Исследования в университете Рима «Ла Сапиенца»

Университет Рима «Ла Сапиенца»
Департамент Химии
Доклад Профессора Джузеппе Д’Ашенцо

Перевод с итальянского

Вода Фьюджи – СО₂

Перегнойный материал имеет макромолекулярный состав естественного происхождения, имеющий довольно сложную структуру, богатую функциональными группами, связанными с ароматическими кольцами и алифатическими цепями.

Такой материал, молекулярный вес которого варьируется между 500 и 30000 дальтонов, происходит в результате химических реакций конденсации, полимеризации, окисления, восстановления молекул с относительно низким молекулярным весом, которые, в свою очередь, происходят от разложения биополимеров, таких как протеин, углеводы, лигнин и т.д.

Перегнойный материал представляет собой неоднородное семейство естественных органических молекул, которые представлены во всех водах и классифицированы на основании их растворимости:

• Фулвиковые кислоты, растворимые в воде при всех значениях рН
• Гуминовые кислоты, нерастворимые в воде при низких значениях рН – (рН < 2)
• Перегной, фракция, нерастворимая в водной среде.

Каждое семейство состоит из множества специфических молекул.

Размеры, молекулярный вес, состав элементов, структура отдельных молекул, число и положение функциональных групп, содержащих кислород и азот, меняются в зависимости от происхождения, возраста и экосистемы, в которой имеют место реакции, дающие начало перегнойному материалу.

Водный перегнойный материал является в данном случае предметом особого интереса, по причине своей способности приводить ионы металлов в движение. Эта характеристика связана со способностью самих металлов к образованию комплексов.

Такая способность неодинакова для всех молекул перегноя, а меняется в зависимости от их структуры и функциональных групп, присутствующих в специфической молекуле, и в зависимости от природы металла.

В связи с этим, минеральные воды, используемые в терапевтических целях, могут быть дифференцированы и охарактеризованы по присутствию этого класса соединений в зависимости от их природы и концентрации.

В воде Фьюджи очевидно присутствие фулвиковой кислоты, которая характеризуется молекулярным весом, превышающим 500 дальтонов, преимущественно относящаяся к алифатическим кислотам, в которой присутствуют:

• Эфирные группы – СН₂О – с шестью атомами углерода
• Карбоксильные группы – СООН.

Эти группы отвечают за комплексообразующую способность данной молекулы по отношению к ионам металлов и, в особенности, к иону кальция.

Двуокись углерода СО₂ не обладает химическими свойствами непосредственной интеграции ни с молекулой рассматриваемой фулвиковой кислоты, ни с отдельными функциональными группами самой молекулы, и с точки зрения химической активности на уровне органической молекулы это инертный газ.

Двуокись углерода реагирует с водой посредством реакции:

• СО₂ + Н₂О <—> Н₂СО₃

Образовавшаяся угольная кислота дает два равновесных соединения с водой:

• Н₂СО₃ + Н₂О <—> Н₂О + НСО₃
• Н₂СО₃ + Н₂О <—> Н₂О⁺ + СО₃^2-

Из растворимости СО₂ в воде при температуре окружающей среды и атмосферном давлении делаем вывод, что насыщенный раствор составляет примерно 0,03 моль.

Из констант стабильности соединений в двух описанных выше равновесиях, соответственно, имеем:

• рК_а,1 = 6,38 и рК_а,2 = 10,32,

откуда следует, что количество СО₂, которое действительно реагирует с водой и превращается в угольную кислоту Н₂СО₃, равно 0,3%, тогда как двуокись углерода, которая остается как таковая в растворе, составляет 99,7%.

Из изложенного выше материала выводится причина, по которой изменение рН раствора от добавления двуокиси углерода становится таким уменьшенным.

Изменение рН, а не присутствие двуокиси углерода само по себе, должно быть параметром, который следует принять в рассмотрение при оценке того, может ли добавление СО₂ определить модификации химико-физических характеристик и, следовательно, терапевтических характеристик воды.

Как уже сказано ранее, фулвиковые кислоты растворимы в кислой среде, поэтому изменение рН по отношению к кислотности не влияет на их растворимость и не изменяет при осаждении концентрацию фулвиковой кислоты в растворе.

Двуокись углерода также, как угольная кислота Н₂СО₃, ионы бикарбоната НСО₃^- и ионы карбоната СО₃^2-, которые появляются в результате взаимодействия СО₂ с водой, как описано в приведенных равновесиях, не взаимодействуют химически с молекулой фулвиковой кислоты. Если требуется проанализировать эффект изменения рН на протоны карбоксильных групп, присутствующие в молекуле фулвиковой кислоты, принимая во внимание, что эфирные группы абсолютно неинтересны, учитывая константы протонов этих молекул, как они приведены в литературе, то увидим, что термодинамическим эффектом можно пренебречь и он абсолютно не влияет на способность взаимодействия фулвиковой кислоты с ионами кальция. Поэтому добавление СО₂ не влияет на химико-физических характеристики рассматриваемой молекулы и, следовательно, на терапевтические свойства воды.

Рассматривая неорганический компонент минеральной воды, анионы и катионы, посредством многовариантных статистических анализов было продемонстрировано, что этот компонент является неэффективным по отношению к характеристикам воды, за исключением крупных семейств.

Как бы то ни было, анализируя эффект добавки СО₂ к минеральной воде, видим, что ионы металлов семейства щелочных и щелочноземельных, какими являются Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Si²⁺, Ba²⁺ не отражаются по причине их очень низкой химического сродства на протоны Н⁺.

Увеличение кислотности, которое является следствием увеличения Н⁺, не производит поэтому эффекта на химико-физическую ситуацию этих ионов. В случае ионов металлов переходной группы, увеличение концентрации протонов стабилизирует ионную форму в растворе, уменьшая явления гидролиза, в частном проверяемом случае изменение рН таким образом уменьшенного не влияет на гидролитическое равновесие.

В случае анионов, относящихся к семье галогенов, на пример F^-, Cl^- не взаимодействуют с протоном по причине очень низкой химического сродства для него и не отражаются на изменении рН.

Ионы SO₄^2- и NO₃^-, поскольку являются основаниями, сопрягаемыми с сильными кислотами, не имеют химического сродства для протона и не отражаются на изменении рН, введенного добавлением СО₂.

Равновесия, относящиеся к ионам карбоната СО₃^2- и бикарбоната НСО₃^-, могут отражаться на изменении рН, введенного добавлением СО₂. Увеличение концентрации протона слегка перемещает в воде равновесие в сторону образования Н₂СО₃. Поэтому необходимо учесть, что слегка окисленный рН способствует растворению отложений оксалата кальция, поскольку протон соперничает с ионом кальция по отношению к иону оксалата посредством равновесия:

• СаС₂О₄ + 2Н+ <—> Н₂С₂О₄ + Са²⁺

с образование щавелевой кислоты и растворимого иона кальция.

Поведение Министерства Здравоохранения Италии как официального учреждения, которое не требует новых анализов по причине добавления СО₂, подкрепляет сказанное выше.