Реферат: Удивительные свойства воды

МОУ Общеобразовательнаягимназия №3

Реферат

по химии

на тему

 

«Удивительныесвойства воды»

 

Выполнил:

Ученик 10 «В» классаБеляевский Антон

Руководитель:

Учитель химии Трифонова Л.В.

Архангельск 2002

Содержание:

 

Введение (цель работы, задачи)                   3

Гл.1. Вода в природе                             3

Гл.2. Водная среда                               3

Гл.3. Физические свойства воды                   4

Гл.4. Химические свойства воды                   6

Гл.5. Диаграмма состояния воды                   7

Гл.6. Тяжелая вода                               9

Гл.7. Ионный состав природных вод                9

Гл.8. Подземные воды                            10

Гл.9. Основные методы очистки сточных вод       11

Гл.10. Опыты:                                   12

   10.1 Разложение водыэлектрическим

        током

   10.2 Выращиваниекристаллов

Приложение                                      14

Заключение (Выводы)                             15

Список литературы                               16

Введение.

 

Цель работы: Изучить на опыте свойстваводы.

Задачи: 

1. Вода в природе.

2. Рассмотреть водную среду.

3. Рассказать о физическихсвойствах воды.

4. Рассказать о химическихсвойствах воды.

5. Рассказать о диаграмме состоянияводы.

6. Рассказать о тяжелойводе.

7. Рассказать об ионномсоставе воды.

8. Рассказать о подземныхводах.

9. Рассмотреть основныеметоды очистки воды.

10. Проделать опыты.

 

Гл.1.Вода в природе. Вода — весьмараспространенное на Земле вещество. Почти 3/4поверхности земного шара покрыты водой, образующейокеаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии ввиде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый годна вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находитсявода, пропитывающая почву и горные породы.

Природная вода не бываетсовершенно чистой. Наиболее чи­стой являетсядождевая вода, но и она содержит незначительные количестваразличных примесей, которые захватывает из воздуха.

Количество примесей впресных водах обычно лежит в преде­лах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5%(масс.) растворенных веществ, главную массу которыхсоставляет хлорид натрия (поваренная соль).

Вода, содержащаязначительное количество солей кальция и магния,называется жесткой в отличие от мягкой воды, на­пример дождевой.Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.

Чтобы освободить природнуюводу от взвешенных в ней частиц, ее фильтруютсквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т. п. При фильтровании больших количеств воды пользуютсяфильтрами из песка и гравия. Фильтры задер­живаюттакже большую часть бактерий. Кроме того, для обезза­раживания питьевой воды еехлорируют; для полной стерилизации воды требуетсяне более 0,7 г хлора на1т воды.

Фильтрованием можно удалитьиз воды только нерастворимые примеси. Растворенныевещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции)или ионного обмена.

Вода имеет очень большоезначение в жизни растений, животных и человека.Согласно современным представлениям, само происхождениежизни связывается с морем. Во всяком организме водапредставляет собой среду, в которой протекаютхимические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом рядебиохимических реакций.

Гл.2Водная среда.Водная среда включает поверхностныеи подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане,содержанием 1 млрд. 375 млн. кубических километров — около 98% всей воды наЗемле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. квадратныхкилометров. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей149 млн. квадратных километров. Вода в океане соленая, причем большая ее часть(более 1 млрд. кубических километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5%и температуру, примерно равную 3,7 oС. Заметные различия в соленостии температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, атакже в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенногокислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров.

     Подземные воды бывают солеными, соленоватыми(меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеютповышенную температуру (более 30 oС). Для производственнойдеятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется преснаявода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общего объема воды наЗемле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных длядобычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводныхайсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовоймировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. кубических километров.Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. кубическимкилометрам. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющаяоколо 5000 кубических километров, приходится на малоплодородные и северныемалозаселенные территории. При отсутствии пресной воды используют соленуюповерхностную или подземную воду, производя ее опреснение или гиперфильтрацию:пропускают под большим перепадом давлений через полимерные мембраны смикроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли. Оба эти процессавесьма энергоемки, поэтому представляет интерес предложение, состоящее виспользовании в качестве источника пресной воды пресноводных айсбергов (или ихчасти), которые с этой целью буксируют по воде к берегам, не имеющим преснойводы, где организуют их таяние. По предварительным расчетам разработчиков этогопредложения, получение пресной воды будет примерно вдвое менее энергоемки посравнению с опреснением и гиперфильтрацией. Важным обстоятельством, присущимводной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционныезаболевания (примерно 80% всех заболеваний). Впрочем, некоторые из них,например коклюш, ветрянка, туберкулез, передаются и через воздушную среду. Сцелью борьбы с распространением заболеваний через водную среду Всемирнаяорганизация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетиемпитьевой воды.

