Voda a vzduch v souvislostech

Voda je sloučenina vodíku a kyslíku. Popisuje se vzorcem \mathrm{H_2O}, každá její molekula obsahuje dva atomy vodíku (\mathrm{H}) a jeden atom kyslíku (\mathrm{O}). Na Zemi se voda vyskytuje ve třech skupenstvích (pevné – led, kapalná voda, plynné – vodní pára).

Fyzikální vlastnosti vody

Kapalná voda má při 20 °C hustotu 0,998 g/cm³. Běžný led má hustotu asi 0,917 g/cm³, což je méně než u kapalné vody (led tedy plave na její hladině). Největší hustotu (prakticky 1 g/cm³) má kapalná voda při 3,95 °C, voda o této teplotě tedy např. v zimě klesá ke dnu a umožňuje přežití organizmů ve vodních tělesech (jezerech, rybnících aj.).

Teplota tání vody za standardního tlaku je 0 °C, teplota varu 100 °C (při varu se voda vypařuje v celém svém objemu). Teplota varu se s klesajícím tlakem (např. při výstupu do vyšších nadmořských výšek) snižuje. Led může sublimovat (přecházet rovnou do plynného skupenství), kapalná voda se ze svého povrchu vypařuje i při teplotě nižší, než je teplota varu.

Voda v živých organizmech

Voda je klíčové rozpouštědlo pro pozemský život. V živých organizmech tvoří prostředí buněk, podílí se na transportu látek či tvoří prostředí pro funkci enzymů.

Koloběh vody v přírodě

Kondenzace (kapalnění) vodní páry v atmosféře vede ke vzniku oblačnosti a srážek (např. deště, krup, sněhu, mlhy). Voda, která se dostane na povrch, se opět vypařuje, prosakuje do země nebo je vodními toky vedena do moří a oceánů.

Voda v mořích a oceánech obsahuje rozpuštěné soli, které původně byly přítomné v horninách. Při odpařování slané vody se odpařuje jen voda (\mathrm{H_2O}) bez solí, oblaky tedy sestávají ze sladké vody.

Podzemní voda vyplňuje dutiny a pukliny v horninách. Vzhledem k tomuto těsnému kontaktu je u ní vyšší pravděpodobnost mineralizace a např. nasycení oxidem uhličitým.

Voda a rozpuštěné minerální látky

Voda se v přírodě nevyskytuje chemicky čistá, obsahuje určité množství rozpuštěných minerálních látek (solí).

Tvrdá voda obsahuje větší množství rozpuštěných minerálních látek (zejména \mathrm{CaO} a \mathrm{MgO}), měkká voda méně. Většina vody na Zemi (asi 97 %) je slaná. Množství rozpuštěných solí ve vodě (zvláště mořské) se označuje jako salinita.

Destilovaná voda je destilací (vypařením a kondenzací) zbavená minerálních látek.

Voda se využívá k přímé konzumaci (pití), při výrobě potravin, v zemědělství, průmyslu či energetice (např. pro chlazení jaderných reaktorů).

Typy vody podle využití

• Pitná voda je vhodná ke konzumaci. Musí splňovat hygienické normy, je zbavená nečistot a mikroorganizmů. Vodovodním řádem v Česku se rozvádí právě pitná voda.
• Užitková voda se používá v průmyslu či zemědělství.
• Využitím a znečištěním pitné či užitkové vody vzniká voda odpadní.

Jako minerální se označuje podzemní voda stálého složení a vlastností, může být do různé míry mineralizovaná.

Úprava pitné vody

K získání pitné vody se používají jak podzemní, tak povrchové vody. Ty je obvykle nutné vyčistit. Obecně stálejší je složení a kvalita podzemních vod, kvalita vod povrchových se může rychleji měnit. Při úpravě pitné vody se používají např. následující procesy:

• usazování v usazovacích nádržích – Odstraňování hrubších částic (kalu).
• čiření – Vlivem přidání chemických činidel probíhá vločkování (flokulace) nečistot, které pak lze snáze odfiltrovat.
• filtrace – Např. přes křemelinu či písek.
• oxidace a dezinfekce – Odstraňuje organické látky, mikroorganizmy i některé anorganické látky. Používají se např. sloučeniny chloru (chlorace), ozon (\mathrm{O_3}, ozonizace) či UV záření.
• provzdušňování – Odstraňuje zapáchající plyny (např. amoniak – \mathrm{NH_3} či sulfan – \mathrm{H_2S}), převádí ionty železa do nerozpustné formy.

V Česku je pitná voda obecně zdravotně nezávadná, má tedy smysl upřednostnit pití kohoutkové vody před vodou balenou.

Vodní kámen

Vodní kámen sestává z krystalizovaných minerálních látek, zejména uhličitanu vápenatého (\mathrm{CaCO_3}). Tvoří se hlavně ve spojitosti s tvrdou vodou, např. ve varných konvicích, na topných tělesech praček, v bojlerech apod. K jeho vyčištění lze využít rozpuštění kyselinami (např. octovou, citronovou). V případě, že je do domácnosti přiváděna tvrdá voda, je možnost využít změkčovadla.

Čistírny odpadních vod

Čistírny odpadních vod (ČOV, lidově „čističky“) provádějí čištění odpadních vod z obcí (splašková/komunální odpadní voda) nebo jsou budované v blízkosti průmyslových provozů. Odpadní vody by jimi před vypuštěním do přírody měly projít.

