![]() |
|
|
ВОДАВОДА (оксид водорода) Н2О, молекулярная масса 18,016, простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом. Жидкость без запаха, вкуса и цвета. Распространение в природе. Вода - одно из самых распространенных на Земле соединений. Молекулы воды обнаружены в межзвездном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников. Кол-во воды на поверхности Земли оценивается в 1,39*1018 т, большая часть ее содержится в морях и океанах. Кол-во доступных для использования пресных вод в реках, озерах, болотах и водохранилищах составляет 2*104 т. Масса ледников Антарктики, Антарктиды и высокогорных районов 2,4*1016т, примерно столько же имеется подземных вод, причем только небольшая их часть - пресные. В глубинных слоях Земли содержится значительно больше (повидимому, не менее, чем на порядок) воды, чем на поверхности. В атмосфере находится ок. 1,3*1013 т воды. Вода входит в состав многие минералов и горных пород (глины, гипс и др.), присутствует в почве, является обязат. компонентом всех живых организмов. Изотопный состав. Существует 9 устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее (мол. %): 1Н216О - 99,13; 1Н218О - 0,2; 1Н2170-0,04; 1Н2О16О-0,03; остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожных кол-вах. Кроме стабильных изотопных разновидностей, в воде содержится небольшое количество радиоактивного 3Н2 (или Т2О). Изотопный состав природной воды разного происхождения несколько варьирует. Особенно непостоянно отношение 1Н/2Н: в пресных водах - в среднем 6900, в морской воде -5500, во льдах - 5500-9000. По физических свойствам D2O заметно отличается от обычной воде (см. Тяжелая вода). Вода, содержащая 18О, по свойствам ближе к воде с 16О. Строение молекулы и физические свойства. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О—Н 0,0957 нм; валентный угол Н—О—Н 104,5°; дипольный момент 6,17*10-30 Кл*м; поляризуемость молекулы 1,45*10-3 нм3; средний квадрупольный момент — 1,87*10-41 Кл*м2, энергия ионизации 12,6 эВ, сродство к протону 7,1 эВ. При взаимодействие молекулы воды с др. атомами, молекулами и ионами, в т.ч. с другими молекулами воды в конденсир. фазах, эти параметры изменяются. Некоторые параметры, характеризующие свойства воды в разных агрегатных состояниях
при атм. давлении, приведены ниже (см. также табл. 1 и рис. 1, на котором
указаны области существования различные модификаций льда):
Физ. свойства воды аномальны. Плавление льда при атм. давлении сопровождается
уменьшением объема на 9%. Температурный коэффициент объемного расширения льда
и жидкой воды отрицателен при т-pax соответственно ниже -210°С и 3,98 °С. Теплоемкость
С° при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале 0-100°С почти не
зависит от температуры (имеется минимум при 35 °С). Минимум изо-термодинамически сжимаемости
(44,9*10-11 Па-1), наблюдаемый при 46°С, выражен
довольно четко. При низких давлениях и температурах до 30 °С вязкость воды с ростом
давления падает. Высокие диэлектрическая проницаемость и диполъный момент воды
определяют ее хорошую растворяющую способность по отношению к полярным
и ионогенным веществам. Благодаря высоким значениям С°, Табл. 1 - СВОЙСТВА ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА, НАХОДЯЩИХСЯ В РАВНОВЕСИИ
Рис. 1. Фазовая диаграмма воды. Взаимодействие между молекулами воды. Структура конденсированных
фаз. Молекулы воды, обладая значительной ди-польным моментом, сильно взаимодействие
друг с другом и полярными молекулами др. веществ. При этом атомы водорода могут
образовывать водородные связи с атомами О, N, F, Cl, S и др. В водяном
паре при невысоких температурах и умеренных давлениях присутствует небольшое количество
(ок. 1% при температуре кипения и атм. давлении) димеров воды (для них ~ 15 кДж/моль),
расстояние между атомами кислорода Структура модификаций льда представляет собой трехмерную сетку. В плотных
модификациях VI-VIII, устойчивых при высоких давлениях, можно даже выделить
две такие сетки, "вставленные" одна в другую. В модификациях, существующих
при низких давлениях (льды Ih и Iс), связи Н—О—Н почти прямолинейны и направлены
к вершинам практически правильного тетраэдра. В модификациях II-VI связи
искривлены и углы между ними отличаются от тетраэдрического, что обусловливает
увеличение плотности по сравнению с плотностью обычного льда.
