2. Вода використовується як розчинник, реагент і теплоносій. (Якщо всі запаси води (75 % поверхні Землі), а це І 386 млн. м3 рівномірно розподілити по всій земній кулі, то вона залишилася б під водою шаром 2 713 м. Проте прісна вода становить усього 2,5 %. В наш час проблеми водопостачання полягають у проблемі транспортування і збереження чистоти природної води [13].
Завдяки універсальним властивостям вода знаходить у народному господарстві різноманітне застосування як сировина, як хімічний реагент, як розчинник, тепло- і холодоносій. Наприклад, з води одержують водень різними способами, водяна пара застосовується в тепловій і атомній енергетиці; вода служить реагентом у виробництві мінеральних кислот, лугів і основ, у виробництві органічних продуктів - спиртів, оцтового альдегіду, фенолу й інших численних реакцій гідратації і гідролізу. Воду широко застосовують у промисловості як дешевий, доступний, невогненебезпечний розчинник твердих, рідких і газоподібних речовин (очищення газів, одержання розчинів і т.п. ). Винятково велику роль грає вода в текстильному виробництві: при одержанні різних волокон - натуральних, штучних і синтетичних, у процесах обробки і фарбування пряжі, суворих тканин і ін. Витрата води на 1 т віскозного волокна складає 2500 м3.
Як теплоносій вода використовується в різних системах теплообміну - в екзотермічних і ендотермічних процесах. Теплота фазового переходу Р - Г води значно вище, ніж для інших речовин, унаслідок чого водяна пара, що конденсується, є самим розповсюдженим теплоносієм. Водяна пара і гаряча вода мають значні переваги перед іншими теплоносіями - високу теплоємність, простоту регулювання температури в залежності від тиску, високу термічну стійкість і ін., унаслідок чого є унікальним теплоносієм при високих температурах. Воду використовують також як холодоагент для відводу теплоти в екзотермічних реакціях, для охолодження атомних реакторів. З метою економії витрати води застосовують так називану оборотну воду, тобто використану і повернуту у виробничий цикл.
Природні води містять різні домішки мінерального й органічного походження. До мінеральних домішок відносяться гази N2, O2, CO2 H2S, CH4, NH3; розчинені у воді солі, кислоти і основи знаходяться в основному в дисоційованому стані у вигляді катіонів і аніонів: Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, HCO3-, C1-, SO42-, HSіО3-, F-, NO, СО32- ін. До органічних домішок відносяться колоїдні частки білкових речовин і гумінових кислот. Склад і кількість домішок залежать головним чином від походження води. За походженням розрізняють атмосферну, поверхневі і підземні води.
Атмосферна вода - вода дощових і снігових опадів - характеризується невеликим вмістом домішок. У цій воді утримуються в основному розчинені гази і майже цілком відсутні розчинені солі [18].
Поверхневі води - води річкових, озерних і морських водойм - відрізняються різноманітним складом домішок - гази, солі, основи, кислоти. Найбільшим вмістом мінеральних домішок відрізняється морська вода (солевміст більш 10 г/кг).
Підземні води - води артезіанських шпар, колодязів, ключів, гейзерів - характеризуються різним складом розчинених солей, що залежить від складу і структури ґрунтів і гірських порід. У підземних водах звичайно відсутні домішки органічного походження.
Якість води визначається її фізичними і хімічними характеристиками, такими, як прозорість, колір, запах, температура, загальний солевміст, твердість, окислюваність і реакція води. Ці характеристики показують наявність або відсутність тих або інших домішок.
Загальний солевміст характеризує присутність у воді мінеральних і органічних домішок. Для більшості виробництв основним якісним показником служить твердість води, обумовлена присутністю у воді солей кальцію і магнію. Твердість виражається в мілімоль-еквівалентах іонів Са2+ або Mg2+ у 1 кг води, тобто за одиницю твердості приймають вміст 20,04 мг/кг іонів кальцію або 12,16 мг/кг іонів магнію. Розрізняють три види твердості: тимчасову, постійн і загальну.
Тимчасова (карбонатна, або переборна) твердість обумовлена присутністю у воді гідрокарбонатів кальцію і магнію, що при кип'ятінні води переходять у нерозчинні середні або основні солі і випадають у вигляді щільного осаду (шумовиння):
Са(НСО3)2= СаСО3 + Н2О + СО2
2Mg(НСО3)2 = MgCO3*Mg (ОН)2 + 3СО2 + Н2О
Постійна (некарбонатна, або непереборна) твердість обумовлюється вмістом у воді всіх інших солей кальцію і магнію, що залишаються при кип'ятінні в розчиненому стані. Сума тимчасової і постійної твердості називається загальною твердістю. Прийнято наступну класифікацію природної води за значенням загальної твердості (hо мг-екв/кг): hо<1,5 - мала твердість, hо = 1,5-3,0 - середня, hо = 3,0:6,0 - підвищену, hо = 6,0-12,0 - висока, hо > 12,0 - дуже висока.
