Химические свойства воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

9

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля

Кафедра Гидрометеорология

Доклад

Химические свойства воды

Выполнил студент

группы ПН-471

Коваленко О.Ю.

Принял

Гречка В.А.

Луганск 2011

Еще в четвертом веке нашей эры античный философ Аристотель определил роль воды как первоисточник жизни. Еще в ХVIII веке никто не подозревал о том, что воду можно отнести к химическому соединению. Воду относили к химическим элементам. Первые разработки позволили вывести ее формулу, которая была единственно допустимая для воды: Н2О, пока не были открыты прочие виды и разновидности воды.

В 1932 году была открыта другая химическая разновидность воды: тяжелая вода. Сегодня известно, что может быть 135 изотопных типов воды.

Воду можно представить как химический раствор сложного состава. Вода - инертный растворитель. Ее растворяющему действию, в той или иной мере, подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы.

Вода, какой бы она не была по составу, имеет разное воздействие на организм человека. Всякий вид воды доказывает разные условия появления.

Вода играет исключительно важную роль в природе. Она создает благоприятные условия для жизни растений, животных, микроорганизмов. Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоёмах, но и в воздухе, в почве, и во всех живых существах, в том числе и людях (человек на 80 % состоит из воды). Потеря 10-20 % воды живыми организмами приводит к их гибели. Без воды жизнь на земле не возможна. Водные запасы на земле огромны. Запасов же пресной воды гораздо меньше -- всего около 3 % от общего объема воды на земле. При этом около 2 % пресной воды в мире находится в прудах, ручьях, реках и озерах. Остальные запасы сосредоточены в подземных источниках, ледниках и снежных покровах.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (водяной пар). Вода замерзает, превращаясь в лед, при температуре 0°C. При температуре 100°C и нормальном давлении (1 атм.) вода кипит и переходит в пар.

Уникальность воды связана с особенностями ее строения и заключается в том, что способы соединения между ее молекулами могут варьироваться. Подобной возможностью не обладает ни одно другое химическое вещество. Эту способность воды бесконечно структурироваться можно заметить, если внимательно рассмотреть снежинки. Каждый раз конструкция снежинок совершенно разная, орнамент никогда не повторяется. Причина этого в том, что кристаллическая решетка при образовании снежинок каждый раз выстраивается в зависимости от воздействия многих факторов. В первую очередь это электромагнитные волны, а также контакт с другими веществами. Вода как бы запоминает некую переданную ей информацию электромагнитного поля, записывая ее в молекулярных связях. Исследования ученых, открывших эту способность воды структурироваться под воздействием электромагнитных волн, дали возможность говорить о ней как о своеобразном биокомпьютере.

Атомы водорода и кислорода

Вода - это соединение водорода и кислорода.

В природе существует три различных водорода - три его изотопа.

Водород в обычной воде почти нацелосостоит из протия. Кроме него, во всякой воде есть тяжелый водород - дейтерий , его чаще, в химии обозначают симвллом D. Дейтерия в воде очень мало. Но на каждые 6700 атомов протия в среднем приходится только один атом дейтерия. Кромепротия и дейтерия, существует еще сверхтяжелый водород - .Его обычно называют тритием и обозначают символом Т. Тритий радиоактивен,период его полураспада немного больше 12 лет.

Химические свойства воды определяются составом растворенных в воде солей и газов.

Активная реакция воды обусловлена концентрацией водородных ионов. Практически пользуются не самой концентрацией водородных ионов, а водородным показателем рН. Водородный показатель равен отрицательному десятичному логарифму концентрации водородных ионов в воде, т.е. рН = - Lg[H+]. Значение рН характеризует активную кислотность воды: при рН=7 и температуре 25°С вода нейтральна; при рН<7 - вода кислая; при рН>7 - вода щелочная.

В природных водах наиболее распространены ионы Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO^3-, SO₄^2-, Cl^-. Остальные ионы содержатся в незначительных количествах, хотя в некоторых случаях сущесвенно влияют на свойства природной воды. Общее солесодержание измеряют в мг/л.