Гл.3. Физические свойства воды. Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды припереходе ее из твердого состояния в жидкое неуменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При нагревании водыот 0 до 4°С плотностьеё также увеличивается. При 4˚С вода имеет максимальную плотность, и лишьпри дальнейшем нагревании её плотность уменьшается.

Если бы при понижениитемпературы и при переходе из жид­кого состояния в твердое плотность водыизменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, топри приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0°С иопускались на дно, освобождая место более тёплым слоям, и так продолжалось быдо тех пор, пока вся масса водоёма не приобрела бы температуру 0°С. Далее воданачинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоёмпромерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были быневозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4°С, топеремещение ее слоёв, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этойтемпературы. При дальнейшем понижении температуры охлаждённый слой, обладающийменьшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищаетлежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

Большое значение в жизниприроды имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоёмкостью[4,18 Дж/(г/>К)],поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остываетмедленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается,являясь, таким образом, регулято­ром температуры на земном шаре.

В связи с тем, что приплавлении льда объём, занимаемый водой, уменьшается, давление понижаеттемпературу плавления льда. Эта вытекает из принципа Ле Шателье. Действительно,пусть лед и жидкая вода находятся в равновесии при О°С. При увеличе­ниидавления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сме­стится в сторонуобразования той фазы, которая при той же темпе­ратуре занимает меньший объем.Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким образом, возрастаниедавления при О°Свызывает превращение льда в жидкость, а это и означает,что тем­пература плавления льда снижается.

Молекула воды имеет угловоестроение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, восновании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода.Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние ме­жду ядрами атомов водорода равнопримерно 0,15 нм. Из восьмиэлектронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды: />.

Две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н,  а остальныечетыре электрона представляют собой две неподелённых электронных пары.

Валентныйугол НОН(104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°).Электро­ны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательномуатому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительныезаряды, так что на этих атомах создаются два положительных полюса. Центрыотрицательных зарядов неподелённых электронных пар атома кислорода, находящиесяна гибридных /> — орбиталях, смещеныотносительно ядра атома и создают два отрицательных полюса.

/>

Молекулярная массапарообразной воды равна 18 и отвечает её простейшей формуле. Однакомолекулярная масса жидкой воды, определяемая путемизучения ее растворов в других растворителях,оказывается более, высокой. Это свидетельствует отом, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой выводподтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызванаобразованием между ними водородных связей.

В твердой воде (лёд) атомкислорода каждой молекулы уча­ствует в образовании двух водородных связей ссоседними молекулами воды согласно схеме,

     />           />

в которой водородные связипоказаны пунктиром. Схема объемной структуры льда изображена на рисунке.Образование водо­родных связей приводит к такомурасположению молекул воды, при котором онисоприкасаются друг с другом своими разноимён­ными полюсами. Молекулы образуютслои, причём каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому жеслою, и с одной — из соседнего слоя. Структура льдапринадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, раз­мерыкоторых несколько превышают размеры молекулы />.

При плавлении льда егоструктура разрушается. Но и в жид­кой воде сохраняются водородные связи междумолекулами: обра­зуются ассоциаты — как бы обломки структуры льда, — состоящихиз большего или меньшего числа молекул воды. Однако в отличие ото льда каждыйассоциат существует очень короткое время: по­стоянно происходит разрушениеодних и образование других агре­гатов. В пустотах таких «ледяных» агрегатовмогут размещаться одиночные молекулы воды; при этом упаковка молекул воды ста­новитсяболее плотной. Именно поэтому при плавлении льда объём, занимаемый водой,уменьшается, а её плотность возрастает.