Окислюваність води характеризується наявністю у воді органічних домішок і виражається в міліграмах кисню, що витрачається на окислювання речовин, що міститься в 1 кг води.
Активна реакція води - її кислотність або лужність - характеризується концентрацією водневих іонів. Реакція природних вод близька до нейтрального; рН - водневий показник, коливається в межах 6,8-7,3.
Виробництва, в залежності від цільового призначення води, пред'являють строго визначені вимоги до її якості, до вмісту домішок в ній [18].
Шкідливість домішок залежить від їх хімічного стану або дисперсності, а також зв'язана зі специфікою виробництва, що використовує воду. Грубодисперсні, механічні суспензії засмічують трубопроводи й апарати, зменшуючи їх продуктивність, утворюють пробки, що можуть викликати аварію. Домішки, що знаходяться у вигляді колоїдних часток, засмічують діафрагми електролізерів, викликають піністисть води в апаратах, погіршують обробку тканин і т.п..
Величезну шкоду приносять розчинені у воді солі і гази, що викликають утворення шумовиння і поверхневе руйнування металів внаслідок корозії. У текстильній промисловості солі, розчинені у воді, приводять до великої перевитрати мила в процесах мийки і миловки внаслідок утворення кальцієвого і магнієвого мила, що не володіє миючою дією:
2R - COONa + Са (НСО3)2 = (R - СОО)2 Са + 2NaHCO3
При мийці і миловці у твердій воді втрати мила досягають 8%. Нерозчинні, клейкі кальцієве і магнієве мила закріплюються на волокні і міцно утримують адсорбовані частки забруднень, що різко погіршує фарбування (нерівномірність фарбування і тьмяний тон), знижує міцність.
Хімічні і дифузійні процеси багатьох виробництв тісно пов'язані з активною реакцією води. До них відносяться виробництво цукру, паперу, текстильне виробництво й ін. Особливо чуттєві до рН води всі біохімічні процеси, наприклад шумування, одержання антибіотиків [3].
Природна вода, що надходить у виробництво, піддається очищенню різними методами в залежності від характеру домішок і вимог, пропонованих до води даним виробництвом.
Основними завданнями хімії в розв'язанні сировинної проблеми є:
1. Комплексне використання сировини.
2. Повторне використання речовин:
а) регенерація — відновлення попередніх властивостей технічних матеріалів (гуми, мастил, розчинників) після їх використання;
б) рециркуляція — багаторазове використання різних видів сировини;
в) скрап — вторинна металева сировина з металобрухту.
3. Застосування нових видів сировинних матеріалів, створення штучної сировини:
а) біометалургія;
б) виготовлення штучних алмазів.
4. Використання відходів як сировини.
З початку VIст. з надр Землі видобуто 60 млрд. т вугілля, 3 млрд. т залізної руди, 30 млрд. т міді, 30 тис. т золота. Щорічно у світі видобувають 20 млрд. т нафти, 2 млрд. т газу.
Кожні 11 років потреби в матеріалах на нашій планеті подвоюються. Проте сучасні доступні нам способи розробки верхнього шару земної кори використовують лише на глибину 1 км, рідко 2 км. Земна кора має глибину 16 км, хоч і становить тільки 1/418 частину загального об'єму земної кулі. Майже 98,6 % кори складають 8 елементів: Оксиген, Силіцій, Алюміній, Ферум, Кальцій, Калій, Натрій і Магній. На долю всіх інших елементів припадає всього 1,4 % маси. Кольорові та рідкоземельні метали містяться в кількості 0,01—0,001 %. Слід наголосити, що виробництва пов'язані з розсіяними хімічними елементами є складнішими і коштовними.
З іншого боку, елементи, що є в природі, якби інтенсивно не використовувалися їх сполуки не зникають, а лише утворюють інші сполуки. Так запаси хімічних елементів на Землі залишаються постійними, і зменшуються швидкими темпами не природні ресурси взагалі, а тільки та їх частина, котра вводиться в економічний обіг на сучасному етапі розвитку.
У Японії розроблено новий папір, який можна використовувати, стерши написаний текст. Папір покритий шаром речовини, напис з якого змивається або водою, або водяною парою[7].
Американські та норвезькі фірми пропонують використовувати кремнезем, що відкладається у лушпинні рисових зерен для отримання чистого силіцію, який використовують для виготовлення напівпровідників. Лушпиння рису, який щорічно отримують у США, становить 2 % світового врожаю, а це може дати 100 тис т чистого силіцію.
У попелі бурого вугілля, на якому працюють ТЕС, міститься від 2 до 5 % Феруму. У Німеччині з 500 тис т попелу отримують 22 тис т концентрату, який містить 60 % заліза.
Отже, нині гостро постала проблема переробки вторинної сировини. Ось деякі факти:
• 120—130 т консервних банок дає змогу добути 1 т олова, для добування якого потрібно 400 т руди.