Важное санитарно-гигиеническое и технологическое значение имеет количество находящихся в воде отдельных ионов. Так, от концентрации ионов кальция и магния зависит жесткость воды. По качественному составу различают жесткость общую, карбонатную(временную) и некарбонатную(постоянную), кальциевую и магниевую.Хлориды и сульфаты, как и повышенное солесодержание, могут вызвать сдвиги в водосолевом обмене у людей. Такие изменения обнаружены у лиц, длительно употребляющих воду с солесодержанием 2-3г/л. Изменения секреторной и моторной деятельности желудка наблюдались при солесодержании в воде 1г/л сульфат- ионов и 0,5 г/л хлорид-ионов. Наличие в воде железа и марганца может вызвать изменение цветности воды. Выпадающий из воды осадок гидрата окиси четырехвалентного марганца Mn(OH)₄ имеет буро-черную, а гидрата окиси железа Fe(OH)₃- красовато-коричневую окраску. При рН<7,5 и наличии в воде железа создаются благоприятные условия для интенсивного развития железобактерий, колонии которых образуют бугристые отложения на стенках труб. Так как у большинства природных вод рН>3,5, то трехвалентное железо может быть только в коллоидной форме или в виде суспензии. Азотосодержащие соединения в воде представлены ионами аммонияNH⁴⁺, нитритами NO^2- и нитратами NO^3-. Наличие аммонийных и и нитритных соединений служит косвенным показателем недавнего загрязнения воды бытовыми сточными водами. Однако следует учесть, что азотосодержащие соединения образуются и при выщелачивании горных пород. Фтор играет важную санитарно-гигиеническую роль.

При избытке его в питьевой воде (более 1,5мг/л) наблюдается образование пятен на эмали зубов, а при недостатке (менее 0,5мг/л)-кариес зубов. Отсутствие йода в питьевой воде связывают с распространением эндемического зоба. Однако специально йод в воду не добавляют, а в районах с содержанием его в воде менее 0,01 мг/л снабжают население йодированной поваренной солью.

Важным показателем качества природных вод является как общая щелочность, так и ее составляющие гидратная, бикарбонатная и карбонатная щелочности. Щелочность природной воды чаще всего зависит от количества растворенных в ней солей угольной кислоты. Однако кроме них в воде могут быть и другие карбонатные соединения : углекислый газ, и молекулярная угольная кислота. Концентрация последней очень мала по сравнению с содержанием углекислоты, поэтому ее в расчетах не учитывают.

Наиболее распространенными в природной воде газами являются кислород, углекислый газ, сероводород и метан. Кислород попадает в воду из воздуха, где его содержится около 21% от общего количества газов. На поверхности водоема концентрация кислорода близка к равновесной, а в глубинных слоях она уменьшается. В воде подземных источников кислорода обычно меньше, чем его может раствориться. Углекислый газ образуется вследствие распада карбонатных соединений при выщелачивании горных пород или в результате биохимических процессов окисления органических веществ, как в самих водоемах, так и в почве. Метан нередко можно обнаружить в водах болотного происхождения, где протекают процессы гниения. В подземных водах он встречается в ледниковых отложениях и в водах нефтяных пластов. Удалять метан из воды необходимо потому, что он может создать взрывоопасную концентрацию в воздухе над уровнем воды в резервуарах и очистных сооружениях. Сероводород содержится в некоторых подземных водах, а в поверхностных источниках появляется при загрязнении производственными сточными водами.

Сероводород придает воде неприятный запах. Если в воде одновременно присутствует и железо, то образуется тонкодисперстный осадок сульфида железа черного цвета. При наличии сероводорода интенсивно развиваются серобактерии и интенсифицируются процессы коррозии труб. вода кислород углекислый газ сероводород метан

Вода хорошо растворяет многие полярные и диссоциирующие на ионы вещества. Обычно растворимость возрастает с увеличением температуры, но иногда температурная зависимость имеет более сложный характер. Так, растворимость многих сульфатов, карбонатов и фосфатов при повышении температуры уменьшается или сначала повышается, а затем проходит через максимум. Растворимость малополярных веществ (в т. ч. газов, входящих в состав атмосферы) в воде низкая и при повышении температуры обычно сначала снижается, а затем проходит через минимум. С ростомдавления растворимость газов возрастает, проходя при высоких давлениях через максимум. Многие вещества, растворяясь в воде, реагируют с ней. Например, в растворах NH₃ могут присутствовать ионы NH₄. Между растворенными в воде ионами, атомами, молекулами, не вступающими с ней в химические реакции, и молекулами воды существуют не разрушающие их иондипольные и межмолекулярные взаимодействия.

Природная вода.

