ее состав, строение молекулы, физические свойства. Химические свойства воды
Билет № 15
1. Вода: ее состав, строение молекулы, физические свойства. Химические свойства воды: разложение, отношение к натрию, оксиду кальция, оксиду серы (IV). Основные загрязнители природной воды
Состав воды можно выяснить с помощью реакции разложения электрическим током. Образуется два объема водорода на один объем кислорода (объем газа пропорционален количеству вещества):
2H2O = 2H2↑ + O2↑
Вода состоит из молекул. Каждая молекула содержит два атома водорода, соединенные ковалентными связями с одним атомом кислорода. Угол между связями около 105°:
O — H
|
H
Поскольку кислород является более электроотрицательным элементом (сильным окислителем), общая электронная пара ковалентной связи смещается к атому кислорода, на нем образуется частичный отрицательный заряд δ−, на атомах водорода — частичный положительный δ+. Соседние молекулы притягиваются друг к другу противоположными зарядами — это обуславливает сравнительно высокую температуру кипения воды.
Вода при комнатной температуре — бесцветная прозрачная жидкость. Температура плавления 0º C, температура кипения при атмосферном давлении — 100° С. Чистая вода не проводит электрический ток.
Интересной особенностью воды является то, что она имеет наибольшую плотность 1 г/см3 при температуре около 4° С. При дальнейшем понижении температуры плотность воды снижается. Поэтому с наступлением зимы верхние замерзающие слои воды становятся легче и не погружаются вниз. Лед образуется на поверхности. Промерзания водоема до дна обычно не происходит (к тому же лед тоже имеет плотность меньше воды и плавает на поверхности).
Химические свойства:
- Вода разлагается при пропускании электрического тока* на водород и кислород:
2H2O = 2H2↑ + O2↑ - Вода взаимодействует с натрием и некоторыми другими активными металлами, которые вытесняют из нее водород, образуется щелочь (гидроксид натрия):
- Оксид кальция (негашеная известь) бурно взаимодействует с водой (гасится) с выделением большого количества тепла, что может быть
даже причиной пожара. Образуется гидроксид кальция (гашеная известь):
CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q - Большинство оксидов неметаллов реагируют с водой с образованием кислот. Оксид серы (IV) взаимодействует с водой с образованием серни́стой кислоты:
SO2 + H2O = H2SO3
К основным загрязнителям природной воды относятся сточные воды промышленных предприятий, содержащие соединения ртути, мышьяка и других токсичных элементов. Стоки животноводческих комплексов, городов могут содержать отходы, вызывающие бурное развитие бактерий. Большую опасность для природных водоемов представляет неправильное хранение (не обеспечивающее защиту от атмосферных осадков) или применение удобрений и ядохимикатов, смываемых в водоемы. Транспорт, особенно водный, загрязняет водоемы нефтепродуктами и бытовым мусором, выбрасываемым недобросовестными людьми прямо в воду.
Для охраны вод необходимо вводить замкнутое водоснабжение промышленных предприятий, комплексную переработку сырья и отходов, строительство очистных сооружений, экологическое воспитание населения.
* Для электролиза воды используются растворы солей
2. Опыт. Распознавание соли угольной кислоты среди трех предложенных солей.
Качественной реакцией на карбонаты служит взаимодействие с кислотами, сопровождающееся бурным выделением углекислого газа:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑
или, в ионном виде:
CO32− + 2H+ = H2O + CO2↑
Доказать, что выделяется именно оксид углерода (IV), можно, пропуская его через раствор известковой воды, что вызывает её помутнение:
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O
Чтобы распознать соль угольной кислоты, добавляем во все три пробирки немного кислоты (чтобы не вылилась через край при «вскипании»). Где будет выделяться бесцветный газ без запаха, там находится карбонат.
автор: Владимир Соколов
«Вода России» — Химический состав воды
Хими́ческий соста́в воды́ – совокупность находящихся в воде веществ в различных химических и физических состояниях.
Общеизвестна химическая формула воды – Н2О. Однако до конца XVIII в. считалось, что вода является неделимым веществом. В 1781 г. английский ученый Генри Кавендиш доказал, что вода состоит из двух элементов, которые позже французский учёный Антуан Лавуазье назвал кислородом и водородом. Дальнейшие исследования показали, что вещество «вода» обладает уникальной структурой и не менее уникальными свойствами. Во-первых, она состоит из соединения двух газов, причем никакие другие газы, смешиваясь между собой, не образуют жидкость. Во-вторых, вода имеет максимальную плотность при 4°С, благодаря чему лёд плавает на её поверхности и предохраняет её от полного замерзания. В-третьих, вода меняет удельную теплоёмкость в интервале от точки плавления (0°С) до точки кипения (100°С). Наименьшая удельная теплоёмкость приходится на интервал в 30–40°С. Последнее обстоятельство во многом определило пути эволюции: этот интервал – температура тела теплокровных животных.
Большинство необычных свойств воды определяется строением её молекулы, физической природой составляющих её атомов и компоновкой самих молекул. Молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого расположены ядра атома водорода, а в вершине – ядро атома кислорода. Поэтому молекула воды характеризуется значительной полярностью: отрицательный и положительный заряды в ней разнесены. В результате молекулы воды способны ассоциировать, то есть образовывать группировки, называемыми кластерами.
Атомы водорода и кислорода имеют несколько природных изотопов. Например, у водорода их три: обычный водород (протий), тяжёлый водород (дейтерий) и сверхтяжёлый радиоактивный водород (тритий).
В природе наиболее распространена вода, состоящая из обычных изотопов кислорода и водорода (99,73%). Тяжёлая вода (оксид дейтерия) внешне выглядит, как обычная. Тяжёлая вода используется в ядерных реакторах для торможения нейтронов.
Из химических свойств воды следует отметить одно из самых важных – способность растворять твёрдые вещества и вымывать их, поэтому в водных объектах, поверхностных и подземных, обнаружены почти все известные науке химические элементы. Механизмом растворения многих кристаллических солей является гидролитическая диссоциация, когда молекула соли распадается на ионы с положительным и отрицательным зарядом – соответственно на катионы и анионы. Поскольку вода – диполь, ионы окружают молекулы воды, формируя так называемую гидратную оболочку. Силы взаимодействия ионов с молекулами воды достаточно велики. Вот почему в состав многих минералов входит вода.
Процесс, обратный растворению – осаждение (седиментация), т.е. выпадение веществ из водного раствора. Благодаря этому процессу образовались месторождения солей хлоридов натрия, калия, магния и многих других. Возникают трудности в использовании для хозяйственных целей воды с высоким содержанием растворённых солей. Так, высокое содержание солей магния и кальция, так называемых солей жёсткости, приводит к образованию накипи, ухудшает качество питьевой воды и не позволяет использовать такую воду в ряде производств.
В процессе природного круговорота вода, соприкасаясь со всевозможными веществами, становится раствором различного, зачастую очень сложного состава. Наименьшая концентрация растворённых веществ (десятки миллиграмм в литре) отмечается в атмосферных осадках, ледниках и снежниках, поскольку при испарении вода теряет бόльшую часть растворённых в ней веществ. Однако при выпадении в виде дождя или снега вода поглощает аэрозоли и пыль, которые содержатся в атмосфере. Поэтому в местах, где сильно загрязнена атмосфера, осадки становятся источниками загрязнения водных объектов. Количественный показатель содержания растворённых в воде веществ называется общей минерализацией и выражается величиной мг/л или г/л. Содержание растворённых веществ в воде морей и океанов выражают также в относительных единицах, как правило, в промилле (‰), то есть г/кг, и называют солёностью (иногда – минерализацией). Если в одном литре природной воды содержится до 1 г (1000 мг) растворённых веществ, её считают пресной, от 1 до 25 г – солоноватой, от 25 до 50 г – солёной (или морской солёности) и выше 50 г – высокосолёной (или рассолом). Если выделить из океанской воды все соли, они покрыли бы поверхность земного шара слоем стометровой толщины.
Важнейшее свойство природной воды заключается в том, что она является «буфером» в отношении кислотности. Свойство буферности кислотности – это способность воды сохранять более или менее неизменным содержание ионов водорода (Н+), т.е. сохранять значение рН при попадании в неё определенного количества кислоты или основания, которые нейтрализуются растворёнными в ней углекислым газом и гидрокарбонат-ионами. С концентрацией гидрокарбонат-ионов напрямую связана устойчивость состава природной воды к кислотным дождям.
В водных растворах подавляющее большинство солей существуют в виде ионов. В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO3–, хлорид Cl– и сульфат SO42-) и четыре катиона (кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+ и калий K+) – их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния – горький; гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90% всех растворённых веществ. В ряде случаев к главным компонентам можно отнести также калий, бром, стронций и др.
Под влиянием климатических и других условий химический состав природных вод изменяется и приобретает черты, характерные для различных видов природных вод (атмосферные осадки, реки, озёра, подземные воды).
Вещества, содержащиеся в природных и техногенных водах, можно условно разделить на классы. По составу: органические и минеральные; по форме нахождения: растворённые и взвешенные; по происхождению: природные и антропогенные; по действию на живые организмы: токсичные и нетоксичные; по концентрации: макроэлементы – мезоэлементы – микроэлементы. В воде могут быть растворены газы (кислород, углекислый газ, азот, сероводород, метан и пр.).
Химический состав природной воды определяет путь, совершённый водой в процессе своего круговорота и течения по поверхности Земли. Количество растворённых и взвешенных веществ в воде зависит, во-первых, от состава пород, с которыми она соприкасалась, во-вторых, от природно-климатических условий бассейна, в третьих, от уровня антропогенной нагрузки на бассейн водного объекта, в-четвёртых, от населяющих водные объекты живых организмов.
