Тема 1. Химический состав природных вод

Темы лабораторных работ

п/п	Наименование занятий	Всего часов
	Определение кинетики осаждения взвешенных веществ из природных вод
	Определение доз минеральных коагулянтов
	Изучение процесса сорбции растворенных органических загрязнений на активированных углях
	Итого:

Природная вода как многокомпонентный раствор. Главные ионы в водах, их происхождение. Растворенные газы. Биогенные вещества. Органическое вещество. Микроэлементы и их значение.

Вода (оксид водорода Н₂О) – простейшее устойчивое соединение. Молекулярный вес Н₂О – 18,0160; на Н приходится 11,19% по весу, на О – 88,1%. Поскольку существует 3 изотопа Н (Н’, дейтерий и тритий) и 6 изотопов О, то имеется 36 изотопных разновидностей Н₂О, из которых в природной Н₂О могут встречаться лишь 9, включающих стабильные изотопы. В природной воде содержится Н’₂О¹⁶ в количестве 99,73% по весу.

Чистая природная Н₂О – жидкость без запаха, вкуса и цвета.

Основные физические свойства Н₂О (при Р = 1 атм.)

Температура замерзания, плавления 0 ⁰ С

Температура кипения 100

Плотность при температуре:

О⁰С 0.99984 г/см3

3.98⁰С 0,9999 г/см3

100⁰С 0,95835 г/см3

Уд. теплоемкость: льда 0,487 кал/г. град

Н₂О при t – 20⁰ С 0,999 кал/г. град

Уд. электропроводность при t – 18⁰ С 4,41*10^-8ом^-1см^-1

Уд. теплопроводность при t – 15⁰ С 1,54*10^-3 кал/см.сек.град

Вязкость при 0⁰ С 1,7921см³

Критич. константы: температура 374⁰ С

Давление 218,5 атм

Плотность 0,324 г/см³

По ряду физических свойств по сравнению с другими химическими соединениями Н₂О обнаруживает необычные отклонения (аномалии): 1) плотность Н₂О увеличивается при плавлении льда и при повышении температуры Н₂О от 0 до 3,98⁰ С; 2) аномальна зависимость вязкости от давления (уменьшается с его повышением); 3) теплопроводности от температуры (увеличивается с ростом температуры); 4) высокая теплота плавления и удельная теплоемкость. Это объясняется структурой Н₂О.

+ + тетраэдр, в вершинах четыре полюса

заряда, два – положительных,

два – отрицательных.

-

Многие аномальные свойства Н₂О играют важную роль в биохимических процессах на земле. Благодаря аномалии в плотности лед плавает на поверхности Н₂О, а при замерзании рек на глубине сохраняется теплая Н₂О (Н/Н 4⁰ С).

В физической химии существует понятие гомогенной и гетерогенной систем.

Гомогенная, если каждый параметр во всех частях системы имеет одинаковое значение. Водопроводная вода в сосуде – система гомогенная, т.к. в любой точке все свойства Н₂О одинаковы (плотность, уд. электропроводность, теплопроводность). Н₂О остается гомогенной системой, если в ней растворено некоторое количество солей.

Система называется гетерогенной, если она состоит из нескольких макроскопический частей, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела. Если создать насыщенный раствор соли в Н₂О, (ему способствует наличие твердой соли на дне сосуда), то такая система (р-р + тв. соль) гетерогенна.

Наглядный способ представления областей существования различных фаз в зависимости от внешний условий – диаграмма состояния Н₂О – это система с одним компонентом Н₂О. В такой системе одновременно могут находиться в равновесии 3 фазы: жидкость, лед, пар.

Т

20 пар

жидкая вода

0

лед

-20

-40

-50

0 2 4 6 8 10 12 14 давление

Диаграмма состояния воды

Кривая на рисунке показывает взаимную зависимость давления и температуры, при которой существуют две фазы.

Вода способна растворять очень многие вещества: из неорганических веществ растворимы многие соли, кислоты, основания; из органический веществ растворимы лишь те, в молекулах которых полярные группы составляют значительную часть (спирты, амины, органические кислоты, сахара и т.д.). Газы широко растворимы в Н₂О лишь в тех случаях, когда вступают в химическое взаимодействие с Н₂О (NH₃, CO₂, SO₂). Обычно же растворимость газов в Н₂О невелика.

Химически чистая Н₂О обладает электропроводностью, т.к. она способна в очень незначительной степени диссоциировать с образованием ионов гидроксония [Н₃О⁺] и гидроксила (ОН^-). Ион гидроксония есть гидратированный ион водорода.

[н⁺ ∙ н₂о]

В качестве источников централизованного водоснабжения используют поверхностные и подземные воды, а в безводных и засушливых районах – атмосферные осадки в виде дождя и снега. Состав вод определяется климатическими, гидрогеологическими, почвенно-геологическими, морфологическими факторами, т.е. он зависит от условий формирования и источников питания.