся» и умираем» [3, с. 3]. Больше всего насыщены водой ткани активно функционирующих органов, то есть ткани головного мозга, печени и т. д. В крови содержится около 81 % воды, в плотных тканях мышц – 75 %. Некоторое количество воды содержат в себе даже кости – 20 %. ________________________________________________________________________________ 1 Глава написана на основе литературного источника [3]. Человеческий организм представляет собой систему сообщающихся сосудов, по которым движутся потоки разнообразных жидкостей, взаимодействующих друг с другом. Все эти жидкости можно разделить на три типа: кровь (5%), внеклеточная жидкость (внеклеточная жидкость и лимфа - 15%), внутриклеточная жидкость (50%). Процесс движения никогда не останавливается. По артериям и венам движется внутрисосудистая жидкость. Слюна, желудочный сок, содержимое кишечника, пот, слезы – все это содержит воду. Ежедневно в организме выделяется 1500 мл слюны, 2500 мл желудочного сока, 700 мл сока желудочной железы, 3000 мл кишечных соков. Движение в межклеточных пространствах непрерывно. Это связано с процессами обмена веществ, протекающими в клетках, то есть с поступлением питательных веществ и удалением отработанных продуктов жизнедеятельности. Как и любая другая жидкость, вода имеет определенные, специфичные свойства и характеристики. «Например, вода – это электролит, который служит проводящей системой для движения жизненной энергии» [3, с. 4]. Если живой водный источник иссякнет хоть на малейшее время, то прекратится движение, а, следовательно, и сама жизнь. Свойства воды особенны, что зависит от растворенных в ней минералов, способных быть носителями электрических зарядов. Процесс пищеварения и усвоения питательных веществ происходит именно в водной среде. Также, вода способствует выведению вредных продуктов жизнедеятельности из организма. Воду в организме человека можно разделить на две группы: свободная (мобильная) вода, которая является основой внеклеточной и внутриклеточной жидкостей, а также вода, которая является частью молекул белков, жиров и углеводов. Однако вред организму может нанести не только недостаток воды, но и ее избыток. Чрезмерное потребление жидкости приводит к перегрузке сердечно-сосудистой системы, вызывает обильное потоотделение, сопровождающееся потерей солей и водорастворимых витаминов, что значительно ослабляет организм. «В процессе эволюции в организме выработался сложный и тонкий механизм, обеспечивающий нормальный водный баланс» [3, с. 5]. Человек очень тяжело переносит недостаток воды, появляется чувство жажды, которое выражается сухостью во рту и глотке. «Основная причина возникновения жажды – нарушение оптимальных соотношений между водой, солями и органическими веществами крови, в результате чего повышается осмотическое давление жидкости организма» [3, с. 5]. Ежедневно каждый взрослый человек должен выпивать 1,5 – 2 л воды. Без воды человек может прожить не более 3-5 дней. Очень важен состав воды, особенно наличие в ней важных природных элементов, например, солей магния, помогающих поддерживать здоровье. Соединения магния предотвращают и лечат раковые заболевания, оказывают благотворное влияние на мышцы, нервы, сосуды. Магний облегчает ход всех жизненных процессов, а недостаток магния их тормозит. Начинать пить воду нужно практически сразу после пробуждения ото сна. Сначала нужно прополоскать горло и зубы, а затем выпить стакан воды. Но сразу после этого завтракать нельзя, нужно обязательно подождать 15-20 минут. После приема пищи необходимо подождать 1,5 – 2 часа, после этого можно пить воду. Непосредственно перед сном пить воду не рекомендуется. Таким образом, мы ответили на вопрос «Зачем и как правильно пить воду?». Практическая часть. Попробуем ответить на вопрос «Что мы пьем?», то есть классифицировать употребляемые нами жидкости. Для того чтобы ответить на поставленный вопрос, среди девятиклассников нашей гимназии был проведен опрос. С помощью него мы узнали, каким напиткам они оказывают предпочтение во время различных приемов пищи. По результатам проведения опроса мною была составлена таблица с вариантами ответов учащихся и количеством голосов за каждый вариант. В опросе участвовало 24 человека. Таблица 2. Результаты опроса. Количество учащихся, назвавших указанные напитки при приеме пищи Завтрак Обед Ужин Перекус Жаркий летний день Чай заварной – 14 Кофе – 9 Апельсиновый сок – 6 Молоко – 2 Горячий шоколад - 1 Сок – 12 Чай – 9 Компот – 3 Лимонад – 1 Вода - 1 Чай – 18 Сок – 5 Молоко – 2 Горячий шоколад – 1 Вода – 1 Газированные напитки - 1 Сок – 8 Молочные продукты – 8 Чай – 5 Кока-кола – 4 Вода - 3 Кофе – 1 Горячий шоколад - 1 Вода (холодная, минеральная) – 11 Холодный чай – 5 Газированные напитки – 4 Апельсиновый сок - 3 Квас – 2 Холодное молоко – 1 Диаграмма 1. Наиболее часто употребляемые напитки на завтрак. Диаграмма 2. Наиболее часто употребляемые напитки на обед. Диаграмма 3. Наиболее часто употребляемые напитки на ужин. Диаграмма 4. Наиболее часто употребляемые напитки на перекус. Диаграмма 5. Наиболее часто употребляемые напитки во время жаркого летнего дня. По результатам опроса были выбраны наиболее популярные напитки. С помощью pH-метра была измерена их кислотность, а по результатам