По мере нагревания воды,обломков структуры льда в ней становится все меньше, что приводит к дальнейшемуповышению плотности воды. В интервале температур от 0 до 4°С этот эффектпреобладает над тепловым расширением, так что плотность воды продолжаетвозрастать. Однако при нагревании выше 4°С преобладает влияние усилениятеплового движения молекул и плотность воды уменьшается. Поэтому при 4°С водаобладает максимальной плотностью.

При нагревании воды частьтеплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водороднойсвязи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокаятеплоемкость воды.

Водородные связи междумолекулами воды полностью разры­ваются только при переходе воды в пар.

Гл.4. Химическиесвойства воды.Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако притемпературах выше 1000 °Ñ водяной пар начинает разлагаться наводород и кислород:

2Н/>О />2Н/>+О/>

Процесс разложения веществав результате его нагревания называется термическойдиссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты.Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степениразлагается вода. Однако даже при 2000 °Ñ степеньтермической диссоциации воды не превышает 2%, т.е. равновесие междугазообразной водой и продуктами ее диссоциации — водородом и кислородом — всееще остается сдвинутым в сторону воды. При охлаждении же ниже 1000 °Ñ равновесие практическиполностью сдвигается в этом направлении.

Вода — весьмареакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются сводой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водойкристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой свыделением водорода.

Вода обладаеттакже каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически непротекают некоторые обычные реакции; например, хлор не взаимодействует сметаллами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосферевоздуха.

Вода способнасоединяться с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразномсостоянии, образуя при этом так называемые гидраты газов. Примерами могутслужить соединения Хе/>6Н/>О, CI/>/>8H/>O, С/>Н/>/>6Н/>О, С/>Н/>/>17Н/>О, которые выпадают в видекристаллов при температурах от 0 до 24 °С (обычно при повышенном давлениисоответствующего газа). Подобные соединения возникают в результате заполнениямолекулами газа («гостя») межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды(«хозяина»); они называются соединениями включения или клатратами.

В клатратныхсоединениях между молекулами «гостя» и «хозяина» образуются лишь слабые межмолекулярныесвязи; включенная молекула не может покинуть своего места в полости кристаллапреимущественно из-за пространственных затруднений, поэтому клатраты — неустойчивые соединения, которые могутсуществовать лишь при сравнительно низких температурах.

Клатратыиспользуют для разделения углеводородов и благо­родных газов. В последнее времяобразование и разрушение клатратов газов (пропана и некоторых других) успешноприменяется для обессоливания воды. Нагнетая в солёную воду при повышенномдавлении соответствующий газ, получают льдоподобные кристаллы клатратов, а солиостаются в растворе. Похожую на снег массу кристаллов отделяют от маточногораствора и промывают, затем при некотором повышении температуры или уменьшениидавления клатраты разлагаются, образуя пресную воду и исход­ный газ, которыйвновь используется для получения клатрата. Высокая экономичность и сравнительномягкие условия осуществления этого процесса делают его перспективным в качествепромышленного метода опреснения морской воды.

Гл 5.Диаграммасостояния воды.Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма) представляет собой графическоеизображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, ифазовыми превращениями в системе (переход из твердого состояния в жидкое, из жидкогов газообразной и т. д.). Диаграммы состояния широко применяются в химии. Дляоднокомпонентных систем обычно используются диаграммы состояния, показывающиезависимость фазовых превращений от температуры и давления; они называютсядиаграммами состояния в координатах Р—Т.

На рисунке приведена в схематической форме (безстрогого соблюдения масштаба) диаграмма состояния воды. Любой точке надиаграмме отвечают определенные значения температуры и давления.

Диаграмма показывает тесостояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значенияхтемпературы и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих всевозможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости ипару.