V komunálních čistírnách obvykle probíhají tyto procesy:

• mechanické čištění – Odstraňování písku a nerozpustných nečistot přes štěrk a česle či síta. Usazování.
• biochemické čištění – Využívá bakterií a dalších (mikro)organizmů, které rozkládají organické látky a využívají minerální látky (např. dusík, fosfor). Mrtvé organizmy a další částice se usazují jako kal, z toho může být tvořen např. bioplyn či může být použit jako hnojivo.

Při vyšších požadavcích na kvalitu vypouštěné vody může následovat i chemické čištění, např. k vysrážení zbylých sloučenin fosforu.

Vodní stopa

Jako vodní stopa se označuje množství vody využité jedinci či skupinami lidí, a to jak k osobnímu využití (hygiena, pití aj.), tak k výrobě zboží či poskytování služeb. Zahrnuje vodu, u níž dojde ke znečištění či vypaření za určitý čas.

Vzduch je směs, která se skládá především z plynů. Může obsahovat i kapaliny (např. kapky vody tvořící mlhu) a pevné látky (např. prach, popílek, mikroorganizmy, spory, pyl). Vzduch tvoří atmosféru, je důležitý pro existenci živých organizmů. Následující tabulka uvádí zásadní plynné složky vzduchu:

Jednotlivé složky lze oddělit frakční destilací zkapalněného vzduchu. Množství vodní páry (\mathrm{H_2O}) ve vzduchu je proměnlivé, kolísá zhruba od 0,2 do 4 %.

Ovzduší může být znečištěno jak přírodními procesy (např. vulkanická aktivita), tak činností člověka. Znečišťující složky se ve vzduchu nacházejí obvykle v relativně malém množství (ve srovnání s celkovým objemem vzduchu), přesto mohou mít na kvalitu ovzduší značný vliv.

Příklady znečišťujících látek, znečištění vnějšího prostředí

Zdraví člověka či živé organizmy může ohrožovat například:

• oxid uhelnatý (\mathrm{CO}) – Vzniká při nedokonalém spalování (zejména za nedostatku kyslíku).
• přízemní ozon (\mathrm{O_3}) – Ozon se přirozeně vyskytuje ve stratosféře, kde jeho vznik omezuje pronikání UV záření na povrch Země. V blízkosti zemského povrchu je však škodlivý, jedná se o silné oxidační činidlo.
• některé freony (uhlovodíky obsahující \mathrm{F}/\mathrm{Cl}) – Dříve užívané jako hnací látky a chladiva, což vedlo ke zmenšování ozonové vrstvy a vzniku ozonové díry. Po jejich zákazu se stav ozonosféry pozvolna obnovuje.
• oxid siřičitý (\mathrm{SO_2}) – Vzniká při spalování fosilních paliv obsahujících síru. Dříve způsoboval kyselé deště. V současnosti se provádí odsiřování uhelných elektráren, díky čemuž lze mj. získat energosádrovec využitelný ve stavebnictví.
• oxidy dusíku (\mathrm{NO}_x) – Obvykle značně jedovaté, vznikají zejména ve spalovacích motorech a podporují vznik přízemního ozonu. Při hodnocení kvality vzduchu se obvykle posuzuje oxid dusičitý (\mathrm{NO_2}).
• polycyklické aromatické uhlovodíky (např. benzo[a]pyren) – Vznikají obecně při hoření (např. v rámci kouření tabákových výrobků, spalování paliva v motorech, topení v kotlích na tuhá paliva). Zvyšují riziko zhoubných nádorů (jsou karcinogenní), způsobují mutace.

Pevné částice (např. prach, saze) se označují zkratkou PM (particulate matter), za tu se uvádí velikost částic v μm (např. PM10, PM2,5).

Dopravní prostředky se spalovacími motory musejí být vybaveny katalyzátory a případně filtry pevných částic, což zajišťuje zmenšení negativního vlivu na ovzduší (více v kapitole pohonné hmoty, doprava).

Znečištění ovzduší chemickými látkami se označuje jako smog (kombinace slov smoke a fog). Vypouštěné znečišťující látky jsou emise, pokud dojde k jejich přenesení na jiné místo, hovoří se o imisích.

Znečištění ovzduší uvnitř budov

Ovzduší může být znečištěno jak ve venkovním prostředí, tak uvnitř budov. Do vnitřního ovzduší se mohou dostávat třeba látky z nábytku (např. formaldehyd) či uskladněných chemikálií (např. čisticích prostředků, rozpouštědel aj.). Kouření či používání elektronických cigaret uvnitř budov vede k tomu, že vzniklé látky zde setrvávají delší dobu a také delší dobu ohrožují zdraví.

Kouření obecně je zdrojem řady (až tisíců různých) škodlivých látek, které zvyšují mj. riziko onemocnění cévní soustavy či zhoubných nádorů.

Vzduchem může procházet neviditelné ionizující záření. To vzniká např. radioaktivní přeměnou plynu radonu (\mathrm{Rn}), který je sám produktem radioaktivní přeměny uranu. Přítomnost radonu je vhodné zjistit např. při nájmu, koupi či stavbě nemovitosti.