Не мытьем – так питьем: польза и вред жесткой воды

Что такое жесткая вода и как ее смягчают в промышленных масштабах, почему контуры капель отмывать сложнее, чем середину, вредна ли жесткая вода для здоровья, какую роль в неприятностях из-за жесткой воды играет мыло и с какой водой получится самый вкусный кофе, читайте в материале Indicator.Ru.

Жесткой водой называют воду с большим содержанием растворенных солей. Из-за нее образуется накипь на чайнике и налет («мыльный камень») на сантехнике, в ней хуже пенятся мыло, порошок или шампунь. Некоторые люди жалуются, что от такой воды их кожа становится сухой и раздраженной, другие начинают страдать от перхоти. Рассказываем, как и почему это происходит, и вредно ли пить жесткую воду.

Что такое жесткость воды и откуда она берется

В той воде, которую мы пьем или которой моемся, содержится не только водород и кислород. В зависимости от происхождения в ней растворены самые разные химические вещества. Чаще всего среди них встречаются соли магния и кальция, даже в процентном соотношении их больше, чем всех остальных. Собственно, тот показатель, который мы называем жесткостью, обычно выражается в милиграммах карбоната кальция (CaСО3) на литр воды. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), вода с содержанием карбоната кальция ниже 60 мг/л считается мягкой, от 60 до 120 мг/л – средней жесткости, выше 120 мг/л – жесткой, выше 180 мг/л – очень жесткой. Иногда жесткость измеряется также в градусах жесткости, которые в разных странах рассчитываются по-разному (для любопытных – онлайн-счетчик для перевода из одной системы в другую).

Жесткость водопроводной воды может сильно колебаться в зависимости от сезона. Например, в дождливое время или при таянии большого количества снега соли понемногу «разбавляются», а во время засухи при испарении воды концентрация растворенных веществ, соответственно, растет. Различают два вида жесткости. Первая — временная — связана с гидрокарбонатами кальция и магния (Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2). Постоянную жесткость воде придают другие соли, в основном хлориды и сульфаты кальция и магния (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жесткость воде могут добавлять соли алюминия, бария, железа, марганца, цинка и стронция и других поливалентных металлов (то есть тех, чьи атомы могут образовать не одну, а две и более связей). В воду все они попадают из осадочных пород, и поскольку очень распространенные представители этого класса – известняк и мел – состоят из карбоната кальция, то неудивительно, почему именно кальция в воде так много. Ионы магния вода вымывает из другой осадочной породы — доломита.

Перечисленные названия элементов звучат как минимум не очень пугающе (кроме разве что стронция). Кальций необходим для поддержания плотности костей, а без магния в организме человека не смогут работать примерно 350 белков, которые участвуют во множестве реакций в клетке. Польза различных видов минеральной воды (о которых мы рассказывали в отдельной статье) также в большинстве случаев обусловлена растворенными в ней минералами. Но что же на самом деле — вредно ли пить жесткую воду или делать это все-таки не стоит?

Польза кальция, магия магния

В день человек должен потреблять около 1000 мг кальция и 200-400 мг магния. Если представить, что вы ежедневно выпиваете два литра жесткой воды (или жидкости, произведенной на основе этой воды — например, бульона), то количество полученных таким путем кальция и магния составит 5-20% от нормы. Специалисты ВОЗ приводят данные эпидемиологических исследований (так называют изучение частоты заболеваний на большой популяции), которые показывают, что недостаток кальция может привести к образованию камней в почках.

Другие исследования говорят, что жесткость питьевой воды снижает риск гипертонии и смертность от сердечно-сосудистых заболеваний. Например, согласно статье 1981 года, в городах Великобритании с мягкой питьевой водой смертность от сердечно-сосудистых заболеваний на 10-15% выше, чем в городах, где вода средней жесткости (около 170 мг/л). Дальнейшее повышение концентрации заметно на статистику не влияет. Похожий эффект описали в статье 2003 года французские ученые, в исследовании ученых из Швеции и других работах. Однако, как отмечают авторы того же документа ВОЗ, некоторые клинические испытания показывают, что прием большого количества пищевых добавок с кальцием, напротив, повышает риск образования камней в почках. Возможно, все зависит от того, в какой форме человек принимает его – с добавками, или с водой и пищей.

А вот гиперкальциемия (то есть превышение содержания кальция в организме) случается гораздо реже, чем нехватка этого элемента. Дело в том, что лишний кальций у здоровых людей выводится через почки, и только нарушение функций почек может поставить здоровье человека под угрозу. История с магнием похожа: маловероятно, чтобы избыточное количество этого элемента приносило вред человеку со здоровыми почками. Лишь иногда употребление более 250 мг магния в день (для такого количества пришлось бы выпить пять-десять литров очень жесткой воды) производит на здорового человека слабительный эффект, но к нему организм через некоторое время адаптируется.