Природная вода представляет собой сложную многокомпонентную систему, в состав которой входят минеральные вещества, газы, а также коллоидные и крупнодисперсные частицы, в т. ч. микроорганизмы. По величине минерализации (г/л) различают следующие природные воды: ультрапресные - до 0,2, пресные - 0,2-0,5, слабоминерализованные - 0,5-1,0, солоноватые - 1-3, соленые - 3-10, с повыш. соленостью - 10-35, переходные к рассолам - 35-50, рассолы - более 50. Макрокомпонентами природной воды обычно являются Са, Mg, Na, К, Fe (катионогенные воды), Si, С, S, C1 (анионогенные воды). К микрокомпонентам природной воды относятся редкие и рудные элементы, напр. В, Li, Rb, Cu, Zn, Bi, Be, W, U, Br, I и др.

Осн. газы, содержащиеся в прир. воде, - СО₂, N₂(характерны как для поверхностных, так и для глубинных условий), СН₄, СО, Н₂ (более типичны для подземных водах и для воды вулканич. активных областей). Растворенные в воде компоненты находятся в равновесии, образуя комплексы разл. состава. Данные о составе некоторых природных вод приведены в табл. 1.

Питьевая вода.

Общее число микроорганизмов в 1 мл питьевой воды должно быть не выше 100, число бактерий группы кишечных палочек (коли-индекс) - не более 3. Концентрация химических веществ, которые встречаются в природной воде или добавляются к воде при ее обработке не должна превышать (мг/л):

Содержание примесей, к-рые влияют на органолептические св-ва воды и встречаются в природной воде или добавляются к воде при ее обработке, не должно превышать (мг/л):

Общая жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 ммоль/л, сухой остаток - 1000 мг/л, рН - от 6,0 до 9,0. Для питьевой воды, подаваемой без специальной обработки, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологич. службы допускаются след. показатели: сухой остаток - до 1500 мг/л, общая жесткость - до 10 ммоль/л, содержание железа и марганца - соответственно до 1 и до 0,5 мг/л.

Техническая вода.

Воду, расходуемую промышленными предприятиями, принято называть технической. Ее применяют главным образом в качестве охлаждающего агента, транспортирующей среды для сыпучих материалов (например, гидротранспорт золы на тепловых электростанциях), растворителя и др. В целом по всем отраслям промышленности 70-75% от общего расхода воды применяют как хладагент по циркуляционной схеме. В этом случае вода лишь нагревается и практически не загрязняется. Главные источники загрязнения охлаждающей воды систем циркуляционного водоснабжения - вода, добавляемая в системы для восполнения неизбежных потерь, и атмосферный воздух, из котоporo вымываются в охладителях воды взвешенные вещества и газы, растворимые в воде.

Осн. ионами, которые могут приводить к отложениям минеральных солей в системах циркуляционного водоснабжения, являются анионы НСО₃^-, CO₃^2-, ОН^-, SOl₄^2-, PO₄^3-, SiO₃^2-, а также катионы Са²⁺, Mg²⁺, Fe^2+,3+ , A1³⁺ , Zn²⁺ . Наиболее часто встречающийся компонент солевых отложений - СаСО₃ . Предотвратить отложение карбонатов можно подкислением воды H₂SO₄или НС1, ее рекарбонизацией (обычно обработка топочными газами, содержащими СО₂), действием полифосфатов (NaPO₃)₆и Na₅P₃O₁₀, орг. фосфатов и др. Для предотвращения (уменьшения) коррозии труб и теплообменного оборудования в воде добавляютингибиторы коррозии: полифосфаты, ингибиторы на основе хромато-цинковых смесей и др. Для предупреждения обрастания оборудования бактериями воды в основном хлорируют (содержание С1₂ до 5 мг/л), а иногда озонируют.

В кач-ве лечебных применяют природные воды, содержащие значительное количество минералов, солей, газов, некоторые элементы и др.

Литература

1. Ахметов Н.С., Неорганическая химия. Москва, 1992г.

2. Глинка Н.Л., Общая химия. Ленинград, 1984г.

3. Дерпгольц В. Ф. Вода во вселенной. - Л.: "Недра", 1971.

4. Крестов Г. А. От кристалла к раствору. - Л.: Химия , 1977.

5. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. - М., 1995г.

6. Химическая энциклопедия. Том 1. Редактор И.Л.Кнунянц. Москва, 1988 год.

7. В.А.Крицман, В.В.Станцо. Энциклопедический словарь юного химика. М., “ Педагогика“, 1982 год.

8. О.А.Спенглер. Слово о воде. Л., “ Гидрометеоиздат “ , 1980 год.

9. И.В.Петрянов. Самое необыкновенное вещество в мире. М., «Педагогика», 1975 год.

Размещено на Allbest.ru