Воды большинства чистых рек принадлежат к гидрокарбонатному классу, с преобладанием ионов кальция. Реки сульфатного и хлоридного классов сравнительно малочисленны. Они распространены преимущественно в степной полосе и полупустынях. Преобладающими катионами природных вод хлоридного класса являются, главным образом, ионы натрия. Воды хлоридного класса отличаются высокой минерализацией.
В случае, если промышленные и бытовые стоки (очищенные или частично очищенные) составляют значительную часть стока реки, они заметно влияют на катионно-анионный состав. Например, вода р. Москвы от гидрокарбонатно-кальциевого на входе в город меняет свой состав при выходе из города на воду с составом катионов: Na→K→Ca→Mg→NH4+ и составом анионов: HCO→Cl–→SO→NO→PO.
Минерализация и химический состав воды озёр в отличие от рек меняются в очень широких пределах. Различие в минерализации отражается и на ионном составе воды озёр. С увеличением минерализации озёрной воды происходит относительный рост ионов в её составе в такой последовательности: для анионов HCO→SO→Cl–; для катионов Ca2+→Mg2+→Na+.
Состав морской воды характеризуется большим содержанием солей. Если в водах материкового стока чаще всего наблюдается соотношение концентраций: HCO3— →SO42-→Cl— и Ca2+→Mg2+→Na+ или Ca2+→Na+→Mg2+, то для морских вод, начиная с общей минерализации 1 г/кг, соотношения меняются: Cl–→SO→HCO и Na+→Mg2+→Ca2+. Концентрации микроэлементов обычно очень малы, в сумме они не превышают 0,01% массы всех растворённых солей. Чем более изолировано море от океана, тем заметнее отличается состав его воды от состава воды в океане. Первостепенное значение имеют условия водообмена с океаном, соотношение объёма материкового стока с объёмом моря, глубина моря и характер химического состава вод впадающих рек.
Подземные воды отличаются исключительным разнообразием химического состава, в том числе и ионного. Ионный состав подземных вод прежде всего зависит от условий их формирования и залегания.
В настоящее время состав поверхностных вод в густо населённых районах мира в значительной мере формируется за счёт различных поверхностных (диффузных) источников загрязнения. Это сток с сельскохозяйственных и городских территорий, с производственных площадок, дорог, с осадками, а также при определенных условиях – вторичное загрязнение из донных отложений. К диффузным источникам добавляются точечные, преимущественно в городах. Сточные воды, поступающие в черте города, сильно различаются по составу. Для бытовых стоков основными показателями загрязнения являются биогенные элементы, т. е. вещества, способствующие росту микроводорослей, органические вещества, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), бактерии. В последние годы возрастает объём ксенобиотиков в сточных водах. Это лекарства, средства гигиены, моющие средства. Номенклатура этих «новых» загрязняющих веществ насчитывает многие тысячи наименований. Влияние на живые организмы и здоровье людей большинства из них остается неизученным, для таких веществ нормативы содержания в природной воде заведомо отсутствуют.
Современные водные объекты по составу содержащихся в них веществ сильно отличаются от их природного ненарушенного человеком состояния. Это отличие будет нарастать, если не принимать меры по снижению уровня загрязнений от хозяйственной деятельности.
Н.М. Щеголькова
Астрономы определили изотопный состав воды в атмосфере Марса
24 июня, Минск /Корр. БЕЛТА/. Российско-европейская миссия «ЭкзоМарс-TGO» получила первые точные данные по изотопному составу паров воды в атмосфере Марса. Благодаря этому можно будет узнать историю испарения его океанов в космос. Об этом сообщает ТАСС, ссылаясь на публикацию результатов исследования в научном журнале Nature Astronomy.
«Наши данные показывают, что чаще всего и молекулы обычной и тяжелой воды разрушаются в атмосфере Марса и улетучиваются в космос в тот момент, когда планета максимально сближается с Солнцем. Когда же Марс максимально удален от светила, этого не происходит», — пишут исследователи.
Недавние исследования показывают, что на поверхности Марса в древности существовали реки, озера и целые океаны пресной воды. В них могло быть примерно столько же воды, как и в земном Северном Ледовитом океане. Ученые пока не могут точно сказать, куда эта вода пропала и когда она появилась на поверхности Марса.
Узнать это можно, выяснив соотношение дейтерия и водорода в молекулах воды в атмосфере Марса. Этот показатель говорит о том, как много воды потерял Марс с момента своего формирования. Дело в том, что при расщеплении молекул воды дейтерий улетучивается из атмосферы планет значительно реже и медленнее, благодаря чему его доля по мере улетучивания океанов планеты в космос должна расти. Ученые не исключают, что на круговорот дейтерия могут влиять другие факторы, которые могут значительно исказить оценки изначальных запасов воды Марса.
Руководствуясь подобными соображениями, планетологи под руководством Хуана Альдая из Оксфордского университета на протяжении марсианского года наблюдали за тем, как менялась концентрация паров обычной и тяжелой воды в разных слоях атмосферы планеты. На основе этих данных и моделей климата Марса астрономы определили, как колебались доли дейтерия и водорода в атмосфере в разные сезоны, а также выяснили, когда молекулы воды попадали в те регионы атмосферы, откуда они могли попасть в космос.
Их данные говорят, что доля дейтерия в молекулах воды в нижних слоях атмосферы Марса была примерно в 4,9 раза выше, чем в земном воздухе. Это хорошо соотносится с прошлыми оценками и подтверждает, что за все время своего существования Марс потерял огромные объемы влаги.
Помимо этого, Альдай и его коллеги обнаружили, что скорость исчезновения молекул воды из атмосферы Марса сильно зависела от положения планеты на орбите. Когда планета находилась максимально близко к светилу, она была максимальной, и падала почти до нуля в другие времена года.
Это было связано с тем, что пары воды могут улетучиться из атмосферы Марса, только если они поднимутся на достаточно большое расстояние, около 40-60 км от поверхности планеты, где их разложат лучи света. Если молекулы воды распадаются на небольшой высоте, то их «осколки» успевают соединиться с другими веществами раньше, чем они достигнут границы космоса.
Исследователи надеются, что дальнейшие наблюдения за поведением паров воды при помощи инструментов миссии «ЭкзоМарс-TGO» помогут узнать новые детали процесса ее «побега» из атмосферы Марса. Это в свою очередь даст возможность уточнить, как выглядела Красная планета в далеком прошлом и могла ли на ней появиться жизнь.-0-
Вода, её состав, строение молекулы, физические и химические свойства…
Вода, её состав, строение молекулы, физические и химические свойства (разложение, отношение к натрию, оксидам кальция, серы(IV)). Основные загрязнители природной воды, очистка природных и сточных вод.
В состав молекулы воды входят два атома водорода и один атом кислорода, атомы связаны ковалентной полярной связью, валентный угол составляет 104,5о. Говорят, молекула воды является диполем. Н · + · О · + · Н ® Н ·· О ·· Н.
Вода – бесцветная летучая жидкость, в толстом слое – голубая, без запаха, плотность – 1г/см3(при 40С), tпл. = 00С, tкип. = 1000С. вода является хорошим растворителем.
Химические свойства:
При пропускании через подкисленный раствор электрического тока вода разлагается на простые вещества: кислород и водород: 2Н2О ? 2Н2 + О2.
Вода вступает во взаимодействие со щелочными и щелочноземельными металлами при обычных условиях, при этом в молекуле воды один атом водорода замещается на атом металла и образуются щёлочь и водород. Реакция протекает с выделением большого количества теплоты. 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
При взаимодействии основных оксидов с водой образуется щёлочь. Например, при взаимодействии оксида кальция (негашёной извести) с водой образуется гидроксид кальция (гашёная известь): CaO + H2O = Ca(OH)2.
Кислотные оксиды растворяются в воде с образованием кислот, например, оксид серы(IV) при растворении в воде образует сернистую кислоту: SO2 + H2O = H2SO3.
Загрязнителями природных вод являются ядовитые отходы, которые в течение многих лет захоранивались в шахтах и скважинах и продолжают захораниваться сейчас, подземные хранилища нефти и продуктов её переработки, пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. Главным и постоянным загрязнителем природных вод являются сточные воды, которые текут из городов, с заводов, шахт, сельских ферм. Они образуются разными путями, но в общем-то у все у них один и тот же путь – в ближайшую реку или озеро или море.
Органические загрязнители из сточных вод способны вызвать цепную реакцию, которая лишает воду нормального содержания кислорода, быть ядовитыми для организмов, живущих в воде и способствовать развитию менее желательных видов и захвату ими господствующего положения. Азот и фосфор, содержащиеся в сточных водах вызывают бурный рост микроскопических водных растений, что приводит к явлению «цветения» воды и постепенному заболачиванию водоёма. Борьба с загрязнением воды – это комплекс методов очистки сточных вод до такой степени, чтобы их сбрасывание в природные воды не вызывало проблем. Сточные воды подлежат очистке перед сбросом их в природные водные источники. Сначала они проходят через систему решёток и сеток, затем попадают в песколовку, затем в отстойник – первичная очистка – очистка от различных размеров нерастворимых примесей. Вторичная очистка – удаление растворённых примесей – это биохимическая очистка, при этом используются микроорганизмы и бактерии, разрушающие органические вещества. Третичная очистка сточных вод проводится для удаления из неё соединений азота и фосфора. Соединения фосфора удаляют путём осаждения их солями железа, алюминия и известью. Соединения азота удаляют с помощью специальных штаммов микроорганизмов. Последним этапом в очистке сточных вод является её хлорирование.
Очистка природных вод (для бытовых нужд).
