Окислительно-восстановительные реакции – это главные процессы, которые поддерживают жизнедеятельность каждого организма. Иначе говоря, эти реакции всегда связаны с прикреплением или передачей электронов. Когда осуществляется восстановительный или окислительный процесс, то электрический ресурс вещества видоизменяется: одно вещество отдает электроны, получает положительный заряд и окисляется, а второе, соответственно получает электроны, отрицательно заряжается и восстанавливается. В результате получается разность потенциалов между веществами или окислительно-восстановительный потенциал (Eh). ОВП, который также называют редокс-потенциалом (redox — Reduction/Oxidation) считается своеобразным рубежом химической активности элементов (соединений) в обратимых химических реакциях, имеющих отношение к изменению заряда ионов в растворах.

Окислительно-восстановительный потенциал воды является степенью ее кислотных или щелочных свойств. В том случае, если потенциал окисления/восстановления имеет положительный статус, то вода присоединяет электроны тех веществ, которые окисляет. При отрицательном ОВП она наоборот отдает электроны, то есть восстанавливает.

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы выражают в милливольтах и обозначают как Eh. «Взаимоотношения» веществ-окислителей и компонентов-восстановителей устанавливаются индексом ОВП, зависящим от такого соотношения. Кислород относится к самым сильным окислителям, а наибольший эффект восстановления оказывает водород, правда данные элементы не единственные участники реакций окисления и восстановления. Значения окислительно-восстановительных потенциалов для каждой отдельной реакции могут быть положительными и отрицательными. ОВП взаимосвязан с уровнем активности ионов водорода, который выражает количество его кислотности и зависит от температуры.

Измерение окислительно восстановительного потенциала воды подразумевает использование специального приспособления — редокс-метра (ОВП-метра). Это устройство отличается небольшими габаритами, быстро функционирует и имеет достаточно демократичную стоимость, что позволяет быстро и удобно рассчитать окислительно восстановительный потенциал. При помощи редокс-метра можно оперативно выяснить число милливольт (мВ), которые были использованы для отсоединения от исследуемой жидкости. Чем больше была восстановлена вода, тем меньше она сопротивляется отдаче электронов, а это уменьшает значение потенциала. ОВП воды активнее сдвигается в положительную сторону, если для осуществления реакции применяют разнообразные типы структуризаторов. Они могут быть абсолютно натуральными (кварц, живица хвойных растений) или целиком «синтетическими» (к примеру, матричными).

Влияние окислительно-восстановительного потенциала питьевой воды на здоровье

Природная вода может иметь потенциалы окислительно-восстановительных реакций положительного характера или отрицательного значения. Значение редокс-потенциала варьируется отминус 400 милливольт до плюс 700 милливольт. Положительная величина окислительно-восстановительного потенциала способствует тому, что качества воды становятся окислительными. Подобные значения чаще всего присущи в водах на поверхности.

Когда вода обладает сильными кислотными качествами, то ее принято называть «мертвой».

Показатели ОВП такой жидкости иногда зашкаливают (доплюс 800-1000 милливольт). «Мертвая» вода – это очень сильный окислитель, что объясняет ее бактерицидные и дезинфицирующие особенности. Зачастую, ее применяют в целебной и профилактической областях (лечение и профилактика простудных болезней, гриппа, ангины и тому подобного). Положительный окислительно-восстановительный потенциал среды приносит немалую пользу организму в целом: понижается кровяное давление, успокаивает ЦНС, значительно улучшает сон, минимизирует боли в суставах, устраняет пародонтоз, избавляет от зубного камня и кровотечений в ротовой полости, лечит кишечные расстройства.

Если потенциал окислительно-восстановительного электрода отрицательный, то вода приобретает восстановительные качества (это свойственно талой воде, подземным источникам и так далее). Вода с «минусовым» редокс-потенциалом называется «живой» или щелочной. Она прекрасно тонизирует организм, считается стимулятором, кладезем бодрости и энергии. «Живая» вода имеет множество преимуществ: активизирует восстановление клеток, нормализует давление, существенно улучшает обмен веществ, залечивает ожоги, раны, язвы (в том числе 12-перстной кишки и желудка), пролежни. Вдобавок к этому, она используется для предупреждения и лечения полиартрита, остеохондроза, аденомы простаты, атеросклероза.

Прибор для расчёта окислительно-восстановительного потенциала показывает, что обычно редокс-потенциал человеческого организма составляет от минус 90 до минус 200 милливольт. Питьевая вода в большинстве случаев имеет ОВП намного выше нуля:

• вода из под крана от +80 до +300 милливольт;
• вода из пластиковой тары от 100 до 300 «плюсовых» мВ;
• родниковая вода от +120 до +300 милливольт.