измерений составлена таблица: Таблица 3. pH популярных напитков . Напиток Значение pH Минеральная вода негазированная 6,7 Чай 6,0 Кофе с сахаром 5,2 Кофе без сахара 4,8 Минеральная вода газированная 4,3 Йогурт питьевой 4,3 Чай бутилированный «Нести» 3,4 Сок пакетированный 3,1 Спрайт 2,8 Фанта 2,7 Кока-кола 2,5 Большинство напитков, которым отдается предпочтение, имеют слабокислотную или даже сильнокислотную среду. В таких напитках содержится значительное количество ионов гидроксония (H3 O+ ). При регулярном употреблении таких напитков мы непременно нарушим кислотно-щелочной баланс внутренней среды организма. Чтобы понизить уровень кислых веществ, организм будет постепенно разрушать сам себя, принося в жертву скелет, из костей будут вымываться важные соединения кальция и магния, нейтрализующие кислоты. Особенно вредны популярные в настоящее время газированные напитки («Спрайт», «Кока-кола», «Фанта»). Наиболее подходящими вариантами для удовлетворения жажды являются минеральная вода (без газа), а также чай и кофе с сахаром. Заключение. К сожалению, на практике подтверждается тот факт, что большинство потребляемых нами напитков обладает повышенной кислотностью. Люди разучились пить простую воду, и в очень редких случаях предпочитают ее различным консервированным, газированным и пастеризованным напиткам. На протяжении долгого времени человечество жило и развивалось, удовлетворяя жажду природной водой. «Внутренние воды организма имеют слабощелочную среду; в природе и в живом организме есть природные регуляторы, ответственные за поддержание этих свойств» [5, с. 42]. В том случае, если бы мы жили в экологически благоприятной местности и употребляли бы природную воду (родниковую или колодезную) вместо магазинных искусственных напитков, а также питались бы правильной пищей (исключили из рациона консервы и полуфабрикаты), то приборы для подщелачивания воды были бы не нужны. в природе все продумано и сбалансировано изначально: в среднем, pH родниковых и колодезных вод близок pH нашей крови (7,4). В наше время ситуация сильно изменилась. Большая часть населения живет в условиях крупных промышленных городов, где водоемы содержат множество вредных и опасных для здоровья веществ: гербициды, пестициды, удобрения, соединения тяжелых металлов, нефтепродукты и др. И зачастую наши город снабжаются водой именно из таких водоемов. По этой причине водопроводную воду из крана нельзя пить без серьезной предварительной очистки. К тому же, такая вода не очень вкусна, поэтому мы стараемся улучшить ее вкусовые качества искусственным путем: делаем ее слаще, подкрашиваем и т. д. Люди потребляют много «бодрящих» напитков – свежеприготовленные кофе, черный и зеленый чай. Человек подсознательно выполняет «незримые желания» организма (употребить напиток повкуснее, прогнать чувство усталости и сонливости) и тянется к ним. Несмотря на то, что искусственно подщелочённая вода не доходит до крови с щелочной реакцией (в желудке она смешивается с желудочным соком и величина ее pH смещается в кислотную область), такая вода уменьшает кислотную нагрузку на организм, а следовательно, помогает ему поддерживать и уравновешивать pH внутренних вод. В свое работе я справилась с поставленной целью, доказала актуальность рассматриваемого мною вопроса, ведь полное невнимание к данной проблеме может привести к серьезным негативным последствиям для нашего здоровья. Несмотря на то, то в общем масштабе данный вопрос не кажется предельно значимым, он может стать сильным толчком к возникновению больших проблем. В работе я рассмотрела понятие водородного показателя, а также способы его измерения, рассказала о значении воды для организма человека, провела практическое исследование, которое подтвердило гипотезу о том, что предпочтение в современном обществе отдается неполезным с точки зрения кислотности напиткам. В заключительном этапе мною также было рассмотрено влияние кислотности на здоровье человека. Надеюсь, что данная работа раскроет сущность рассматриваемой проблемы, сделает понятие водородного показателя более понятным, покажет его влияние на наше здоровье и поможет человеку, ознакомившемуся с ом, задуматься над этим вопросом и попробовать изменить что-то в своей жизни в лучшую сторону. Список литературы. 1. Бейтс Р., Определение рН. Теория и практика, пер. 2 изд., Перевод с английского под редакцией акад. Б. П. Никольского и проф. М. М. Шульца. «Химия». Л., 1972 – с.354-358 2. Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А., Лунин В.В. Химия. 9 кл.: Учеб для общеобразоват. учреждений; Под ред. Н.Е. Кузьменко, В. В. Лунина. – М.: ООО «Издательство Оникс» : ООО «Издательство «Мир и образование», 2006. – с. 64-67. 3. Никитина Т. Вода, которая исцеляет – М.: АСТ; СПб.: Астрель-СПб, 2007. – с. 3-5. 4. Психология здоровья: новое научное направление // Психология здоровья / под редакцией Г.С. Никифорова. — СПб.: Питер, 2003. — С. 28-30. — 607 с. — (Учебник для вузов). 5. Скурихин И. М., Шатерников В. А. Как правильно питаться. - М.: Агропромиздат, 1986. 6. Шакирова Я., Кирова С. М., Панова А. Г. Кислотная нагрузка - новая характеристика пищевых продуктов. // Химия. Учебно-методическая газета для учителей химии и естествознания - 2011 - № 11 - с. 41-45.