В 1872 году было обнаружено, что фильтрование воды через слой песка является хорошим способом её очистки и делает её относительно безопасной для питья. Песчаные фильтры также эффективны для удаления из воды болезнетворных микроорганизмов (холеры, брюшного тифа, дизентерии). Уже в начале 20-го века в практику было введено химическое «обеззараживание» воды посредством хлора или его соединений. При очистке природных вод используют аэрацию (для удаления запаха), активированный уголь(для обесцвечивания воды и улучшения её вкуса), алюминиевые и железные квасцы (для удаления взвешенных в воде частиц), фильтрование через песчаный фильтр (для удаления из воды бактерий, вирусов и других микроорганизмов), хлорирование (для полного обеззараживания воды). альтернативой хлорированию является озонирование воды, но при озонировании не остаётся следов свободного озона и потребитель не может быть уверен в полном уничтожении бактерий и вирусов в воде.
|
Вода — одно из наиболее замечательных веществ, известных человеку. Она — единственное природное вещество, встречающееся в больших количествах в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Из всех распространенных жидкостей вода — наиболее универсальный растворитель, жидкость с максимальными величинами поверхностного натяжения, диэлектрической постоянной, теплоты парообразования и наивысшей (после аммиака) теплотой плавления. В отличие от большинства веществ вода, замерзая при низком давлении, расширяется. Эти специфические свойства воды связаны с особым строением ее молекулы. Химическая формула воды Н20 обманчиво проста. В молекуле воды ядра атомов водорода расположены несимметрично по отношению к ядру атома кислорода и электронам. Если атом кислорода находится в центре тетраэдра, центры масс двух атомов водорода будут в углах тетраэдра, а центры зарядов двух пар электронов займут два других угла (рис. 3.1). Таким образом, четыре электрона располагаются на возможно наибольшем расстоянии как от ядра атома кислорода, так и от ядер атомов водорода, при котором они еще притягиваются ядром атома кислорода. Другие шесть электронов молекулы воды расположены так: четыре электрона находятся в положении, обеспечивающем химическую связь между ядрами атомов кислорода и водорода, а два других расположены вблизи ядра атома кислорода. Ассиметричное расположение атомов молекулы воды обусловливает неравномерное распределение электрических зарядов в ней, что делает молекулу воды полярной. Такое строение молекулы воды обусловливает притяжение молекул воды друг к другу в результате образования между ними водородных связей. Расположение атомов водорода и кислорода внутри образовавшихся агрегатов молекул воды сходно с расстановкой атомов кремния и кислорода в кварце. Это относится ко льду и в меньшей мере к жидкой воде, агрегаты молекул которой всегда находятся в стадии перераспределения. При охлаждении воды ее молекулы группируются в агрегаты, которые постепенно увеличиваются и становятся все более устойчивыми по мере приближения к температуре 4° С, когда вода достигает максимальной плотности. При этой температуре вода еще не имеет жесткой структуры и наряду с длинными цепочками ее молекул существует большое количество отдельных молекул воды. При дальнейшем охлаждении цепочки молекул воды растут за счет присоединения к ним свободных молекул, в результате чего плотность воды уменьшается. Когда вода превратится в лед, все ее молекулы входят в более или менее жесткую структуру в виде незамкнутых цепочек, образующих кристаллы. Рис. 3.1. Строение молекулы воды. Взаимное проникновение атомов водорода и кислорода. Ядра двух атомов водорода и две пары электронов находятся в углах тетраэдра: в центре расположено ядро атома кислорода. Высокие величины поверхностного натяжения и теплоты парообразования воды объясняются тем, что для отделения молекулы воды от группы молекул требуется относительно большая затрата энергии. Стремление молекул воды устанавливать водородные связи и их полярность объясняют необычно высокую растворяющую способность воды. Некоторые соединения, такие, как сахара и спирты, удерживаются в растворе благодаря водородным связям. Соединения, обладающие высокой степенью ионизации вводе, например хлористый натрий, удерживаются в растворе вследствие того, что ионы с противоположными зарядами нейтрализуются группами ориентированных молекул воды. Другая особенность молекулы воды состоит в том, что как атомы водорода, так и атомы кислорода могут иметь различные массы при одинаковом заряде ядра. Разновидности химического элемента с различными атомными весами называются изотопами этого элемента. Молекула воды обычно образуется водородом с атомным весом 1 (Н1) и кислородом с атомным весом 16 (О16). Более 99% атомов воды относится к этим изотопам. Кроме того, существуют следующие изотопы: Н2, H3, О14, О15, О17 О18, О19. Многие из них скапливаются в воде в результате ее частичного испарения и вследствие своей большой массы. Изотопы Н3, О14, О15, О19 радиоактивны. Наиболее распространен из них тритий Н3, образующийся в верхних слоях атмосферы под воздействием космических лучей. Этот изотоп накопился также в результате ядерных взрывов за последние несколько лет. На основании этих и других фактов относительно изотопов путем анализа изотопного состава воды можно частично раскрыть историю некоторых природных вод. Так, содержание тяжелых изотопов в поверхностных водах свидетельствует о длительном испарении воды, которое происходит, например, в Мертвом море, Большом Соленом озере и в других бессточных водоемах. Повышенное содержание трития в подземных водах могло бы означать, что эти воды метеорного происхождения с большой скоростью циркуляции, потому что период полураспада этого изотопа всего лишь 12,4 лет. К сожалению, изотопный анализ слишком дорог и по этой причине не может быть широко применен в исследованиях природных вод. В табл. 3.1 приведены некоторые данные об изотопах водорода и кислорода. Таблица 3.1 Относительная распространенность и периоды полураспада изотопов водорода и кислорода
|
Молекулы воды строение — Справочник химика 21
С позиций теории молекулярных орбиталей строение молекулы Н2О можно объяснить следующим образом. Взаимное расположение атомов водорода и кислорода в молекуле воды можно представить с.хемой [c.312]
Растворы солей хрома (III) обычно имеют сине-фиолетовым цвет, но при нагревания становятся зелеными, а спустя некоторое время после охлаждения снова приобретают прежнюю окраску. Это изменение окраски объясняется образованием изомерных гидратов солей, представляющих собой комплексные соединения, в которых все или часть молекул воды координационно связаны во внутренней сфере комплекса. В некоторых случаях такие гидраты удалось выделить в твердом виде. Так, кристаллогидрат хлорида хрома (JII) r ls- HjO известен в трех изомерных формах в виде сине-фиолетовых, темно-зеленых н светло-зеленых кристаллов одинакового состава. Строение тих изомеров можно установить на основании различного отношения их свежеприготовленных растворов к нитрату серебра. При действии последнего на раствор сине-фиолетового [c.655]
Эти выводы о взаимном расположении атомов в молекулах N 1.1 и Н О соответствуют действительности. Значител[>пая полярносп. молекул воды ((1= 1,84 0) и аммиака ( 1=1,48 0), а также данные структурных исследований, свидетельствуют о том, что молекула Н2О имеет угловое строение, а молекула ЫНз построена в форме пирамиды. Однако углы между связями (валентные углы) отличаются от 90° в молекуле воды угол НОН составляет 104,3°, а в молекуле аммиака угол НЫН равен 107,8°. [c.135]
Рассмотрим направленность ковалентных связей в молекуле воды. Строение электронной оболочки атома кислорода, входящего в состав молекул воды, выражается формулой [c.52]
Рнс. 2.1. Строение молекулы воды [c.58]
На некотором малом расстоянии от поверхности полимера, где на раствор влияет силовое поле мембраны, слой, находящийся в термодинамически менее выгодном состоянии, стремится к достижению устойчивого состояния, т. е. к полной или же к максимально возможной компенсации межмолекулярных сил. В данном случае это достигается в результате преимущественной сорбции молекул неполярных веществ на полимере. Следовательно, слой связанной жидкости и в этом случае также состоит как из молекул воды, так и из молекул растворенного вещества. Однако в этом слое, в отличие от связанного слоя водных растворов полярных веществ, компоненты сильно отличаются по подвижности, что обусловлено их свойствами, размером, молекулярным строением, а также природой межмолекулярных сил связи с полимером. При этом менее подвижными становятся молекулы неполярных веществ. [c.220]
Молекула воды нмеет угловое строение входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода. Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно примерно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода [c.206]
Чаще всего встречаются координационные числа 2, 3, 4 и 6 (табл. 1-6). Ион или молекула с центральным атомом, имеющим координационное число 2, может иметь линейное строение (как диоксид.углерода, О—С—О, в котором атомы расположены на одной прямой) либо изогнутое строение, как молекула воды, Н О. Возможные структуры ионов или молекул с координационными числами 3, 4 и 6 показаны на рис. 1-6. [c.34]
Как видно из формулы, молекула образующегося полимера состоит из многократно повторяющихся остатков е-капроновой кислоты, а связи между остатками возникают в результате отщепления молекул воды. Строение полученного полимера можно выразить формулой [c.378]Точность приближенных расчетов оценивается мерой их совпадения с экспериментально полученными сведениями о строении вещества и его свойствах. Результат одного из приближенных расчетов для молекулы воды показан на рис. 19. Контурные линии соединяют места одинаковой электронной плотности. [c.42]
Таким образом, молекула воды имеет угловую форму (рис. 19). Для наглядности можно принять, что в ней две химические связи О—Н (длиной он = 0,096 нм), расположенные под углом НОН = ==104,5 . Строение молекулы воды можно выразить следующей структурной формулой [c.42]