Природная вода с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом практически не встречается, это очень редкое явление. Что это значит? В процессе употребления обычной питьевой воды электроны человеческого организма ведут себя значительно активнее, чем ее электроны. Другими словами, такая разновидность воды «крадет» свободные электроны из организма, выступая в роли оксиданта. Применение такой воды для питья приводит к появлению хронических заболеваний, преждевременному старению.

Но, отрицательный окислительно восстановительный потенциал системы(воды) напротив подзаряжает клетки и органы большим количеством энергии. Электроэнергия мембран клеток организма не тратится на исправление активности водных электронов, поэтому жидкость моментально усваивается. Можно смело утверждать, что наилучшим антиоксидантом является питьевая вода с «минусовым» редокс-потенциалом. Учеными было доказано, что постоянное употребление воды с отрицательным ОВП омолаживает организм и даже продляет годы жизни. Учитывая информацию, опубликованную выше, желательно использовать ОВП-метр, чтобы знать, как изменится окислительно восстановительный потенциал под влиянием различных факторов и каким образом это отразиться на здоровье.

Нередко можно встретить заявления по поводу того, что какое-то вещество относится к сильнейшим антиоксидантам. Такая панацея существует — устройство под названием БСЛ-МЕД-1. Питьевая вода, прошедшая электрохимическую обработку этим водоочистительным прибором становится идеально чистой и приобретает свойства мощного антиоксиданта.

Три состояния воды

Вода - одно из самых распространенных на Земле химических соединений. Она окружает нас повсеместно, даже природные явления, ежедневно наблюдаемые нами - облачность, туман, дождь, снег - всего лишь различные состояния воды жидкое, газообразное и твердое. Ведь облако - это не что иное, как скопление множества мельчайших капель воды или кристалликов льда, которые выпадают в виде осадков - дождя (жидкое состояние воды) или снега (твердое состояние воды). Если рассмотреть снежинку под микроскопом, то можно заметить, что это прекрасное природное произведение искусства создано из очень маленьких ледяных кристаллов. Газообразное состояние воды принято называть паром. В природе понятие влажности воздуха подразумевает содержание количества водяных паров в воздухе (большое содержание паров - повышенная влажность воздуха). При температуре 0°С и ниже и нормальном атмосферном давлении вода переходит в твердое состояние - лед. Лед очень плохо поддается сжиманию, а плотность льда, за счет его молекулярного строения меньше плотности воды, поэтому лед находится на поверхности воды и при температуре 0°С всегда выступает из нее на 1/5 своего объема.

Окислительно-восстановительный потенциал воды

Учеными установлено, что процесс жизнедеятельности человеческого организма - это совокупность окислительно-восстановительных реакций. Под окислительно-восстановительными реакциями в химии понимают процесс отдачи электронов окисляемого вещества и присоединения их восстанавливаемым. При этом электрические потенциалы и того и другого вещества изменяются: вещество, которое окисляется, отдает свои электроны и приобретает положительный заряд; вещество, которое восстанавливается, присоединяет электроны, получая отрицательный заряд. Разность электрических потенциалов между этими двумя веществами получила название окислительно-восстановительного потенциала (сокращенно ОВП). Иными словами, окислительно-восстановительный потенциал - мера химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, которые связаны с изменением зарядов ионов в растворах. ОВП также известен под названием редокс-потенциал, так как на английском языке обозначается как Reduction/Oxidation, обозначается латинскими буквами Eh и имеет размерность милливольт (мВ).

Итак, окислительно-восстановительный потенциал показывает, насколько активно отдаются электроны одного химического вещества и присоединяются другим. Значение ОВП любого химического соединения тем больше, чем больше концентрация компонентов, отдающих свои электроны, по отношению к концентрации компонентов принимающих эти электроны. При проведении специальных измерений, было установлено, что кислород, является самым активным восстановителем и имеет высокий электрический потенциал, а водород - напротив, обладает низким электрическим потенциалом и является ярким представителем элементов с большой восстановительной способностью. Как мы уже знаем, вода - сложное химическое соединение, состоящее из атомов водорода и кислорода, а также других химических элементов, содержащихся в воде в виде примесей. Все эти примеси также обладают различными электрическими потенциалами и выступают менее активными окислителями либо восстановителями. Значение ОВП природной воды находится в пределах от -400 до +700 мВ, такой разбег показаний объясняется наличием в воде различных окислительно-восстановительных реакций. Значение показателя ОВП в некоторой степени характеризует химический состав воды. Значение окислительно-восстановительного потенциала веществ часто используется в биохимии, где оно выражается в условных единицах rH (от английского reduction Hydrogenii). Для перевода единиц rH в милливольты разработана формула Нернста:

rH=(Еh+200)/30+2pH,

где Еh - окислительно-восстановительный потенциал, мВ; рН - показатель кислотно-щелочного равновесия.

