Природная вода хим состав

Химический состав, классификация и некоторые особенности природных вод

На планете есть большое количество воды, из которой 97,4 % по массе составляют морские и океанские воды. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой. Однако никогда и нигде вода в природе не бывает чистой из-за того, что она является наилучшим природным растворителем. При контакте с водой растворяются прежде всего твёрдые вещества – породы, минералы, соли. Вода растворяет также газы, что выходят из глубины Земли (СО₂, H₂S, CH₄ и др.), а в контакте с атмосферным воздухом в водах растворяются О₂, СО₂, N₂ и т.д. Большое значение при этом имеет растворённая угольная кислота, которая при взаимодействии с карбонатсодержащими минералами переводит их в хорошо растворимые гидрокарбонаты. Кроме того, в природных водах всегда есть значительное количество органических веществ – продуктов жизнедеятельности и разложения водных организмов (гидробионтов).

Большое разнообразие качественного и количественного химического состава природных вод не дает возможности классифицировать их по какому-либо одному признаку. С точки зрения аналитической химии наиболее приемлемой является классификация по содержанию основных солевых компонентов, которые составляют так называемую матрицу объекта анализа. Химический состав матрицы в большом количестве случаев является одним из важных факторов, который нужно иметь в виду при выборе метода анализа, подготовки пробы к анализу и выполнения аналитических операций.

Количественный состав матрицы природных вод характеризуется суммой солевых компонентов (главных ионов). Она создаёт так называемую минерализацию воды, которая выражается через Σ_i (г/кг). По величине минерализации природные воды подразделяются на 4 группы:

Подразделения вод согласно минерализации

Минерализация Σ_i г/кг

Качественный состав матрицы природных вод можно характеризовать соотношением шести главных ионов, которые могут присутствовать в количестве 12,5 % — экв. Такими ионами являются: Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl — , SO₄ 2- и HCO₃ + CO₃ 2- . По преобладающему содержанию ионов природные воды делятся на 3 класса: гидрокарбонатные и карбонатные (HCO₃ + CO₃ 2- ), сульфатные (SO₄ 2- ) и хлоридные (Cl — ). В свою очередь, каждый класс по преобладающему наличию катионов делится на 3 группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Так, поверхностные воды Украины являются в основном гидрокарбонатно-кальциевыми, морские воды – хлоридонатриевые, а некоторые колодезные воды – сульфатно-магниевые («гирка вода») и т.д.

Особое внимание на качественный и количественный состав матрицы (главных ионов) природных вод необходимо обращать при их концентрировании и при определении некоторых химических ингредиентов, в частности, микрокомпонентов. Например, при выпаривании гидрокарбонатно-кальциевых вод может образоваться осадок Са СО₃, на котором способны адсорбироваться много органических соединений и ионов металлов. При определении органического углерода в хлоридных водах окислением бихроматом необходимо создать условия для предотвращения окисления хлорид — ионов; при фотометрическом определении ионов аммония реактивом Неслера в сульфатно-натриевых водах необходимо предотвратить образование малорастворимого гидроксида Mg и т.д.

Химические ингредиенты природных вод делятся на 5 основных групп:

1. Растворенные газы – О₂, СО₂, Н₂S, СН₄ и т. д.
2. Главные ионы (солевые компоненты) – НСО₃, СО₃ 2- , Cl — , SO₄ 2- , Na + , + K + , Mg 2+ , Ca 2+ .
3. Биогенные элементы – NH₄ + , NO₂ — ,NO — ₃, азот органический (Nорг), орто и натрофосфаты, фосфор органический (Рорг), ортосиликаты, Fe (II, III).
4. Микроэлементы – Mn, Cn, Zn, CO, MO (биометаллы), Ni, Cr, Cd, Pb, Hg, F и др. компоненты (неорганические промышленные загрязнители)
5. Органические вещества – углерод органический (Сорг), белки, амины, аминокислоты, карбонаты и оксикарбонатовые кислоты, сложные эфиры, углеводы, жиры, карбонильные соединения природного и антропогенного происхождения.

Источник

3) Химические свойства воды. Химический состав природных вод.

Вода — химически активное вещество, она реагирует с неметаллами, с металлами, с солями вступает в реакцию гидролиза, в воде происходит электролитическая диссоциация, органические вещества вступают в водой в реакцию гидратации. Окисляется атомарным кислородом до пероксида водорода, реагирует с галогенами при обычной температуре. с углеродом. оксидом углерода и метаном при высокой температуре. Это используется для получения водорода, водяного газа, синтез-газа и др. Вода катализирует многие процессы. Большинство из этих реакций находят практическое применение. вода используется широко в промышленности, в сельском хозяйстве, в быту, в медицине, химической практике. в строительстве. Вода самый распространенный растворитель. Огромная роль воды в жизни человека и природы послужила причиной того, что она была одним из первых соединений, привлекших внимание учёных. Тем не менее изучение воды ещё далеко не закончено.Подземные воды исключительно разнообразны по своему химическому составу. Высокогорные источники обычно дают очень пресную воду с низким содержанием растворенных солей, иногда менее 0,1 г. в 1 л., а в одной из скважин в Туркменистане был рассол с минерализацией 547 г/л Вода – универсальный растворитель. Она медленно, но верно растворяет практически все вещества, существующие в природных условиях. Минерализация– содержание в воде растворенных минеральных веществ, выраженное в мг/л или г/м3(М,_и(онов)).Соленость– содержание в воде растворенных минеральных веществ, выраженное в г/кг или в промилле. Классификация природных вод по минерализации:

1. Пресные: минерализация = 0-1000 мл/г, соленость = 0-1 0,1% — большинство рек и озер, подземных вод. Пресные воды являются питьевыми.
2. Солоноватые: минерализация = 1000-24700, соленость 1-24,7 0,1% — Каспийское море (11-12 0,1%), Балтийское море (8-9 0,1%), оз. Балхаш (3 0,1%).
3. Соленые: соленость 25-50 0,1%.
4. Рассолы: соленость >50 0,1% — оз. Эльтон, оз. Баскунчак, Мертвое море, зал. Кара-Богаз-Гол.

4) Физический свойства воды. Состояние (ст.усл.): жидкость

• Плотность: 0,9982 г/куб.см
• Динамическая вязкость (ст.усл.): 0,00101 Па•с (при 20°C)
• Кинематическая вязкость (ст.усл.): 0,01012 кв.см/с (при 20°C)

Термические свойства воды:

• Температура плавления: 0°C
• Температура кипения: 99,974°C
• Тройная точка: 0,01 °C, 611,73 Па
• Критическая точка: 374°C, 22,064 MПа
• Молярная теплоёмкость(ст.усл.): 75,37 Дж/(моль•К)
• Теплопроводность(ст.усл.): 0,56 Вт/(м•K)

Агрегатные состояния воды:

• Твёрдое — лёд.
• Жидкое — вода.
• Газообразное — водяной пар.

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0°C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100°C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01°C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления. При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374°C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения. Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0°C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд. 5)физические « аномалии» воды и их гидрологическое значение.

1. Высокая по сравнению с другими веществами температура плавления, поэтому вода на Земле может находиться в твердом состоянии.
2. Сравнительно высокая температура плавления, поэтому вода на Земле может находиться в жидком виде.
3. Плотность льда значительно меньше плотности воды, благодаря этому при замерзании водоема лед экранирует его от дальнейшего охлаждения (лед обладает небольшой теплоемкостью).
4. При температуре от 0 до 4С с увеличением температуры плотность также увеличивается, поэтому при охлаждении поверхностного слоя до 4С опускание слоев прекращается.
5. Удельная теплота ледообразования очень велика, поэтому процесс ледообразования идет замедленно.
6. Удельная теплота парообразования очень велика, поэтому процесс парообразования идет замедленно.
7. Удельная теплоемкость очень велика, поэтому вода медленно нагревается и медленно охлаждается.
8. Теплопроводность достаточно мала.
9. Вязкость достаточно мала, поэтому вода является очень текучим веществом, она способна переносить различные объекты.
10. Поверхностное натяжение достаточно велико, поэтому образуется мельниск – капиллярные силы, благодаря которому растения способны брать воду из Земли, капли воды обладают большой ударной силой.

6)Метод водного баланса в гидрологии. Для вывода уравнения водного баланса, являющегося частным случаем закона сохранения вещества, следует учитывать следующие параметры: время (сутки, декада, месяц, сезон, год); объем (вместо массы в уравнении состояния вещества), единицы слоя. Уравнение водного баланса для объема выглядит так (все компоненты выражены в единицах объема): X + Y₁ + + W₁ + = Z + W₂ — + Y₂ — u, где Х – атмосферные осадки, Y₁ – поверхностный приток, Y₂ – поверхностный отток, W₁ – приток подземных вод, W₂ – отток подземных вод, Z – испарение, U – изменение количества воды в пределах контура. Метод водного баланса заключается в: составлении уравнения водного баланса анализе его составляющих определении неизвестных компонентов по известным. 7)метод теплового баланса в гидрологии. Запишем уравнение теплового баланса, в левой части которого стоит приход, а в правой – расход тепла: R + Q + _атм + Q + _грунт+ Q + _y + Q + _w + Q_зам + Q_кин + Q_конд = Q — _атм + Q — _грунт + Q — _w + Q_исп + Q_пл Q Метод теплового баланса заключается в:

1. составлении уравнения теплового баланса
2. анализе уравнения и его компонентов
3. определении неизвестных компонентов по известным

8)движение воды ы в водных объектах. Классификация видов движения воды (водных объектов) по изменчивости. Турбулентный и ламинарный режимы движения воды. Число Рейнольдса. Скорость реки переменна по сечению. Линии, соединяющие места с одинаковыми скоростями называются изотахами. Ихотахи по своей форме примерно повторяют очертания русла. Пусть u = f (x,y,z,t) – средняя скорость движения в любой точке, v = j (x,t) – скорость течения всего водного потока. Тогда: Водные потоки делятся исходя из типов движения воды на стационарные (dv/dt = 0) и нестационарные (dv/dt ¹ 0). dv/dt есть изменение скорости потока во времени. Стационарные водные потоки делятся на равномерные (dv/dx = 0) и неравномерные (dv/dх ¹ 0). Величина dt/dx характеризует постоянство скорости вдоль потока (ускорение). Существует два гидродинамических режима движения воды: ламинарный и турбулентный. В ламинарном режиме частицы воды движутся по параллельным траекториям, в турбулентном их движение имеет хаотический характер.

Источник