Для описания структуры граничных слоев воды была предложена [71] модель анизотропных доменов, размеры которых вдоль осей а ъ Ь (вдоль плоских поверхностей частиц слоистых силикатов) существенно больше, чем вдоль оси с (перпендикулярно поверхности пластинчатых частиц). Такое строение граничных слоев позволяет объяснить, с одной стороны, их повышенную вязкость (при приложении внешней нагрузки текут не индивидуальные молекулы, а домены), а с другой,— меньшее число водородных связей, в которых участвует каждая молекула воды (этот вывод, естественно, вытекает из анизотропной структуры ассоциатов). [c.40]
Весьма перспективно применение системы электрофорез — ТСХ ири изучении свойств и строения неорганических комплексных соединений. Это обусловлено тем, что скорость движения ионов в тонком слое при электрофорезе зависит только от заряда и радиуса ионов, в то время как значение Rf при движении вещества в. тонком слое под действием движения растворителя связано с числом молекул воды в комплексных соединениях. Сопоставляя эти величины, можно сделать определенные выводы о составе комплекса и его структуре. [c.159]
Соли Ре +, Со +, N1 + гидролизуются, при этом получаются различные продукты, в том числе полиядерные комплексы, состав которых зависит от условий гидролиза. Например, для N1 + установлено образование ионов ЫЮН+, Ы1 20Н , Н1з(ОН)з, М1 (ОН) 4 Кроме ОН-, эти ионы содержат гидратирующие молекулы воды, которые в формулах не указаны. Предполагают, что тример Ы1з(0Н) имеет циклическое строение [c.562]
Распределение электронов (строение электронного облака)-в молекулах воды можно представить себе как показано на рис. 23, Молекула воды состоит из трех атомных ядер и 10 элект ронов. Первая электронная пара (15-электроны) атома кислорода (показанная кружком) расположена на небольшом расстояний от ядра этого атома. Остальные четыре пары образуют электронные облака, вытянутые в направлении четырех вершин тетраэдра. Две из этих пар связаны с ядрами водородных атомов. Соответствующим вершинам тетраэдра можно приписать некоторый положительный заряд. Две другие пары придают своим вершинам отрицательный заряд. По крайней мере для молекул воды, находящихся в кристаллах льда, можно принять, что расстояние от ядра кислородного атома до всех вершин тетраэдра одинаково и составляет 0,99 А и что тетраэдр этот можно рассматривать как правильный. [c.80]
Согласно соотношению (2) ближайшие к иону молекулы воды обмениваются чаще, чем молекулы НаО в чистой воде ( О, называется положительной, а когда А г отрицательной гидратацией отвечает А ,- = О и x lx = 1. Величина А зависит от радиуса иона и строения его электронной оболочки. Так, для иона А 1,7 кДж/моль, а для иона Сз+ А — —1,4 кДж/моль ( = 17,9 кДж/моль). Явления положительной и отрицательной гидратации ионов исследуются методами ИК-спек-троскопии, ЯМР, радиоспектроскопии и др. [c.343]
Особенности строения воды. Молекула воды представляет собой равнобедренный треугольник, образуемый ядрами атомов водорода и кислорода ( )ис. 21). Связь между атомами водорода и кислорода полярная, что приводит к асимметрии в распределении электрических зарядов и, следовательно, к полярности молекулы. [c.170]
Важные особенности строения цеолитов — определенные, характерные для каждого типа минерала формы и размеры, наличие каркаса, образованного тетраэдрами.. Основными элементами каркаса являются полости, соединенные между собой окнами, или каналами (рис. 7). Обычно полости имеют больший диаметр, чем каналы (или окна). Например, диаметр полости шабазита 11,4 А, а окна 4,9 А. В кристалле цеолита имеется огромное число полостей. Например, в 1 г шабазита содержится З-Ю полостей [9]. В каждую полость шабазита может вместиться 24 молекулы воды. При нагреве цеолита вода удаляется и образуется ячеистая [c.14]
В многоатомных молекулах полярность зависит от полярностей отдельных связей и от относительного расположения последних в молекуле, их симметрии. Так, в молекуле СОг две двойные связи углерода располагаются на одной прямой и расстояние, на котором находятся оба атома кислорода от углерода, одинаково, т. е. она обладает симметричным строением с ц. = 0. Молекула воды построена нелинейно, а связь Н—О сильно полярна. Вследствие этого молекула НгО в целом обладает значительным дипольным моментом. [c.8]
Следовательно, относительно высокая электропроводность спиртовых рас-твсров в этом случае обусловлена сохранением, хотя и в меньшей степени, цепной, или эстафетной, проводимости как следствия сходного строения молекул воды и спирта и значительного сродства последних к протону. [c.443]
Первичное действие полярных групп несколько смягчается, однако побочным действием, вызываемым физическим строением волокон. У всех волокон имеются высокоорганизованные зоны, в которых молекулы обычно расположены параллельно. Таким зонам присвоено название мицеллярных или кристаллических. В этих зонах адсорбция воды происходит в довольно слабой степени по двум причинам во-первых, по причинам пространственного характера, во-вторых, по причине настолько близкого расположения полярных групп друг к другу, что их побочные валентности оказываются взаимно насыщенными. В результате этого притягательная сила в отношении молекул воды отсутствует. [c.214]
Выше указывалось, что валентные углы в молекулах Н2О н ННз не точно соответствуют расположению р-орбнталей и это обусловлено некоторым вкладом -электронов в образование химической связи. Такой вклад есть ни что иное, как гибридизация. Электронное строение молекул воды и аммиака выражается схемами [c.88]
Следует помнить, что нет отдельной ионной или ковалентной связи, есть ионная составляющая химической связи. Степень ион-ности межатомной связи определяет возможность образования молекул в данных условиях, а также то, ограничится ли их взаимодействие при отвердевании вещества только установлением ван-дер-ваальсовских связей между ними, или же молекулы перестанут существовать как самостоятельные структурные единицы. Действительно, появление даже слабой ионной составляющей межатомной связи часто увеличивает ее прочность как раз настолько, насколько это необходимо, чтобы образующаяся молекула могла выстоять под ударами теплового движения, разбрасывающего атомы в разные стороны, и чтобы они не соединились друг с другом в каком-нибудь другом порядке. Полярные молекулы, в которых преобладает ковалентная составляющая межатомной связи (такие, как молекулы воды, толуола), при переходе вещества в твердое состояние сохраняют свою целостность и служат структурными единицами, из которых строятся молекулярные кристаллы. При этом они вступают в межмолекулярное электростатическое взаимодействие друг с другом, от которого в значительной мере зависят строение и многие свойства соответствующего твердого вещества, в частности температура плавления, растворимость. [c.83]
Предложенные до настоящего времени модельные методы расчета (некоторые из них рассматриваются ниже) используют либо различные представления о строении молекул воды, либо исходят нз различных [1редставлений о воде, как о жидкой фазе. Строение молекул воды показано на рис. 2.1, а Из него видно, что атом кис- [c.57]
Соединения включения называют также клатратными или просто клатратами. К клатратам, например, относятся так называемые гидраты газов, которые образуются за счет включения в междоузель-ные пространства кристалла льда молекул С1г, СН 4, На5, Аг, Хе, 502 или др. В одной из модификаций льда на 46 молекул воды приходится 8 свободных полостей отсюда средний состав таких кристаллогидратов клатратного типа X 5,75 Н2О, или округленно X 6Н,0 (X — молекула гостя ). Строение газового гидрата этого состава показано на рис. 136, Встречаются также гидраты газов состава X 7,75Н20 (X 8Н.р) [c.262]
Сольватация — взаимодействие абсорбента и растворяемого вещества с образованием ассоциированных групп частиц. Способность к сольватации объясняется дипольным характером строения молекул. Ярко выражен дипольный характер молекул воды иа атомах водорода имеются эффективные положительные заряды, а на атоме кислорода — эффективный отрицательный заряд. При сольватации заряженные частицы или полярные молекулы растворяемого вещества как бы обволакиваются (окружаются) молекулами поглотителя, соориентированными в соответствии с их зарядами. Сольватация — дипольное взаимодействие молекул абсорбента и абсорбируемого вещества. [c.70]
Каталитическая константа скорости реакции третьего порядка в 1 М ЫС104 лрп О» равна 0,5 л /молъ- сек-, предполагается образование активированного комплекса следующего строения (молекулы воды опущены) [c.506]
Решение. Молекула воды не имеет линейного строения (угол между связями О—Н составляет 105°), ее дипольный момент ДнаО 4 Д. Используя формулу (IV-3) [c.67]
В 154—158, посвященных свойствам растворов электролитов, рассматривались главным образом состояние и свойства растворенных электролитов, а изменение состояния самого растворителя и, в частности, воды почти не затрагивалось. Это отвечает преимущественному направлению в изучении таких растворов. Большинство исследований растворов электролитов, за исключением работ К- П. Мищенко, О. Я. Самойлова, Фалькенгагена и некоторых других, посвящено в основном изучению состояния растворенных веществ. Между тем состояние молекул растворителя и, в частности, молекул воды (а также и самой воды в целом) очень чувствительно ( 61) к действию растворенных электролитов. Молекулы воды, гидратируя ионы, сами претерпевают поляризацию и соответствующие изменения строения и свойств. Влияние этих воздействий распространяется и на прилегающие слои воды. Мы видели на примере тектогидратов ( 53) и на примере изменения температуры максимальной плотности ( 61), как сильно могут изменяться при этом некоторые свойства воды. Зависимость свойств воды от таких воздействий усложняется еще тем, что вследствие непрерывного перемещения ионов по объему раствора каждый данный элемент объема воды испытывает воздействия, быстро меняющиеся во времени, а скорость достижения равновесного состояния не всегда достаточно велика. [c.394]