Также вычислить значение rH можно, используя специальную диаграмму:

В этой диаграмме значение 0 имеет чистый водород, а значение 42 имеет чистый кислород, соответственно 28 соответствует нормальной среде. Показатели и окислительно-восстановительного потенциала зависят друг от друга: чем выше значение rH, тем ниже показатель рН , то есть при окислении показатель кислотно-щелочного равновесия уменьшается, а при восстановлении, напротив, увеличивается.

В результате окислительно-восстановительных реакций, которые постоянно протекают в организме человека, высвобождается энергия, которая впоследствии используется для поддержания гомеостаза. Гомеостаз (в переводе с древне греческого гомео означает одинаковый, подобный, а стаз - состояние) - это способность организма сохранять относительное динамическое постоянство своего внутреннего состояния путем проведения скоординированных реакций. Другими словами, энергия, полученная в ходе окислительно-восстановительных реакций, расходуется для обеспечения процессов жизнедеятельности организма человека, а также для регенерации его клеток.

Учеными была проведена серия экспериментов, направленная на установление величины окислительно-восстановительного потенциала человеческого организма. Для измерения был использован платиновый электрод, а для сравнения взяли хлорсеребряный электрон. В ходе эксперимента было выяснено, что в нормальном состоянии Окислительно-восстановительный потенциал человека колеблется от -100 до -200 милливольт. Таким же способом был измерен и окислительно-восстановительный потенциал употребляемой нами питьевой воды, при это было выявлено, что вода, напротив, всегда имеет положительный ОВП в пределах значений от +100мВ до +400 мВ. При чем не имеет значения, какая вода используется для питья или в пищу: водопроводная, купленная в магазинах в бутылках, очищенная при помощи различных фильтров, или с использованием установок обратного осмоса. То есть, проведенные измерения ОВП человека и воды, позволяют сделать вывод, что активность электронов питьевой воды значительно уступает активности электронов человеческого организма. От активности присутствующих в человеческом организме электронов зависят все процессы обеспечивающие его жизнедеятельность. Известно, что все имеющие биологическое значение системы, которые отвечают за накопление и потребление энергии, репликацию и передачу различных наследственных признаков, а также системы организма, вырабатывающие различные ферменты, содержат определенные молекулярные структуры с разделенными зарядами, между которыми образуется напряженность электрического поля в пределах 104-106 В/см. Эти поля определяют передачу зарядов в биологических системах, что в свою очередь обуславливает осуществления выбора и автоконтроля на некоторых стадиях сложнейших биохимических превращений. Активность электронов, которую и выражает окислительно-восстановительный потенциал, оказывает большое влияние на функциональные свойства электроактивных компонентов биологических систем.

Из-за разности ОВП человеческого организма и питьевой воды, при попадании воды в ткани и клетки организма, происходит окислительная реакция, в результате которой клетки изнашиваются и разрушаются. Можно ли уменьшить или замедлить такое клеточное разрушение организма человека? Это возможно, при условии, что вода, которая поступает в организм, будет иметь свойства внутренней среды, а именно окислительно-восстановительный потенциал воды должен иметь значения соответствующие значениям ОВП человеческого организма. Чем больше разность ОВП человека и воды, тем больше требуется затрат клеточной энергии для достижения соответствия воды и внутренней среды организма. При условии, что ОВП питьевой воды соответствует Окислительно-восстановительный потенциал внутренней среды человека, вода усваивается клетками организма без использования электрической энергии мембран клеток. В случае, если окислительно-восстановительные потенциал воды имеет большее отрицательное значение, нежели ОВП внутренней среды человека, то при ее усвоении выделяется энергия, расходуемая клетками в качестве энергетического запаса антиоксидантной защиты, которая является основным щитом организма от отрицательного влияния, которое оказывает на него окружающая внешняя среда.

Интенсивность присоединения или отдачи электронов различными ионами измеряется окислительно-восстановительным редокс-потенциалом (ОВП).

Редокс-потенциал определяют электрохимическими методами. Чем больше редокс-потенциал данного вещества, тем интенсивнее окисляющее действие, а чем меньше потенциал, тем интенсивнее восстанавливающее действие данного вещества.