/>

Рассмотрим каждую из кривыхболее подробно. Начнем с кривой ОА (рис.), отделяющей область пара от областижидкого состояния. Представим себе цилиндр, из которого удален воздух, послечего в него введено некоторое количество чистой, свободной от растворенныхвеществ, в том числе от газов, воды; цилиндр снабжен поршнем, который закрепленв некотором

/>положении. Через некотороевремя часть воды испарится, и над ее поверхностью будет находиться насыщенныйпар. Можно измерить его давление и убедиться в том, что оно не изменяется стечением времени и не зависит от положения поршня. Если увеличить температурувсей системы и вновь измерить давление насыщенного пара, то окажется, что оновозросло. Повторяя такие измерения при различных температурах, найдемзависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Кривая ОАпредстав­ляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те парызначений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар

находятся в равновесии друг с другом — сосуществуют.Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость—пар или кривой кипения. Втаблице приведены значения давления насыщенного

водяного пара при несколькихтемпературах.

Температура Давление насыщенного пара Температура Давление насыщенного пара кПа мм рт. ст. кПа мм рт. ст. 0,61 4,6 50 12,3 92,5 10 1,23 9,2 60 19,9 149 20 2,34 17,5 70 31,2 234 30 4,24 31,8 80 47.4 355 40 7,37 55,3 100 101,3 760

Попытаемся осуществить вцилиндре давление, отличное от равновесного, например, меньшее, чемравновесное. Для этого осво­бодим поршень и поднимем его. В первый моментдавление в ци­линдре, действительно, упадет, но вскоре равновесиевосстановится: испарится добавочно некоторое количество воды и давление вновьдостигнет равновесного значения. Только тогда, когда вся вода испарится, можноосуществить давление, меньшее, чем равновес­ное. Отсюда следует, что точкам,лежащим на диаграмме состоя­ния ниже или правее кривой ОА, отвечаетобласть пара. Если пытаться создать давление,превышающее равновесное, то этого можно достичь, лишь опустив поршень доповерхности воды. Иначе говоря, точкам диаграммы, лежащим выше или левее кривойОА, отвечает область жидкого состояния.

До каких пор простираютсявлево области жидкого и парооб­разного состояния? Наметим по одной точке вобеих областях, ибудем двигаться от них горизонтально влево. Этомудвижению точек на диаграмме отвечает охлаждение жидкости или пара припостоянном давлении. Известно, что если охлаждать воду при нормальноматмосферном давлении, то при достижении 0°С вода начнет замерзать. Проводя аналогичныеопыты при других давлениях, придем к кривой ОС, отделяющей областьжидкой воды от области льда. Эта кривая — кривая равновесия твердое состояние —жидкость, или кривая плавления,— показывает те пары значений температуры идавления, при которых лед и жид­кая вода находятся в равновесии.

Двигаясь по горизонталивлево в области пара (в нижнею части диаграммы), аналогичным образом придем ккривой 0В. Это—кривая равновесия твердое состояние—пар, или криваясублимации. Ей отвечают те пары значений температуры к давлению, при которых вравновесии находятся лед и водяной пар.

Все три кривые пересекаютсяв точке О. Координаты этой точки — это единственная пара значенийтемпературы и давления,. при которых в равновесии могут находиться все трифазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки.

Кривая плавления исследованадо весьма высоких давлений, В этой области обнаружено несколько модификацийльда (на диаграмме не показаны).

Справа кривая кипенияоканчивается в критической точке. При температуре, отвечающей этой точке, — критическойтемпературе —  величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара,становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состояниемисчезает.

Существование критическойтемпературы установил в 1860 г. Д. И. Менделеев, изучая свойства жидкостей. Онпоказал, что при температурах, лежащих выше критической, вещество не можетнаходиться в жидком состоянии. В 1869 г. Эндрьюс, изучая свойства газов, пришелк аналогичному выводу.

Критические температура идавление для различных веществ различны. Так, для водорода /> = —239,9 °Ñ, />= 1,30 МПа, для хлора />=144°С, />=7,71 МПа, для воды />= 374,2 °С,    />=22,12 МПа.

Одной из особенностей воды,отличающих ее от других веществ, является понижение температуры плавления льдас ростом давления. Это обстоятельство отражается на диаграм­ме. Кривая плавленияОС на диаграмме состояния воды идет вверх влево, тогда как почти для всехдругих веществ она идет вверх вправо.