Таким образом, электричество переносится не только мигрирующими ионами НзО+, но и протонами, переходящими от одной молекулы воды к другой. На основании данных о строении молекул воды было подсчитано, что от иона НэО+ к молекуле воды протон проходит расстояние 0,86 10″ см, что соответствует перемещению НзО+ в электрическом поле на 3,1 10″ см. При таком механизме подвижность НзО+ оказывается значительно больше по сравнению с тем, когда этот ион перемещается только миграцией. Из схемы (а) видно, что молекулы воды в левой и правой ее частях имеют различную ориентацию. Для обеспечения непрерывного перехода протона от НзО+ к НгО необходимым условием является изменение ориейтации молекулы (2), от которой ушел протон. Она должна занять положение, соответствующее молекуле (1), для того, чтобы принять новый протон, движущийся в том же направлении. Аналогичным образом объясняется повышенная подвижность иона гидроксила. Протон переходит от молекулы воды к иону ОН [c.463]
Прп отщепленни первой молекулы воды от диола получается смесь ненасыщенных спиртов разного строения, но все они при дальнейшей дегидратации дают изопрен, причем реакция сопровождается перемещением двойных связей [c.198]
Устойчивость нефтесодержащих вод обеспечивается главным образом за счет адсорбционно-сольватного и структурно-механического факторов стабилизации. Действие этих факторов обеспечивается присутствием молекул дифильного строения, адсорбировавишхся на поверхности частиц фазы, а также наличием твердых частиц различных загрязнений как в материале частиц дисперсной фазы, так и в дисперсионной среде. [c.40]
Боковые цепи в гидрофобных аминокислотах особым образом взаимодействуют с окружающими молекулами воды, такие соединения проявляют очень близкие свойства, которые лищь слабо зависят от строения боковых цепей. [c.29]
У симметрично построенных молекул, таких как Н , N3, СдНа и других, дипольный момент равен нулю. Отсутствие дипольного момента у СО2 и ЗОа подтверждает их симметричное линейное строение, в силу чего моменты отдельных связей компенсируются. Наличие дипольного момента у Н2О указывает на то, что молекула воды построена нелинейно, т, е. между двумя связями О—Н образуется угол. Если в симметричной молекуле симметрия нарушена замещением, то появляется дипольный момент, зависящий от асимметрии. Это хорошо видно на примере бензола н его хлорпроиз-водных [c.51]
Необычные свойства воды объясняются ее строением. Молекула воды нелинейна — угол между связями Н—О—Н равен 104°27. Связи Н—О ковалентны, однако они полярны, т. е. некоторый положительный заряд несут атомы водорода, а отрицательный — атом кислорода. Вследствие этого связанный атом кислорода способен притягивать атом водорода соседней молекулы с образованием водородной связи, что существенно повышает общую энергию связи. Таким образом, молекулы в воде ассоциированы. В кристаллах льда водородные связи еще сильнее. В силу высокой полярности молекул Н2О вода является растворителем других полярных соединений, не имея себе равных. [c.101]
Химические свойства воды также определяются ее составом и строением. Молекулу воды можно разрушить только энергичным внешним воздействием. Вода начинает заметно разлагаться только при 2000 °С (термическая диссоциация) или под действием ультрафиолетового излучения (фотохимическая диссоциация). На воду действует также радиоактивное излучение. При этом образуются водород, кислород и пероксид водорода Н2О2. Щелочные и щелочноземельные металлы разлагают воду с выделением водорода при обычной температуре, а магний и цинк — при кипячении. Железо реагирует с водяными парами при красном калении. Вода является одной из причин коррозии — ржавления металлов (с. 156). Благородные металлы с водой не реагируют. [c.101]
Описанная модель структуры жидкой воды позволяет по-пово-му оценить и строение водных растворов электролитов, являющихся дисперсионной средой всех (в том числе неминерализованных) промывочных жидкостей на водной основе. Ранее гидратацию оценивали количественно только числом молекул воды, связанных ионом, — гидратацпонным числом иона. Хотя действие ионов на окружающие молекулы воды можно условно описать ка1 С электростатическое связывание ионом небольшого эффективного чис.ча молекул воды, все же при таком подходе действительная картина взаимодействия иона с водой часто искажается. Искаженные .- . г .-. представления о природе гидратации ионов осложняют и тормозят развитие наших знаний о процессах, происходящих, например, в ингибированных буровых растворах. Влиянме внедрившегося в структуру воды иона не ограничивается только переориентацией результирующих электронных центров. Большую роль играют также геометрические размеры ионов и их соответствие размерам. пустот в льдоподобных каркасах воды. Чем больше размеры иона превышают размеры этих пустот, тем интенсивнее его [c.25]
При всех попытках получить свободные ортокарбоновые кислоты происходит отщепление одной молекулы воды. Продуктами реакции являются более бедные водой так называемые мета-формы карбоновых кислот, которые обычно называют просто карбоновыми кислотами. Их строение отвечает формуле [c.238]
При адсорбции молекул воды и некоторых других газов межслоевое расстояние в нанографитах обратимо уменьшается. Указанное изменение строения фафита сопровождается обратимыми изменениями параметров сигнала ЭПР. [c.96]
Наконец, при реакции меченого р-фенилэтиламина (35) в первоначально образовавшемся карбокатионе (46) в рассредоточении положительного заряда могут участвовать я-электроны бензольного кольца с промежуточным образованием феноние-вого катиона (47), имеющего строение о-комплекса, в котором молекула воды может равновероятно атаковать как меченый, так и немеченый атомы углерода боковой цепи [c.431]
Большой интерес представляет процесс выщелачивания кислотой змеевика — водного силиката магния [51205 (МдОН) г]- Mg(0H)2, в котором в природных условиях часть магния замещена некоторыми другими, подходящими в кристаллохимическом отношении элементами. В строении слоистой разновидности змеевика — антигорита имеется двухмерный каркас, построенный из сдвоенных кремнекислородных сеток, несущих на себе катионы и молекулы воды. При обработке антигорита кислотой катионы удаляются с раствором солей, выделяется свободный кремнеземный остов минерала [c.63]
По мере выщелачивания катионов обрывки кремнекислородных сеток сближаются и там, где им не мешают включения еще не удаленных катионов, сдваиваются, образуя более плотные сдвоенные кремнекислородные слои, подобные слоям, выделяемым при выщелачивании гейландита. По расчету при выщелачивании должно происходить сокращение объема змеевика примерно на 50%. В действительности же наблюдается сокращение объема не больше чем на 20%, что, по-видимому, объясняется несовершенством кристаллического строения змеевика, неполнотрй удаления облекающих остов катионов и, наконец, внедрением молекул воды и других веществ, поглощаемых в момент выделения кремнезема. Полученный в виде зерен и высушенный при 180° С активный кремнезем проявляет высокую сорбционную и. каталитическую активность, превосходя в этом отношении лучшие образцы силикагеля. [c.63]
Этап фотосинтеза приспособили для производства водорода напрямую
Развитие водородной энергетики, которая всё никак не сменит углеводородную, упирается в одну проблему – где брать водород? Австралийцы взяли пример с растений и научились напрямую использовать для его получения солнечный свет, без необходимости сначала производить электричество, а потом использовать его для электролиза воды.
Когда-нибудь автомобили и самолеты перейдут на водород в качестве топлива. Однако если сегодня человечество научилось более или менее эффективно преобразовывать энергию окисления водорода в электричество и даже придумало несколько способов транспортировки и хранения водорода, то каким образом его добывать, непонятно до сих пор.
Основным способом получения водорода в наше время является паровая конверсия метана, когда разогретый до нескольких сот градусов Цельсия водяной пар реагирует с метаном и превращается в смесь угарного газа и водорода. Однако получаемый таким образом водород малопригоден для использования в топливных элементах: даже микропримеси CO являются сильными каталитическими ядами, резко снижающими эффективность катализаторов в топливных элементах. Да и метан сам по себе является невозобновимым ресурсом, и рано или поздно человечество будет вынуждено отказаться от него.
Поэтому уже сейчас понятно, что добывать водород для нужд энергетики придется с помощью старого доброго электролиза воды. Трудностей на пути массового производства водорода из воды достаточно. Начиная с того, что из-за сложности и многообразия химических процессов на электродах затрачивать на электролиз приходится в полтора раза больше энергии, чем теоретически можно получить обратно в реакции каталитического окисления. И заканчивая тем, что электролиз подразумевает использование чистой пресной воды, нехватку которой человечество ощущает уже сейчас. Научиться эффективно опреснять морскую воду нам еще предстоит.
Не пытаясь решить всех проблем сразу, международная группа ученых во главе с Леоном Спиццией, профессором Монашеского университета в австралийском Мельбурне, опубликовала в последнем выпуске международного издания журнала Angewandte Chemie статью, в которой
предложила использовать на одной из стадий разложения воды реакцию фотолиза воды, то есть расщепления её молекул с помощью света.
Такая реакция происходит во всех растениях, от одноклеточных водорослей до вековых деревьев, и приводит к поглощению растением углекислого газа и воды с выделением кислорода и усвоением углеводов под действием солнечного света.
Растения обладают специфическим каталитическим центром, в котором окисление воды происходит исключительно под действием света. Структурные исследования прежних лет выявили, что центр этот имеет кубическую геометрию и состав {CaMn3O4} и связан с четвертым атомом марганца через дополнительную оксогруппу (-O-). Химики уже пытались воссоздать подобный каталитический центр in vitro, но до сих пор ни один из этих искаженных или неполных кубических элементов не показал способности к фотоокислению воды.
Предыдущие работы научной группы Спицции были посвящены синтезу целого семейства комплексных соединений, основу которых составил кубический элемент {Mn4O4}n+. В высших степенях окисления этот кубический элемент проявляет очень большую окислительную способность, разрывая даже очень сильные связи кислород-водород и азот-водород.
