Рефератвыполнил Царев А., ст. гр. САПР - 1 - В96
МосковскийГосударственный Горный Университет
Кафедрахимии
Москва,1996 г.
Водная среда включаетповерхностные и подземные воды.
Поверхностные воды восновном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. кубическихкилометров--около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория)составляет 361 млн. квадратных километров. Она примерно в 2,4 раза большеплощади суши территории, занимающей 149 млн. квадратных километров. Вода вокеане соленая,причем большая ее часть (более 1 млрд. кубических километров)сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру,примерно равную 3,7oС.Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно вповерхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях.Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине50-60 метров.
Подземные воды бываютсолеными, соленоватыми(меньшей солености) и пресными; существующиегеотермальные воды имеют повышенную температуру(более 30`С). Дляпроизводственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нуждтребуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общегообьема воды на Зем ле, причемочень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах.Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах,находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовой мировой речнойсток пресной воды составляет 37,3 тыс. кубических километров. Кроме того, можетиспользо ваться часть подземных вод, равная 13 тыс. кубическим километрам. Ксожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000кубических километров, приходится на малоплодородные и малозаселенные северныетерритотии. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную илиподземную воду, производя ее опреснение или ги перфильтрацию: пропускают под большим перепадом давленийчерез полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающимимолекулы соли. Оба эти процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интереспредложение, состоящее в использовании в качестве источника пресной водыпресноводных айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по воде кберегам, не имеющим пресной воды, где организуют их таяние. По предварительнымрасчетам разработчиков этого пред ложения, получение пресной воды будет примерновдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением и гиперфильтрацией. Важнымобстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основномпередаются инфекционные заболевания (примерно 80% всех заболеваний). Впочем,некоторые из них, например коклюш, ветрянка,туберкулез,передаются и черезвоздушную среду. С целью борьбы с распространением заболеваний через воднуюсреду Всемирная организация здраво охранения (ВОЗ) обьявила текущее десятилетиедесятилетием питьевой воды.
Чтобыпредставить,сколько воды участвует в круговороте, охарактеризуем различныечасти гидросферы.Более 94% ее составляет Мировой океан . Другаячасть(4%)-подземные воды.При этом следует учесть ,что большая их частьотносится к глубинным рассолам,а пресные воды составляют 1/15 долю.Значителентакже обем льда полярных ледников:с пересчетом на воду он достигает 24 млн.км.,или 1,6% объема гидросферы. Озерной воды в 100 раз меньше -230 тыс.км. , а вруслах рек содержится всего лишь 1200 км. воды, или 0,0001% всей гидросферы.Однако , несмотря на малый объем воды,реки играют очень большую роль: они,как иподземные воды, удовлетворяют значительную часть потребностей населения ,промышленности и орошаемого земледелия. Воды на Земле довольно много .Гидросфера составляет около 1/4180 части всей массы нашей планеты. Однако надолю пресных вод,исключая воду, скованную в полярных ледниках, приходитсянемногим более 2 млн.км., или только 0,15% всего объема гидросферы.
Огромная роль воды вжизни человека и природы послужила причиной того, что она была одним из первыхсоединений, привлекших внимание учёных. Тем не менее изучение воды ещё далеконе закончено.
Общие свойства воды.
Вода в силу популярностиеё молекул способствует разложению контактирующих с ней молекул солей на ионы,но сама вода проявляет большую устойчивость и в химически чистой водесодержится очень мало ионов
по H+ и OH-.
Вода - инертныйрастворитель; химически не изменяется под действием большинства техническихсоединений, которые она растворяет. Это очень важно для всех живых организмовна нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные веществапоступают в водных растворах в сравнительно мало измененном виде. В природныхусловиях вода всегда содержит то или иное количество примесей, взаимодействияне только с твердыми и жидкими веществами, но растворяя также и газы.
Даже из свежевыпавшейдождевой воды можно выделить несколько десятков миллиграммов различныхрастворенных в ней веществ на каждый литр объема. Абсолютно чистую воду никогдаи никому ещё не удавалось получить ни в одном из её агрегатных состояний;химически чистую воду, в значительной мере лишенную растворенных веществ,производят путем длительной и кропотливой очистки в лабораториях или наспециальных промышленных установках.
В природных условияхвода не может сохранить “химическую чистоту”. постоянно соприкасаясь совсевозможными веществами, она фактически всегда представляет собой растворразличного, зачастую очень сложного свойства. В пресной воде содержаниерастворенных веществ обычно превышает 1 г./л. От нескольких единиц до десятковграммов на литр колеблются содержание солей в морской воде: например, вБалтийском море их всего 5 г./л., в Чёрном - 18, а в Красном море - даже 41г./л.