Превращения, происходящие сводой при атмосферном давле­нии, отражаются на диаграмме точками или отрезками,располо­женными на горизонтали, отвечающей 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Так,плавление льда или кристаллизация воды отвечает точке D, кипение воды — точке Е,нагревание или охлаждение воды — отрезку DE и т. п.

Диаграммы состоянияизучены для ряда веществ, имеющих научное или практическое значение. В принципеони подобны рассмотренной диаграмме со­стояния воды. Однако на диаграммахсостояния различных веществ могут быть особенности. Так, известны вещества,тройная точка которых лежит при давле­нии,превышающем атмосферное. В этом случае нагревание кристаллов при ат­мосферномдавлении приводит не к плавлению этого вещества, а к его сублимации — превращениютвердой фазы непосредственно в газообразную.

Гл 6. Тяжелаявода.При электролизе обычной воды, содержащей наряду смолекулами Н/>О также незначительноеколичество молекул D/>O, образованных тяжелымизотопом водорода, разложению подвергаются преимущественно молекулы Н/>О. Поэтому при длительномэлектролизе воды остаток постепенно обогащается молекулами D/>O. Из такого остатка послемногократного повторения электролиза в 1933 г. впервые удалось выделитьнебольшое количество воды, состоящей почти на100% из молекул D/>О и получившей название тяжелой воды.

По своим свойствам тяжелаявода заметно отличается от обычной воды (таблица). Реакции с тяжелой водойпротекают медленнее, чем с обычной. Тяжелую воду применяют в качествезамедлителя нейтронов в ядерных реакторах.

Константа

Н/>О

D/>О

Молекулярная масса 18 20 Температура замерзания, °С, 3,8 Температура кипения, °С, 100 101,4 Плотность при 25°С, г/см Температура максимальной плотности, °С

0,9971

4

1,1042 11,6

 

Гл. 7. Ионныйсостав природных вод.Происходящее в почвах процессы окисления органическихвеществ вызывают расход кислорода и выделение углекислоты, поэтому в воде прифильтрации её через почву возрастает содержание углекислоты, что приводит кобогащению природных вод карбонатами кальция, магния и железа, с образованиемрастворимых в воде кислых солей типа:

CaCO3+ H2O + CO2 ® Ca(HCO3)2

Бикарбонаты присутствуютпочти во всех водах в тех или иных количествах. Большую роль в формированиихимического состава воды играют подстилающие почву грунты, с которыми водавступает в соприкосновение, фильтруясь и растворяя  некоторые минералы.Особенно интенсивно обогащают воды осадочные породы, такие, как известняки,доломиты, мергели, гипс, каменная соль и др. В свою очередь почва и породыобладают способностью адсорбировать из природной воды некоторые ионы (например,Ca2+ , Mg2+), замещая их эквивалентнымколичество других ионов (Na+, K+).

Подпочвенными водами легчевсего растворяются хлориды и сульфаты натрия и магния, хлорид кальция.Силикатные и алюмосиликатные породы (граниты, кварцевые породы и т.д.) почтинерастворимы в воде и содержащей углекислоту и органические кислоты.

Наиболее распространеннымив природных водах являются следующие ионы: Cl- ,SO/>,HCO/>,CO/>,Na+ ,Mg2+ ,Ca2+ ,H+.

Ион хлора присутствуетпочти во всех природных водоемах, причем его содержание меняется в оченьшироких пределах. Сульфат — ион также распространен повсеместно. Основнымисточником растворенных в воде сульфатов является гипс. В подземных водах ссодержанием сульфат — иона обычно выше, чем в воде рек и озер. Из ионовщелочных металлов в природных водоемах в наибольших количествах находится ионнатрия, который является характерным ионом сильноминерализованных вод морей иокеанов.

Ионы кальция и магния в маломинерализованныхводах занимают первое место. Основным источником ионов кальция являетсяизвестняки, а магния — доломиты (MgCO3 ,CaCO3). Лучшаярастворимость сульфатов и карбонатов магния позволяет присутствовать ионаммагния в природных водах в больших концентрациях, чем ионов кальция.

Ионы водорода в природнойводе обусловлены диссоциацией угольной кислоты. Большинство природных вод имеютpH в пределах 6,5 — 8,5. Для поверхностных вод в связи с меньшим содержанием вних углекислоты pH обычно выше, чем для подземных.