Кроме того, команда Спицции синтезировала различные комплексные соединения с ядром из кубического марганцево-кислородного элемента [Mn4O4L6], где в качестве лигандов L — используются различные диарилфосфинатные анионы. Эти комплексы на основе марганцево-кислородного кубического ядра уникальны своей способностью высвобождать молекулярный кислород при возбуждении светом.
close
100%
Процесс идет наиболее эффективно при облучении фиолетовым светом с длиной волны 350 нм. Он включает в себя высвобождение двух из четырех атомов кислорода, образующих ядро, а также отсоединение одного из шести лигандов.
Впоследствии комплекс полностью восстанавливается, присоединяя к себе утраченный лиганд и две молекулы воды и высвобождая четыре протона – то есть ядра атомов водорода – в последовательных стадиях депротонирования.
Проблема реализации замкнутого каталитического цикла на основе подобного катализатора заключается в том, что описанные реакции возможны только в газовой фазе. А вот в конденсированном состоянии энергии света оказывается недостаточно для отрыва молекулы кислорода.
Кроме того, комплексные соединения на основе кубического ядра из марганца и кислорода нерастворимы в воде и большинстве органических растворителей, что сильно осложняло исследователям жизнь при изучении взаимодействия подобных комплексов с водой при освещении.
close
100%
Преодолеть эту трудность помог замечательный мембранный материал Nafion производства американской корпорации Du Pont. Этот материал представляет собой полимерную мембрану с порами, заполненными молекулами воды. Поры образованы гидрофильными, то есть притягивающими молекулы воды, участками полимерной цепи, а разделены между собой участками гидрофобными, то есть отталкивающими воду.
С помощью реакции ионного обмена ученым удалось поместить комплексные соединения с кубическим ядром в гидрофобные участки мембраны и закрепить их там за счет взаимодействия лигандов с матрицей полимера. При этом активный центр катализатора сохраняет доступ к воде в порах полимера. Поры же в материале Nafion объединены в каналы, по которым и переносятся ионы водорода Н+.
Дальнейшие процедуры по созданию установки по окислению воды выглядят следующим образом. Жидкий Nafion с встроенными в него комплексами катализатора выливают на подложку из стеклоуглерода, где тот затвердевает и, таким образом, функционализирует рабочий электрод электролизера. Электрод опускается в емкость с деионизованной водой и между ним и электродом сравнения создается разность потенциалов примерно.
При освещении электрода светом происходит резкое увеличение тока, которое связано с протеканием реакций окисления молекул воды.
Если же освещение выключить, то протекание электрического тока прекращается, что говорит об окончании реакции окисления воды.
close
100%
Nafion
Мембрана Nafion представляет собой сополимер тетрафторэтилена и мономера, имеющего боковые цепи перфторированного винилового эфира, оканчивающиеся сульфогруппами.
В процессе этой реакции кислород высвобождается в молекулярной форме, тогда как ионы водорода через каналы в Nafion’е двигаются к катоду. Достигая поверхности электрода, ионы получают электроны и преобразуются в молекулярный водород.
К достоинству подобного метода получения водорода относится отсутствие необходимости в больших напряжениях – разница потенциалов между электродами составляет примерно 1 В – и энергозатратах, характерных для обычного электролиза. Для расщепления воды на O2 и 4Н+ достаточно осветить электрод видимым светом, а электрическое напряжение прикладывается исключительно для восстановления 2Н+ до молекулы водорода.
Кроме того, кубические анионы на основе марганца и кислорода гораздо дольше сохраняют свою эффективность, будучи закреплены в полимерной матрице, чем если бы они были растворены в составе комплексного соединения в неводном растворителе. Растворенные комплексы при постоянном отщеплении и присоединении одного из лигандов постепенно полимеризуются, и в итоге количество молекул, принимающих участие в фотоокислении воды, снижается. С закреплёнными в матрице такого не происходит.
Сумев воспроизвести в некое подобие природного механизма окисления воды,
ученые могут пока что только развести руками в ответ на вопрос о механизме такого превращения.
Изучению данной реакции воды с искусственными кубическими марганцево-кислородными окислителями будут посвящены их ближайшие работы.
И это лишь первый шаг на пути освоения природного механизма фотоокисления воды, который эволюционировал в течение миллиардов лет. По современным подсчетам, у человечества, чтобы слезть с нефтегазовой иглы, есть лишь несколько десятилетий.
Вода — феноменальное вещество. Его присутствие приносит жизнь и рост всем видам организмов, и, следовательно, его отсутствие приводит к противоположному. Покрывая 80% поверхности Земли, это единственное вещество, которое естественным образом встречается на планете во всех трех государствах; твердое, жидкое и газообразное. Будучи таким важным веществом, он удивительно прост по своему составу. Вода состоит из двух частей водорода и одной части кислорода, что составляет химический символ h3O. Вода естественным образом существует на планете во всех трех штатах. Когда температура воды ниже точки замерзания (32 градуса по Фаренгейту), она является твердой. Между точкой замерзания и точкой кипения это жидкость. А выше точки кипения (212 градусов по Фаренгейту) это газ. Помимо трех состояний, вода обладает рядом уникальных свойств.Большинство жидкостей становятся меньше по мере того, как они становятся холоднее, но не вода. Вода перестанет уменьшаться примерно при 39 градусах по Фаренгейту, а затем развернется и начнет расширяться, когда станет еще холоднее. Другое свойство называется сплоченностью, что означает, что вода притягивается к другой воде.
Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.Их привлекает друг к другу электростатическое притяжение. Все это означает, что атом водорода заряжен положительно, а атом кислорода — отрицательно. Противоположности притягиваются, и вода ничем не отличается. Вода притягивается к другой воде из-за этого притяжения заряда. Таким же образом, как объединяются атомы. Водород одной молекулы воды будет связываться с атомом кислорода другой молекулы.
Растворимость данной жидкости означает просто количество твердого вещества, которое может быть растворено в жидкости. Растворимость зависит от нескольких факторов, таких как используемая жидкость, температура окружающей среды и атмосферное давление. В какой-то момент только определенное количество твердого вещества может быть растворено в воде до того, как она достигнет равновесия, а это означает, что твердое вещество больше не может быть растворено.Думайте об этом, как о том, как насыпать сахар в чашку кофе. Только определенное количество сахара можно растворить в кофе, прежде чем больше нельзя будет добавлять.
Когда вода находится в жидкой форме, ее легче всего увидеть. В конце концов, он охватывает большую часть планеты. Некоторые конкретные переменные должны быть подходящими для изменения состояния воды, и эти переменные должны оставаться в определенном диапазоне, чтобы вода оставалась в каком бы состоянии она ни находилась. Например, температура воды должна быть от 32 до 212 градусов по Фаренгейту, чтобы оставаться в таком состоянии. жидкость.Основной путь возврата жидкой воды на поверхность Земли — осадки. Конденсация — это способ превращения водяного пара обратно в жидкую воду. Это вызывает образование облаков, которые, в свою очередь, вызывают осадки, возвращающие нам воду.
Проще говоря, лед — это замороженное состояние воды. Когда вода замерзает, она расширяется и захватывает внутри себя молекулы воздуха.Фактически, это единственное известное вещество (неметаллическое), которое может расширяться таким образом. Вот почему лед будет плавать в стакане с водой. Он не обязательно должен быть в жидком состоянии, чтобы стать льдом. Водяной пар может образовывать кристаллы льда, как в виде инея. Лед можно найти в окружающей среде во многих формах, от снега и града до айсбергов и сосулек.
Вода существует как пар во время своего газового состояния. Это может происходят несколькими способами, но в основном в температура выше 212 градусов по Фаренгейту. Выше при такой температуре вода закипит и превратится в видимый пар в виде пара.Вода может также существуют ниже этой температуры, например, когда вы можете видеть свое дыхание в холодный день. Другая форма превращения воды в пар — через испарение, то есть поглощение жидкости вода в воздух. Примером этого может быть влажная поверхность, позволяющая высохнуть. Эта вода не исчезнуть, он просто испарился в окружающее воздух.
|
Почему вода особенная? | Американский институт геонаук
Вы, вероятно, принимаете воду как должное, потому что она очень распространена, но вода — очень необычное вещество. Его самое впечатляющее свойство — лед плавает в воде. Вы, наверное, думаете, что в этом нет ничего страшного, но вода — почти единственное вещество во Вселенной, для которого твердое тело плавает в жидкости! Вода очень необычна и во многих других отношениях.Например, теплоемкость воды выше, чем у любого другого вещества. Теплоемкость вещества — это количество тепла, которое необходимо добавить к массе материала, чтобы повысить его температуру на определенное количество. Теплоемкость воды более чем в два раза превышает теплоемкость природных минералов и горных пород. Это имеет тенденцию выравнивать разницу температур на Земле днем и ночью и летом и зимой. Вода также является лучшим универсальным растворителем. В воде растворяется больше твердых веществ, чем в любой другой жидкости.
Вода состоит из молекул состава h3O (два маленьких атома водорода и один больший атом кислорода). Два атома водорода очень прочно связаны с атомом кислорода. Три атома не расположены по прямой линии; вместо этого они образуют угол. Электроны, вращающиеся вокруг трех атомов, сильнее притягиваются к атому кислорода, чем к атомам водорода. Электроны имеют отрицательный электрический заряд. Это дает кислородной «стороне» молекулы воды слегка отрицательный электрический заряд.Водородная «сторона» молекулы воды имеет слегка положительный электрический заряд. Такие молекулы, у которых одна сторона положительная, а другая отрицательная, называются полярными молекулами.