Солевой состав морскойводы в основном на 89% слагается из хлоридов (преимущественно хлорида натрия,калия и кальция), 10% приходится на сульфаты (натрия, калия, магния) и 1% - накарбонаты (натрия, кальция) и другие соли. Пресные воды содержат обычно большевсего - до 80% карбонатов (натрия и кальция), около 13% сульфатов (натрия,калия, магния) и 7% хлоридов (натрия и кальция).
Вода хорошо растворяетгазы (особенно при низких температурах), главным образом кислород, азот,диоксид углерода, сероводород. Количество кислорода иногда достигает 6 мг./л. Вминеральных водах типа нарзан общее содержание газов может составлять до 0,1%.В природной воде присутствуют гумусовые вещества - сложные органическиесоединения, образующиеся в результате неполного распада остатков растительных иживотных тканей, а также соединения типа белков, сахаров, спиртов.
Вода обладаетисключительно высокой теплоемкостью. Теплоемкость воды принята за единицу.Теплоемкость песка, например, составляет 0,2, а железа - лишь 0,107теплоемкости воды. Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергиипозволяет сглаживать резкие температурные колебания на прибрежных участкахЗемли в различные времена года и в различную пору суток: вода выступает как бырегулятором температуры на всей нашей планете.
Следует отметить особоесвойство воды - её высокое поверхностное натяжение - 72,7 эрг/см2(при 20о С). В этом отношении из всех видов дидкостей вода уступаеттолько ртути. Подобное свойство воды во многом обусловлено водородными связямимежду отдельными молекулами H2O. Особенно наглядно проявляетсяповерхостное натяжение в прилипании воды ко многим поверхностям - смачивании.Установлено, что вещества - глина, песок, стекло, ткани, бумага и многиедругие, легко смачиваемые водой, непременно имеют в своем составе атомыкислорода.такой факт оказался ключевым при обьяснении природы смачивания:энергитически не уравновешенные молекулы поверхностного слоя воды получаютвозможность образовать дополнительные связи с “чужими” атомами кислорода.
Смачивание иповерхностное натяжение лежат в составе явления, названного капилярностью: вузких каналах вода способна подниматься на высоту гораздо большую, чем та,которую “ позволяет” сила тяжести для столбика данного сечения.
В капилярах водаобладает поразительными свойствами. Б.В.Дерягин установил, что в капилярахвода, сконденсировавшаяся из водяного пара, не замерзает при 00 идаже при снижении темрературы на десятки градусов.
Молекулы воды отличаютсябольшой термической устойчивостью, при деструкции по схеме: 2H2O Û 2H2 + O2+ 2 ·245,6 Кдж.
начинается притемпературе выше 10000С, и при 20000С составляет лишь1,8%. При 50000С водяной пар со взрывом нацело разлагается наводород и кислород.
Вода относится к слабым электролитам.
H2O ÛH+ + OH-
Kдисс=
= 1,8·10-16
[H+][OH-]
[H2O]
Вода весьмареакционноспособное вещество: может проявлять как окислительнын, так ивосстановительные свойства. Так, под действием сильных восстановителей водапроявляет окислительные свойства: на холоде окисляет щелосные ищелочноземельные металлы, а при температуре накаливания - железо, углерод и др.
2Na + 2H2O ® 2NaOH + H2
3Fe + 4H2O ®Fe3O4 + 4H2
Под действием сильныхокислителей (фтор, хлор, электрический ток) вода проявляет восстановительныесвойства. Так, реакцию взаимодействия со фтором можно представить следующимобразом:
2F2+2H2O Û 2H2F2+O2
Cуществует три типаприсоединения воды к молекулам других веществ: по ионному, координатному иадсобционному типу.
Присоединение по ионномутипу происходит к оксидам щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов,а также к кислотным оксидам:
CaO + H2O ®Ca (OH)2
P2O5+ 3H2O ® 2H3PO4
Вода, присоединяемая поионному типу, называется конституционной. Она удаляется при нагревании сбольшим трудом. Так отщепление от едкого натра начинается при 1388oС:
2NaOH ® Na2O + H2O
К ионам металлов -комплексообразователей присоединение идёт по координатному типу :
CaCl2 + CH2O ® Ca(H2O)6 · Cl2
Полученные соединенияназываются аквакомплексами, а вода,вошедшая в их состав, -кристаллизационной. Кристаллизационная вода удаляется легче,чемконституционная, например, при выветривании.