Соединения азота вприродной воде представлены ионами аммония, нитритными, нитратными ионами засчет разложения органических веществ животного и растительного происхождения.Ионы аммония, кроме того, попадают в водоемы со сточными промышленными водами.

Соединения железа оченьчасто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор можетпроисходить под действием кислорода или кислот (угольной, органических). Такнапример, при окислении весьма распространенного в породах пирита получаетсясернокислое железо:

FeS2 + 4O2 ® Fe2+ + 2SO/>, а при действии угольной кислоты — карбонат железа:

FeS2 +2H2CO3 ®Fe2+ + 2HCO3 + H2S + S.

Соединения кремния вприродных водах могут быть в виде кремниевой кислоты. При pH < 8 кремниеваякислота находится практически в недиссоциированном виде; при pH >8кремниевая кислота присутствует совместно с HSiO/>, а при pH >II — только HSiO/>. Часть кремниянаходится в коллоидном состоянии, с частицами состава HSiO2·H2O, а также в виде поликремневойкислоты: X·SiO2·Y·H2O. В природных водахприсутствуют также Al3+ ,Mn2+ и другие катионы.

Помимо веществ ионного типаприродные воды содержат также газы и органические и грубоцисперсные взвеси.Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород иуглекислый газ. Источником кислорода является атмосфера, углекислоты — биохимические процессы, происходящие в глубинных слоях земной коры, углекислотаиз атмосферы.

Из органических веществ,попадающих извне, следует отметить гуминовые вещества, вымываемые водой изгумусовых почв (торфяников, сапропелитов и др.). Большая часть из них находитсяв коллоидном состоянии. В самих водоемах органические вещества непрерывнопоступают в воду в результате отмирания различных водных организмов. При этомчасть из них остается взвешенной в воде, а другая опускается на дно, гдепроисходит их распад.

Грубодисперсные примеси,обуславливающие мутность природных вод, представляют собой веществаминерального и органического происхождения, смываемые с верхнего покрова землидождями или талыми водами во время весенних паводков.

Гл. 8. Подземныеводы.   Советскийученый Лебедев на основе многочисленных экспериментов разработал классификациювидов воды в почвах и грунтах. Представления А.Ф.Лебедева, получившиедальнейшее развитие в более поздних исследованиях, позволили выделить следующиевиды воды в горных породах: в форме пара, связанную, свободную, в твердомсостоянии.

Парообразованная водазанимает в породе поры, не заполненные жидкой водой, и перемещается за счетразличной величины упругости пара или потоком воздуха. Конденсируясь начастицах породы, водяные пары переходят в другие виды влаги.

Различают несколько видовсвязанной воды. Сорбированная вода удерживается частицами породы под влияниемсил, возникающих при взаимодействии молекул воды с поверхностью этих частиц и собменными катионами. Сорбированную воду разделяют на прочносвязанную ирыхлосвязанную. Если влажную глину подвергать давлению, то даже под давлением внесколько тысяч атмосфер часть воды невозможно удалить из глины. Этопрочносвязанная вода. Полное удаление такой воды достигается лишь притемпературе 150 — 300оС. Чем меньше минеральные частицы, слагающиепороду, и, следовательно, выше их поверхностная энергия, тем большее количествопрочносвязанной воды в этой породе. Рыхлосвязанная, или пленочная, водаобразует плёнку вокруг минеральных частиц. Она удерживается слабее и довольнолегко удаляется из породы под давлением. Особенно важную роль играет сорбированнаявода в глинистых породах. Она влияет на прочностные свойства глин ифильтрационную способность.

Как уже указывалось,связанная вода участвует в строении кристаллических решёток некоторыхминералов. Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решётки.Гипс, например, содержит две молекулы воды CaSO4·2H2O. При нагревании гипс теряетводу и превращается в ангидрит (CaSO4).

Известно, что притемпературе около 4оС вода имеет максимальную плотность 1,000 г/см3.При 100оС её плотность — 0,958 г/см3, при 250оС-

0,799 г/см3. Засчет пониженной плотности происходит конвективное, восходящее движение нагретыхподземных вод.