Рис. 2. Схема тетраэдрич. координации молекулы воды; сплошные линии - ковалентные связи; пунктирные линии - водородные связи. Но плотность модификаций II-VI значительно ниже той, которой мог бы обладать
лёд при плотной упаковке молекул. Только в модификациях VII и VIII достигается
достаточно высокая плотность упаковки: в их структуре две правильные сетки,
построенные из тетраэдров (аналогичные существующим в кубич. низкотемпературном
льде Iс, изоструктурном алмазу), вставлены одна в другую; при этом сохраняется
система прямолинейных водородных связей, а координац. число по кислороду
удваивается и достигает 8. Расположение атомов кислорода во льдах VII и
VIII подобно расположению атомов в Трехмерная сетка водородных связей, построенная из тетраэдров, существует и в жидкой воде во всем интервале от температуры плавления до критической. Увеличение плотности при плавлении, как и в случае плотных модификаций льда, объясняется искривлением водородных связей и отклонением углов между ними от тетраэдрических. Искривление связей увеличивается с ростом температуры и давления, что приводит к возрастанию плотности. С др. стороны, при нагревании средняя длина водородных связей становится больше, в результате чего плотность уменьшается. Совместное действие двух факторов объясняет наличие максимума плотности воды при 3,98 °С. Химические свойства. Лишь незначительной доля молекул (при 25°С -
примерно 1 на 5*109) подвергается электролитич. диссоциации
по схеме: Н2О Образование воды из элементов по реакции Н2 + 1/2O2 Вода - реакционноспособное соединение. Она окисляется атомарным кислородом:
Н2О + О -> Н2О2. При взаимодействие воды с F2
образуются HF, а также О, О2, О3, Н2О2,
F2O и др. соединения. С остальными галогенами при низких температурах
вода реагирует с образованием смеси кислот HHal и ННаlO. При обычных условиях
с водой взаимодействие до половины растворенного в ней Cl2 и значительно
меньшие кол-ва Вr2 и 12. При повыш. температурах хлор и
бром разлагают воду с образованием HHal и О2. При пропускании
паров воды через раскаленный уголь она разлагается и образуется так называемой водяной
газ: Н2О + С Способность молекул воды образовывать трехмерные сетки водородных связей позволяет ей давать с инертными газами, углеводородами, СО2, Cl2, (СН2)2О, СНCl3 и многими др. веществами так называемой газовые гидраты. Вода как растворитель. 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 многие сульфатов, карбонатов и фосфатов при повышении температуры уменьшается или сначала повышается, а затем проходит через максимум. Растворимость малополярных в-в (в том числе газов, входящих в состав атмосферы) в воде низкая и при повышении температуры обычно сначала снижается, а затем проходит через минимум. С ростом давления 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 (см. также Гидролиз). Между растворенными в воде ионами, атомами, молекулами, не вступающими с ней в химический реакции, и молекулами воды существуют не разрушающие их ион-дипольные и межмол. взаимодействия (см. Гидратация). Природная вода. Представляет собой сложную многокомпонентную систему, в состав которой входят минеральных вещества, газы, а также коллоидные и крупнодисперсные частицы, в том числе микроорганизмы. По величине минерализации (г/л) различают следующей 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, Cl (анионогенные воды). К микрокомпонентам природной воды относятся редкие и рудные элементы, например В, Li, Rb, Cu, Zn, Bi, Be, W, U, Br, I и др. Осн. газы, содержащиеся в природные 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 различные состава. Данные о составе некоторых природной воды приведены в табл. 2. Табл. 2-СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД
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 химический веществ, которые встречаются в природной воде или добавляются
к воде при ее обработке (см. Водоподготовка), не должна превышать
(мг/л):
Содержание примесей, которые влияют на органолептические свойства 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 спец. обработки, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологич. службы допускаются следующей 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 пром. предприятиями, принято называют 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 промышлености 70-75% от общего расхода воды применяют как хладагент по циркуляц. схеме. В этом случае вода лишь нагревается и практически не загрязняется. Главные источники загрязнения охлаждающей воды систем циркуляц. водоснабжения - вода, добавляемая в системы для восполнения неизбежных потерь, и атм. воздух, из к-poro вымываются в охладителях воды взвешенные вещества и газы, растворимые в воде. Осн. ионами, которые могут приводить к отложениям минер, солей в системах циркуляц. водоснабжения, являются анионы НСО3-, CO32-, ОН-, SOl42-, PO43-, SiO32-, а также катионы Са2+, Mg2+ , Fe2+,3+ , A13+ , Zn2+ . Наиб. часто встречающийся компонент солевых отложений - СаСО3 (см. Жесткость воды). Предотвратить отложение карбонатов можно подкислением воды H2SO4 или НCl, ее рекарбонизацией (обычно обработка топочными газами, содержащими СО2), действием полифосфатов (NaPO3)6 и Na5P3O10, органическое фосфатов и др. Для предотвращения (уменьшения) коррозии труб и теплообменного оборудования в воде добавляют ингибиторы коррозии: полифосфаты, ингибиторы на основе хромато-цинковых смесей и др. Для предупреждения обрастания оборудования бактериями воды в основном хлорируют (содержание Cl2 до 5 мг/л), а иногда озонируют. Лечебные воды. В качестве лечебных применяют природной воде, содержащие значительной количество минер, солей, газы, некоторые элементы и др. (подробнее см. Минеральные воды). Полезная информация: В последние годы значительно ухудшилось качество питьевой воды. Причиной тому послужило значительное увеличение загрязняющих выбросов как бытовых, так и производимых промышленными предприятиями. Сейчас в воде находят химические, биологические и даже радиоактивные загрязнения, которые крайне отрицательно влияют на здоровье человека. Именно этим можно объяснить резко возросший интерес к системам очистки воды, как у покупателей, так и у производителей. Задумываясь о своем здоровье, все больше людей устанавливают системы очистки воды в квартирах, дачах, коттеджах. |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |
|
Введение в химию окружающей среды. Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей
среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги
заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в
разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности.
Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и
атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на
химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах.
Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии
университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга
читателей.
Химия и технология редких и рассеянных элементов. Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов
химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии
лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во
второй
части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана,
лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В
третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия,
тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание
уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В
технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика
рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов
производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие
составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по
1972 год включительно.
|
|