При погружении электрода в раствор окислителя или восстановителя он отдает или принимает электроны. Электрод будет заряжаться положительно или отрицательно до определенно потенциала, уравновешивающего стремление электронов к перераспределению, причем положительный заряд электрода становится тем выше, чем сильнее окислительные свойства раствора. Потенциал, до которого заряжается электрод при погружении его в данный раствор, является мерой окислительной активности последнего. Его называют электродным окислительным потенциалом раствора (ЭП).

Обычно раствор содержит окислитель и восстановитель. Чем сильнее указанный окислитель в паре, тем должен быть слабее восстановитель, и наоборот.

Напишем уравнение реакции окисления иодид – ионов ионами Fe 3+ в сокращенном ионном виде:

2Fe 3+ +2I - =2Fe 2+ +I 2

Окислительно-восстановительные пары в этой реакции составляют:

1-ая: Fe 3+ (окисленная форма) – Fe 2+ (восстановленная форма)

Окислитель 1 Восстановитель 1

2-ая: I 2 (окисленная форма) – I - (восстановленная форма)

Окислитель 2 Восстановитель 2

При обозначениях окислительно-восстановительных пар слева указывают окислитель. Приведем еще несколько окислительно-восстановительных пар: Cl 2 /Cl - , Br 2 /Br - , I 2 /I - , Fe 3+ /Fe 2+ , SO 4 2- /So 3 2- и др.

Значение окислительно-восстановительного потенциала зависит от природы окислителя и восстановителя, от их концентраций и температуры. Зависимость окислительно-восстановительного потенциала от различных факторов выражается уравнением В. Нернста, выведенным на основе законов термодинамики:

φ = φ 0 +RT ln [Ок] ,

nF [Восст]

где φ 0 - стандартный электродный потенциал при активности (концентрации ионов), равной единице.

R- газовая постоянная, равная 8, 313 Дж/моль∙К,

Т- абсолютная температура, К;

n- число электронов (отдаваемых или присоединяемых);

F-число Фарадея (96500 Кл).

Для расчета удобно пользоваться упрощенной формулой при Т=298К, которая получается после подстановки численных значений констант и перехода к десятичным логарифмам уравнение принимает вид:

Абсолютное значение электродного потенциала определить нельзя!

На практике применяют величину относительного потенциала другого электрода, принятого за стандарт. Последний называется электродом сравнения. Электрод с неизвестным потенциалом называется электродом измерения, или индикаторным электродом. В качестве электрода сравнения используют стандартный водородный электрод, потенциал которого принят за нуль.

Стандартный водородный электрод представляет собой платиновую пластинку, покрытую порошком Pt, которая опущена в раствор соляной кислоты или серной с активностью ионов H + , равной 1моль/л и омывается током водорода при давлении 101,3 кПа.

Если расположить металлы в порядке возрастания значений их стандартных потенциалов, то получается электрохимический ряд напряжений или ряд стандартных ЭП.

Правило определения знака ЭП: если в паре со стандартным водородным электродом на электроде идет реакция окисления, ЭП имеет знак «минус», если реакция восстановления – знак «плюс».

Чтобы определить стандартный потенциал какой-либо данной пары, например, Fe 3+ /Fe 2+ , ее комбинируют со стандартным водородным электродом в гальванический элемент (ГЭ). ГЭ – это устройство, в котором энергия химической реакции преобразуется в электрическую. Он состоит из двух полуэлементов или электродов и может быть химическим и концентрационным. В основе работы химического ГЭ лежит окислительно-восстановительная реакция. На электродах при этом происходят следующие реакции:

2Fe 3+ +2ē↔2Fe 2+

Э.д.с. оказывается равной 0,77В. Так как она представляет собой и разность стандартных потенциалов, то:

Е= φ 0 Fe 3+/ Fe 2+ - φ 0 2Н+/Н2 =0,77В.

Так как стандартный водородный потенциал принят равным нулю, то =0,77 В

Для учета эффекта кислотности среды, т.е. для характеристики окислительно-восстановительной системы в конкретных условиях, используют понятие реального стандартного потенциала φ 0´ . При этом исходные концентрации окисленной и восстановленной форм потенциалопределяющих ионов полагают равным 1 моль/л (концентрации всех прочих компонентов данного раствора считают зафиксированными). Реальный стандартный потенциал системы в зависимости от кислотности может изменяться в широком диапазоне в соответствии с формулой:

Чем выше концентрация ионов водорода в растворе (ниже значение рН), тем более высок реальный стандартный потенциал, т.е. тем большей окислительной способностью обладает окисленная форма. Реальным стандартным потенциалом можно пользоваться только при том значении рН раствора, при котором он вычислен.