Принято считать, что водапрактически несжимаема. Действительно, коэффициент сжимаемости воды,показывающий, на какую долю первоначального объема уменьшится объём воды приувеличении давления на I aт, очень мал. Для чистой воды он равен 5·10-5 I/ат. Однако упругие свойстваводы, а также водовмещающих пород играют важнейшую роль в подземнойгидродинамике. За счет сил упругости создается напор подземных вод. Температураи давление действуют на плотность воды в противоположном направлении.

Плотность подземных водзависит также от их химического состава и концентрации солей. Если пресныеподземные воды имеют плотность, близкую к 1 г/см3, то плотностьконцентрированных рассолов достигает 1,3 — 1,4 г/см3. Повышениетемпературы приводит к значительному уменьшению вязкости подземных вод и, такимобразом, облегчает их движение через мельчайшие поры.

Подземные водыисключительно разнообразны по свому химическому составу. Высокогорные источникиобычно дают очень пресную воду с низким содержанием растворенных солей, иногдаменее 0,1 г. в 1 л., а в одной из скважин в Туркменистане был рассол сминерализацией 547 г/л.

Гл. 9. Основные методы очисткисточных вод.Методы,применяемые для очистки производственных и бытовых сточных вод, можно разделитьна три группы: механические; физико-химические, биологические. В комплексочистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. Взависимости от требуемой степени очистки они могут допол­няться сооружениямибиологической либо физико-хими­ческой очистки, а при более высоких требованияхв состав очистных сооружений включаются сооружения глубокой очистки. Передсбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всехстадиях очистки осадок или избыточная биомасса пос­тупает на сооружения пообработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системыводообеспечения промышленных предприятий, на сельско­хозяйственные нужды илисбрасываться в водоем. Обра­ботанный осадок может утилизироваться, уничтожатьсяили складироваться.

Механическаяочистка применяется     для  выделения из сточных вод нерастворенныхминеральных и органи­ческих примесей. Как правило, она является методомпредварительной очистки и предназначена для подго­товки сточных вод кбиологическим или физико-хими­ческим методам очистки. В результате механическойочистки обеспечивается снижение взвешенных веществ до 90%, а органических веществдо 20%. В состав   сооружений   механической   очистки входят решетки,различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются   для  выделения    из    сточных вод     тяжелых минеральных  примесей, в основномпеска. Обезвоженный песок при надежном   обеззараживании может быть использованпри   производстве  дорожных работ и изготовлении строительных материалов.Усреднители применяются для     регулирования состава и   расхода   сточных  вод. Усреднение   достигается либо дифференцированием    потока поступающейсточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков. Первичныеотстойники применяются для выделения из сточных вод взвешенных веществ, которыепод действием гравитационных сил оседают на дно отстойни­ка, или всплывают наего поверхность.

Для очистки сточных    вод, содержащих нефть и нефтепродукты, приконцентрациях более 100   мг/л   применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляютсобой прямоугольные   резервуары, в которых происходит разделение нефти и водыза счет разности их плотнос­тей. Нефть и нефтепродукты всплывают наповерхность, собираются и удаляются из нефтеловушки на утилизацию.

Биологическая очистка –широко применяемый на практике метод   обработки   бытовых и производственныхсточных вод. В его основе лежит процесс биологическо­го окисления органическихсоединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окислениеосуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различныхбактерий, простейших и ряд более высокоор­ганизованных организмов — водорослей,грибов и т. д., связанных между собой в единый комплекс сложны­мивзаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

Химические ифизико-химические методы очистки играют значительную роль при обработкепроизводственных сточных            вод.

Они применяются как самостоятельные,так и в сочетании с механическими и биологи­ческими методами.

Нейтрализация применяетсядля обработки производственных сточных вод многих отраслей промышленности,содержащих щелочи и кислоты. Нейтрализация сточных вод осуществляется                        сцелью предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистныхсооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях иводоемах.

 

Гл.10. Опыты.

 

Опыт №1

Разложение водыэлектрическим током.

Цель:доказать опытным путём, что при разложении воды электрическим током выделяетсякислород и водород.