В природе электрические заряды одного знака отталкиваются, а электрические заряды разных знаков притягиваются. Когда молекулы воды соединяются в регулярную структуру, образуя твердый лед, положительные стороны молекул притягиваются к отрицательным сторонам соседних молекул. Образовавшаяся связь называется водородной связью.Он слабее, чем связи между водородом и кислородом, но все же достаточно силен, чтобы заставить воду замерзнуть в лед.
Почему лед тает при достижении температуры плавления? В природе каждый атом или молекула испытывает вибрацию или «покачивание», потому что обладает тепловой энергией. Сила вибрации увеличивается с повышением температуры. Когда температура достаточно высока, лед тает, потому что тепловые колебания молекул становятся настолько сильными, что водородные связи разрываются.В структуре льда молекулы имеют относительно открытое расположение. Когда лед тает, молекулы становятся свободными и собираются вместе более плотно. Поэтому вода плотнее льда.
Молекулы воды в жидкой воде притягиваются друг к другу. Внутри жидкости на любую конкретную молекулу воды действуют силы притяжения со всех сторон. Однако для молекулы прямо на поверхности воды дело обстоит иначе. Его привлекают молекулы под ним и рядом, но не сверху.Это заставляет поверхность сокращаться параллельно самой себе. Эта сила усадки называется поверхностным натяжением. Вы когда-нибудь наблюдали, как мыльный пузырь создается при взмахе пузырчатой палочки? Сначала он растягивается, но как только выходит из палочки, становится сферой. Это потому, что поверхностное натяжение заставляет весь пузырек тянуться внутрь самого себя.
Подъем воды в тонкой трубке называется капиллярным действием или капиллярностью. Это еще один эффект поверхностного натяжения. Поверхность воды в трубке изгибается вверх по ее краю.(Эта криволинейная поверхность называется мениском.) Чтобы понять капиллярность, вам нужно знать, что поверхностное натяжение — это нечто большее, чем просто поверхность воды. Также имеется поверхностное натяжение в пленке воды, которая контактирует со стеклом трубки, а также в пленке воздуха, которая контактирует со стеклом трубки. Поверхностное натяжение воздушной пленки сильнее, чем поверхностное натяжение водной пленки. Это заставляет мениск подтягиваться вверх по поверхности стекла, и вода поднимается вверх по трубке.Капиллярность объясняет, почему кусок ткани или бумажное полотенце намокает, когда вы опускаете его нижний край в воду. Крошечные проходы между волокнами действуют как капиллярные трубки! Когда материал обрабатывается водоотталкивающим средством, поверхностное натяжение между воздухом и материалом уменьшается. Тогда вода больше не втягивается в волокна.
Водные ресурсы 1.Введение Люди живут на планете, где преобладает вода. Более 70% поверхности Земли покрыта им. Ученые подсчитали, что гидросфера содержит около 1,36 миллиарда кубических километров этого вещества в основном в форма жидкости, занимающая топографические впадины на Земле. Пресная вода является основным ресурсом для всей земной жизни на этой планете. Вода важно для облегчения большинства биотик и абиотический экологические процессы.Люди используют воду для базового выживания и нуждаются в воде для использования в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в электроэнергетике поколение. Поскольку человеческое население и промышленная активность в мире увеличиваются, так же потребность в воде. В 1990 году каждый человек использовал примерно 710 куб. метров воды в год, что составляет около 2600 кубических километров в год. К 2000 году рост населения и экономической активности будет увеличить общее использование примерно до 6000 кубических километров в год. Источниками воды для использования в описанных выше процессах являются:
становится все более загрязненный из множества контролируемых человеком процессов. Многие люди не могут
получить доступ к чистой воде для потребления. Загрязненная вода вызывает
вспышки заболеваний среди людей, которые вызывают чрезмерную нагрузку на естественные
экосистемы. Будущее повышение продуктивности сельского хозяйства, чтобы прокормить растущий
человеческому населению потребуется вода для орошения. Однако новые источники
воду трудно найти. 1.1 Химическая и физическая Свойства воды Вода имеет очень простую атомную структуру. Эта структура состоит двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода ( Рисунок 4.1 ). Природа атомной структуры воды делает ее молекулы уникальными. электрохимические свойства. Водородная сторона молекулы воды имеет небольшой положительный заряд (см. Рисунок 4.1 ). На другой стороне у молекулы отрицательный заряд.Эта молекулярная полярность заставляет воду быть сильным растворителем и отвечает за его прочную поверхность напряжение (для получения дополнительной информации об этих двух свойствах см. обсуждение ниже).
Когда вода образует физическую фазу change его молекулы располагаются в совершенно разных паттерны ( Рисунок 4.2 ). Образец воды, когда она замороженный, заставляет его объем расширяться, а его плотность уменьшаться. Расширение вода при замерзании позволяет льду плавать поверх жидкой воды.
Вода обладает рядом других уникальных физических свойств. Вот эти объекты недвижимости:
1.2 Доступность воды и распределение Осадки являются основным источником пресной воды для реки, озера, грунтовые воды и ледники на земной поверхности Земли. Среднее годовое количество осадков в мире оценивается в 1050 миллиметра в год или 2,9 миллиметра в день. Рисунок 4.4 ниже иллюстрирует структуру годового количества осадков во всем мире.В диаграмма показывает, что распределение осадков на нашей планете не однородный. Районы с большим количеством осадков находятся недалеко от экватора, на западном побережье. Северной Америки между широтами от 35 до 60 градусов северной широты, юго-восток США, побережье Юго-Восточной Азии и восточная Австралия. Недостаток участков осадков включают континентальные пустыни в субтропических высоких поясах, Центральная Евразия и Северная Америка, а также полярные регионы выше 60-й широты. градусов. Среднее годовое количество осадков в мире составляет оценивается в 1050 миллиметров в год или 2,9 миллиметра в день. Тем не мение, Рисунок 4.4. показывает, что фактические значения отличаются от минимум 0 миллиметров в день или максимум 10 миллиметров в день в зависимости от местоположения. Причины появления этих шаблонов следующие:
В таблице 4.1 ниже описаны основные резервуары вода, найденная на Земле. В таблице указано, что большая часть воды, обнаруженной на эта планета находится в океанах. Использование этой раковины для воды людьми ограничен из-за содержащихся в нем растворенных солей.Ледниковые шапки и ледники содержат около 2% всей воды в мире и около 60% пресной воды поставка. Использование этой воды людьми очень ограничено из-за ее формы. и расположение. Люди в основном используют пресную воду, содержащуюся в грунтовых водах, озерах, реки, почва и атмосфера. Эта вода составляет менее 1% Запасы Земли. Таблица 4.1: Инвентаризация воды на поверхность Земли.
(1) 750-4000 м ниже поверхности; (2) 0-749 м ниже поверхность. Таблица Содержание След. |
Сохранение материи при физических и химических изменениях
Материя составляет все видимое в известной вселенной, от горшка до сверхновых.И поскольку материя никогда не создается и не разрушается, она проходит через наш мир. Атомы, которые были в динозавре миллионы лет назад — и в звезде за миллиарды лет до этого — могут быть внутри вас сегодня.
Материя — это все, что имеет массу и занимает место. Он включает в себя молекулы, атомы, элементарные частицы и любое вещество, из которого состоят эти частицы. Материя может изменять форму посредством физических и химических изменений, но посредством любого из этих изменений материя сохраняется. Одно и то же количество материи существует до и после изменения — ни одна не создается и не уничтожается.Эта концепция называется Законом сохранения массы.
При физическом изменении физические свойства вещества могут измениться, но его химический состав — нет. Например, вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вода — единственное известное вещество на Земле, которое в природе существует в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Чтобы переключаться между этими состояниями, вода должна претерпевать физические изменения. Когда вода замерзает, она становится твердой и менее плотной, но химически остается прежней.До и после изменения присутствует одинаковое количество молекул воды, а химические свойства воды остаются неизменными.
Однако для образования воды атомы водорода и кислорода должны претерпевать химические изменения. или чтобы произошло химическое изменение, атомы должны либо разорвать связи, либо образовать связи. Добавление или вычитание атомных связей изменяет химические свойства задействованных веществ. И водород, и кислород двухатомны — они существуют в природе в виде связанных пар (H 2 и O 2 , соответственно).В правильных условиях и с достаточной энергией эти двухатомные связи разорвутся, и атомы соединятся с образованием H 2 O (вода). Химики записывают эту химическую реакцию как:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
Это уравнение говорит, что для образования двух молекул воды нужны две молекулы водорода и одна молекула кислорода. Обратите внимание на одинаковое количество атомов водорода и кислорода по обе стороны уравнения. В химических изменениях, как и в физических изменениях, сохраняется материя.В данном случае разница заключается в том, что вещества до и после изменения имеют разные физические и химические свойства. Водород и кислород — это газы при стандартной температуре и давлении, тогда как вода — бесцветная жидкость без запаха.
В экосистемах одновременно происходит множество химических и физических изменений, и материя сохраняется в каждой из них — без исключений. Представьте ручей, текущий через каньон — сколько химических и физических изменений происходит в любой момент?
Сначала рассмотрим воду.Во многих каньонных ручьях вода поступает с возвышенностей и образуется в виде снега. Конечно, вода началась не здесь — ее циркулировали по всему миру с тех пор, как на Земле впервые появилась вода. Но в контексте ручья каньона он начинался в горах как снег. Чтобы присоединиться к ручью, снег должен претерпеть физическое изменение — таять. Когда жидкая вода течет через каньон, она может испаряться (еще одно физическое изменение) в водяной пар. Вода дает очень ясный пример того, как материя движется по нашему миру, часто меняя форму, но никогда не исчезая.