Исследователи статистики часто приходят к выводу, что чем выше жесткость воды, тем ниже смертность от сердечно-сосудистых заболеваний. Однако эксперименты эту зависимость не подтверждают. Не до конца понятно, как трактовать разночтения: возможно, часть противоположных результатов можно объяснить тем, те ученые, которые изучали большое количество людей, обычно не учитывают, сколько кальция и магния участники их исследований могли получить другими путями, не из воды.

Поэтому дозировку ионов в питьевой воде для «полезной» жесткости подобрать пока не выходит – тем более, что разным людям в зависимости от пола, возраста и массы тела нужно разное количество кальция и магния.

Обратная сторона медали

Положительные эффекты питья жесткой воды недостаточно подтверждены, но это, по крайней мере, не вредит. Даже наоборот: человек, пьющий только дистиллированную воду, лишает себя целого набора полезных макро– и микроэлементов. А вот если мыться жесткой водой, это может вызвать шелушение кожи и иногда даже атопический дерматит. Одно из возможных объяснений заключается в том, что в жесткой воде мы используем больше мыла (которое хуже пенится). Мало того, что мыло само по себе сушит кожу, жесткая вода при взаимодействии с ним образует соли, которые трудно смываются и могут вызывать раздражение у людей с чувствительной кожей.

Неудивительно, что у новорожденных, первые три месяца жизни проводящих в регионах с жесткой водой, согласно исследованию в Journal of Allergy and Clinical Immunology, на 87% возрастает риск экземы. До этого похожие исследования проводили на детях из США, Испании и Японии. Правда, согласно все тому же документу ВОЗ, умягчители воды мало влияют на ситуацию, так что дело, вероятно, не только в воде, но и в предрасположенности самих пациентов. Немного повышают этот риск мутации в гене белка флаггрина, отвечающего за защитные барьерные функции кожи.

Так что наш вывод будет немного парадоксальным: мыться жесткой водой может быть неприятно или даже вредно, а вот пить ее, возможно, даже полезно. К тому же, согласно недавнему пресс-релизу Американского химического общества, с жесткой водой вкус кофе получается получается более насыщенным, так как кофеин связывается с магнием во время варки.

При этом жесткая вода может вредить системам водоснабжения, заставлять белье после стирки «стоять колом» (как и в случае с кожей это происходит из-за взаимодействия ионов с молекулами моющих средств). Кроме того, у нее может быть довольно неприятный привкус – именно поэтому, а не из-за ее вреда для здоровья, придумано множество способов «смягчения» воды. Временную жесткость можно убрать, просто прокипятив воду — гидрокарбонаты после кипячения станут накипью. С постоянной жесткостью бороться сложнее — для этого часто используются химические методы. Здесь главная цель – найти вещество, которое при реакции с растворенными соединениями даст выпадающую в осадок соль. Такими реагентами чаще всего становятся гашеная известь Ca(OH)2 или кальцинированная сода Na2CO3 (которую еще называют бельевой содой, так как хозяйки добавляют ее во время стирки, чтобы сохранить мягкость ткани даже в жесткой воде). В обоих случаях на выходе получается нерастворимый карбонат кальция, который можно удалить кипячением.

При больших масштабах в дело идет и Na3PO4 – тогда образуются нерастворимые ортофосфаты кальция и магния, которые легко отфильтровать. Еще один способ – катионирование – основан на добавлении специальных гранул, которые привносят в воду ионы натрия или водорода, забирая кальций, магний, железо и марганец. Для более тщательной очистки жесткую воду пропускают через специальные мембраны, подвергают действию электрического поля (это называется электродиализ) или дистиллируют – превращают в пар.

Властелины кофейных колец

Но по отдельности определять содержание каждого соединения в воде долго, при этом такие тесты обычно довольно дороги, и проверяющие могут не найти какого-то загрязнения, если не знают, что искать. Здесь на помощь может прийти еще один любопытный эффект, связанный с жесткой водой, – так называемые «кофейные кольца» (coffee-ring effect), они же – «кольца в ванной» (bathtub rings). Пятна от высохшей на гладкой поверхности воды остаются более четкими по краям, чем посередине. Растворенные частицы будут скапливаться у границ капли, куда их приносят испаряющиеся молекулы воды, а в центре жидкость окажется более прозрачной, поэтому оставшиеся «контуры» отмывать будет сложнее всего.

В 2017 году ученые из Мичиганского университета в своем докладе на съезде Американского химического общества описали способ, благодаря которому можно определять примеси в воде по «кофейным кольцам». Оказалось, что эти пятна от разной по составу воды так сильно отличаются друг от друга, как если бы у каждого источника были отпечатки пальцев. Ученые надеются, что если составить картотеку таких отпечатков, то можно будет узнавать о растворенных веществах по «кофейным кольцам». Для этого понадобилась бы только фотография одной высохшей капельки воды.

Однако в водопроводной воде есть множество веществ, которые практически (или даже совсем) не влияют на жесткость, но могут изменить качество, вкус или запах, или даже вызвать отравление. Узнать, какие показатели превышены в том, что течет из вашего крана, можно на сайте Watermap.ru, где работает интерактивная Карта воды России.