Оборудование:  1)вода;

              2) чаша;

              3) источник тока;

              4) поваренная соль (NaCl);

              5) провода.

Ходработы: 1) Собрать прибор для разложенияводы                                                                          электрическим током.

2) Дистиллированная вода электрический ток не проводит,но при добавлении поваренной соли (NaCl) –отличный проводник электричества.

Наблюдения:  При разложении водыэлектрическим током, я заметил, что на проводе с отрицательным зарядом бурновыделялись пузырьки газа, а на проводе с положительным зарядом они толькоскапливались у их кончиков. Так как в молекуле воды (Н2О) на дваатома водорода приходится один атом кислорода то, тот газ, который бурновыделялся, будет водородом, а тот, который только скапливался на концахпроводов – кислородом. Вскоре провод с выделяющимся кислородом начал окислятся- он почернел и распался, а на проводе, на котором выделялся водород,образовался белый «налёт». Через некоторое время разлагающаяся вода приобрелаголубоватый оттенок.

  Опыт №2

                       Выращивание кристаллов.

Цель:вырастить кристаллы алюмокалиевых квасцов (KAl(SO4)2  />12H2O) и железного купороса (FeSO4/> 7H2O).

Оборудование: 1)химические стаканы;

                           2) шерстяные нитки;

                           3) соли;

                           4) вода;

                           5) палочка.

Ходработы: Кристаллы выращивают в основном способом постепенногоохлаждения насыщенного раствора, так как это позволяет в более короткие срокивырастить большие кристаллы правильной формы. В научной и методическойлитературе описываются различные методы выращивания кристаллов.

Насыщенные растворы солей готовят при температуре 70 – 80°С.

Алюмокалиевые квасцы (KAl(SO4)2  />12H2O): 150 – 200 г на 500мл.

Железный купорос (FeSO4/> 7H2O): 200 – 250 г на 500 мл. [1]                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

/>

         рис.1 Разложение воды электрическим током

        />

рис.2 Выращивание кристаллов

                                     

                                 

 

Заключение.

 

      Выводы:

1.  Вода — это жидкость безцвета, вкуса и запаха, температура плавления — 0 °С, температура кипения — 100 °С, удельнаятеплоемкость — 4,18 Дж/(г/>К);

2.  Вода имеет химическуюформулу  H2O, молекула воды имеетугловое строение;

3.  Вода существует в трехагрегатных состояниях — жидком, твердом и газообразном;

4.  Вода — реакционноспособноевещество.

5.  Ионный состав различных природныхвод заметно отличается.

6.  Существуют разные методыочитски воды.

На практике были проведеныопыты, и описаны результаты эксперимента с участием воды.

Результаты опытов оформленыв приложении.

В дальнейшем намеченапрограмма по экспериментальному и теоретическому изучению воды.

     

                 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

 

 

1.  АлексинскийВ.Н. Занимательные опыты по химии: Пособие для учителей. – М.: Просвещение,1980 – 127 с.

2.  АхметовН.С.  Неорганическая химия. — М., 1992г.

3.  ГлинкаН.А.  Общая химия. — Л. 1989г.

4.  Глобальнаясеть «Интернет».

5.  Детскаяэнциклопедия. Техника и производство. – М., 1972г.

6.  КриуманВ.А. Книга для чтения по неорганической химии.  Ч.1. Пособие для учащихся – М.:Просвещение, 1983г. – 320с.

7.  ЛивчакИ. Ф., Воронов Ю.В.,«Охрана окружающей среды».

8.  ПанинаЕ.Ф., “Состав, свойства и методы очистки сточных вод      предприятий горнойпромышленности”, 1990г.

9.  ПрокофьевМ.А. Энциклопедический словарь юного химика. – М., 1982г.

10. СергеевЕ.М., Кофф Г.Л. «Рациональное   использование и охрана окружающей средыгородов».

11. ФадеевГ.Н. Химические реакции: Пособие для учащихся. –   

     М.: Просвещение, 1980г.– 176 с.

12. ХомченкоГ.П. Пособие по химии для поступающих в ВУЗы. – М., ОНИКС, 2000г. – 464с.

13. ЧерноваН.М., Былова А.М., «Экология».