Изменяя рН можно увеличить или уменьшить окислительно-восстановительный потенциал. Кроме того, изменяя рН, можно изменить направление окислительно-восстановительной реакции.

Значения стандартных электродных потенциалов, измеренных относительно стандартного водородного электрода, приведены в справочной литературе. Однако по величине стандартных электродных потенциалов можно лишь качественно оценить направление окислительно-восстановительных реакций.

Пример. Отрицательный знак электродного потенциала цинкаB означает, что равновесие в реакции Zn 2+ +H 2 ↔Zn+2H + смещено влево.

Количественная оценка направления окислительно-восстановительных реакций осуществляется по константе равновесия (чем больше константа равновесия, тем полнее идет химическое взаимодействие), определяемой по уравнению:

где n- число электронов, переходящих от восстановителю к окислителю.

Из последней формулы видно, что чем больше разность стандартных потенциалов сопряженных пар окислителя и восстановителя, тем больше константа равновесия.

Что такое ОВП воды?

Основными процессами, обеспечивающими жизнедеятельность любого живого организма, являются окислительно- восстановительные реакции, т.е. реакции, связанные с передачей или присоединением электронов. Энергия, выделяемая в ходе этих реакций, расходуется на поддержание гомеостаза (жизнедеятельности организма) и регенерацию клеток организма, т.е. на обеспечение процессов жизнедеятельности организма.

Одним из наиболее значимых факторов регулирования параметров окислительно- восстановительных реакций, протекающих в любой жидкой среде, является активность электронов или, иначе, окислительно- восстановительный потенциал (ОВП) этой среды. В норме ОВП внутренней среды организма человека (измеренный на платиновом электроде относительно хлорсеребряного электрода сравнения) обычно находится в пределах от минус 100 до минус 200 милливольт (мВ), то есть внутренние среды человеческого организма находятся в восстановленном состоянии. ОВП обычной питьевой воды (вода из под крана, питьевая вода в бутылках и пр.), измеренный таким же способом, практически всегда больше нуля и обычно находится в пределах от +200 до +300 mV.

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. 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.

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. 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. Разбалансировка механизмов регуляции окислительно- восстановительных процессов, происходящих в человеческом организме, рассматривается учеными как важнейшая причина возникновения многих болезней человека.

Когда обычная питьевая вода проникает в ткани человеческого (или иного) организма, она отнимает электроны от клеток и тканей, которые состоят из воды на 70- 80 %. В результате этого биологические структуры организма (клеточные мембраны, органоиды клеток, нуклеиновые кислоты и другие) подвергаются окислительному разрушению. Так организм изнашивается, стареет, жизненно- важные органы теряют свою функцию. Но эти негативные процессы могут быть замедлены, если в организм с питьем и пищей поступает вода, обладающая свойствами внутренней среды организма, т.е. обладающая защитными восстановительными свойствами. Это подтверждается многочисленными исследованиями в специализированных научных центрах в России и за рубежом.

Для того, чтобы организм оптимальным образом использовал в обменных процессах питьевую воду с положительным значением окислительно- восстановительного потенциала, ее ОВП должен соответствовать значению ОВП внутренней среды организма. Необходимое изменение ОВП воды в организме происходит за счет затраты электрической энергии клеточных мембран, т.е. энергии самого высокого уровня, энергии, которая фактически является конечным продуктом биохимической цепи трансформации питательных веществ. 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 (именно таким потенциалом обладает напиток «Ваше здоровье»), то она подпитывает его этой энергией, которая используется клетками как энергетический резерв антиоксидантной защиты организма от неблагоприятного влияния внешней среды.

В течение жизни человек подвергается воздействию различных вредных внешних факторов – плохая экология, неправильное и зачастую некачественное питание, употребление некачественной питьевой воды, стрессовые ситуации, курение, злоупотребление алкоголем, употребление лекарственных препаратов, болезни и многое другое. Все эти факторы способствуют разрушению окислительно- восстановительной системы регуляции организма, в результате чего процессы окисления начинают преобладать над процессами восстановления, защитные силы организма и функции жизненно важных органов человека начинают ослабевать и уже не в состоянии самостоятельно противостоять различного рода заболеваниям. Замедлить преобладание окислительных процессов над восстановительными процессами возможно с помощью антиокислителей (антиоксидантов). Нормализовать баланс окислительно- восстановительной системы регуляции (с тем, чтобы укрепить защитные силы организма и функции жизненно важных органов человека и позволить организму самостоятельно противостоять различного рода заболеваниям) возможно с помощью антиоксидантов. Чем сильнее антиоксидант, тем более ощутим его противоокислительный эффект.