Затем рассмотрите растения и водоросли, обитающие в ручье и вдоль него. В процессе, называемом фотосинтезом, эти организмы преобразуют световую энергию солнца в химическую энергию, хранящуюся в сахарах. Однако световая энергия не производит атомы, из которых состоят эти сахара — что нарушило бы Закон сохранения массы — она просто дает энергию для того, чтобы произошли химические изменения. Атомы происходят из углекислого газа в воздухе и воды в почве. Энергия света позволяет этим связям разрушаться и преобразовываться с образованием сахара и кислорода, как показано в химическом уравнении фотосинтеза:
6CO 2 + 6H 2 O + светлый -> C 6 H 12 O 6 (сахар) + 6O 2
Это уравнение говорит, что шесть молекул углекислого газа соединяются с шестью молекулами воды, образуя одну молекулу сахара и шесть молекул кислорода.Если сложить все атомы углерода, водорода и кислорода по обе стороны уравнения, суммы будут равны; материя сохраняется в этом химическом изменении.
Когда животные в ручье и вокруг него поедают эти растения, их тела используют накопленную химическую энергию для питания своих клеток и передвижения. Они используют питательные вещества, содержащиеся в пище, для роста и восстановления своего тела — атомы для новых клеток должны откуда-то поступать. Любая пища, попадающая в тело животного, должна либо покинуть его тело, либо стать его частью; никакие атомы не разрушаются и не создаются.
Материя также сохраняется во время физических и химических изменений в круговороте горных пород. По мере того, как поток углубляется в каньон, камни на дне каньона не исчезают. Они размываются потоком и уносятся небольшими кусочками, называемыми отложениями. Эти отложения могут оседать на дне озера или пруда в конце ручья, со временем накапливаясь слоями. Вес каждого дополнительного слоя уплотняет слои под ним, в конечном итоге создавая такое давление, что образуется новая осадочная порода.Это физическое изменение породы, но при правильных условиях порода может измениться и химически. В любом случае вещество в породе сохраняется.
Итог: Материя циркулирует во вселенной во многих различных формах. При любом физическом или химическом изменении материя не появляется и не исчезает. Атомы, созданные в звездах (очень, очень давно), составляют все живое и неживое на Земле, даже вас. Невозможно узнать, как далеко и через какие формы прошли ваши атомы, чтобы создать вас.И невозможно знать, где они окажутся в следующий раз.
Это не вся история материи, но история видимой материи. Ученые узнали, что около 25 процентов массы Вселенной состоит из темной материи — материи, которую нельзя увидеть, но которую можно обнаружить с помощью гравитационных эффектов. Точная природа темной материи еще предстоит определить. Еще 70 процентов Вселенной — это еще более загадочный компонент, называемый темной энергией, который действует против гравитации.Итак, «нормальная» материя составляет не более пяти процентов Вселенной.
Что такое вода? — BBC Bitesize
Почему важна вода?
Вода необходима для всего животного и растительного мира на Земле. Например, растения используют воду в процессе фотосинтеза для приготовления пищи.
Примерно 60% тела взрослого человека состоит из воды, и она выполняет множество функций, в том числе:
Растворяет жизненно важные питательные вещества в кровотоке и доставляет их в клетки.
Регулирует температуру нашего тела.
Растворение отработанных веществ и вывод их из организма с мочой, фекалиями и потом.
Защитные ткани , суставов и спинного мозга .
Людям необходимо пить много воды, чтобы восполнить то, что мы теряем с потом, мочой и фекалиями.
% PDF-1.5 % 4 0 obj >>> / BBox [0 0 541.h ~ P8O & 㣌 kx \ [ конечный поток эндобдж 13 0 объект > поток iText 4.2.0 от 1T3XT2021-10-16T09: 09: 19-07: 00 конечный поток эндобдж 14 0 объект > поток x +
Химия воды
Вода ХимияВы вероятно, знаю, что химическое описание воды — H 2 O.Молекула воды состоит из одного атома кислорода, связанного с двумя атомами водорода. Водород атомы «прикреплены» к одной стороне атома кислорода, в результате чего молекула воды, имеющая положительный заряд на стороне, где атомы водорода являются и отрицательный заряд с другой стороны, где находится атом кислорода. С противоположные электрические заряды притягиваются, молекулы воды стремятся притягиваться друг к другу, делая воду «липкой». Сторона с атомами водорода (положительная заряд) притягивает кислородную сторону (отрицательный заряд) другой молекулы воды.
Все эти молекулы воды притяжение друг к другу означает, что они склонны слипаться. Вот почему вода капли на самом деле капли! Если бы не некоторые силы Земли, такие как гравитации, капля воды имела бы форму шара — идеальную сферу. Даже если она не образует идеальную сферу на Земле, мы должны радоваться, что вода липкая.
Воду называют «универсальной. растворитель », потому что он растворяет больше веществ, чем любая другая жидкость.Это означает, что везде, где вода проходит через землю или сквозь наши тела, он берет с собой ценные химические вещества, минералы и питательные вещества.
Чистая вода имеет нейтральный pH. Чистая вода имеет pH около 7, который не является ни кислым, ни основным.
Water’s
Физические свойства:
Вода уникальна
в том, что это единственное природное вещество, которое встречается во всех трех состояниях
— жидкость, твердое тело (лед) и газ (пар) — при обычно встречающихся температурах
на земле.Вода Земли постоянно взаимодействует, изменяется и находится в движении.
Вода замерзает при 32 по Фаренгейту (F) и закипает при 212 F. Фактически, вода замерзает. а точки кипения — это базовая линия, при которой измеряется температура: 0 по шкале Цельсия — это точка замерзания воды, а 100 — температура кипения воды. точка. Вода необычна тем, что твердая форма льда менее плотная, чем жидкая форма, из-за чего лед плавает.
Вода имеет высокий показатель удельной теплоемкости.Это означает, что вода может поглощать много тепла. прежде, чем он начнет нагреваться. Вот почему вода важна для промышленности и в радиаторе вашего автомобиля в качестве охлаждающей жидкости. Высокий удельный теплообменник воды. также помогает регулировать скорость изменения температуры воздуха, поэтому изменение температуры между сезонами происходит постепенно, а не внезапно, особенно возле океанов.
Вода имеет очень высокое поверхностное натяжение. Другими словами, вода липкая и эластичная, и имеет тенденцию слипаться в капли, а не растекаться в виде тонкой пленки.Поверхностное натяжение отвечает за капиллярное действие, которое позволяет воде (и растворенные в нем вещества), чтобы продвигаться через корни растений и через крошечные кровеносные сосуды в наших телах.
Вода
температура:
Температура воды
важен не только для пловцов и рыбаков, но и для промышленности и
даже рыбу и водоросли. Много воды используется для охлаждения в энергетике.
заводы, вырабатывающие электроэнергию.Для начала им нужна прохладная вода, и
они обычно выпускают более теплую воду обратно в окружающую среду. Температура
выпущенной воды может повлиять на места обитания ниже по течению. Температура также может
влияют на способность воды удерживать кислород, а также на способность организмов
противостоять определенным загрязнителям.
pH:
pH — это мера
насколько кислая / основная вода. Диапазон значений от 0 до 14, где 7 — нейтральный.
pH менее 7 указывает на кислотность, тогда как pH более 7 указывает на
база.pH на самом деле является мерой относительного количества свободного водорода и
гидроксильные ионы в воде. Вода, в которой больше свободных ионов водорода, кислая,
тогда как вода, которая имеет больше свободных гидроксил-ионов, является основной. Поскольку это может повлиять на pH
химические вещества в воде, pH — важный индикатор воды, которая изменяется
химически. pH указывается в «логарифмических единицах», например, в единицах измерения Рихтера.
шкала, измеряющая землетрясения. Каждое число означает 10-кратное изменение
в кислотности / щелочности воды.Вода с pH 5 в десять раз больше
кислая, чем вода, имеющая pH 6.
Загрязнение может изменить pH воды, что, в свою очередь, может нанести вред животным и растениям, живущим в воде. Например, вода, выходящая из заброшенной угольной шахты, может иметь pH 2, что очень кисло и определенно повлияет на любую рыбу Достаточно сумасшедший, чтобы пытаться в нем жить! Используя шкалу логарифма, эта шахта-дренаж вода будет в 100000 раз более кислой, чем нейтральная вода — так что держитесь подальше заброшенных шахт.
специфический
Электропроводность:
Удельная электропроводность
это мера способности воды проводить электрический ток. Это
сильно зависит от количества растворенных твердых веществ (например, соли) в
воды. Чистая вода, такая как дистиллированная, будет иметь очень низкую удельную
проводимость, а морская вода будет иметь высокую удельную проводимость. Дождевая вода
часто растворяет переносимые по воздуху газы и пыль, находясь в воздухе,
и поэтому часто имеет более высокую удельную проводимость, чем дистиллированная вода.Специфический
проводимость — важное измерение качества воды, потому что она дает хороший
представление о количестве растворенного вещества в воде.
Наверное в школе вы провели эксперимент, в котором вы подключаете батарею к свету лампочку и пропустите два провода от аккумулятора в стакан с водой. Когда провода помещены в стакан с дистиллированной водой, лампочка не загорится. Но лампочка загорается, когда стакан содержит соленую воду (физиологический раствор).В физиологическом растворе вода, соль растворилась, высвободив свободные электроны, и вода будет провести электрический ток.
Мутность:
Мутность
это мера мутности воды. Измеряется путем прохождения луча
света сквозь воду и посмотреть, сколько отражается от частиц
в воде. Мутность воды вызвана такими материалами, как грязь и остатки
из листьев, которые подвешены (плавают) в воде.Кристально чистая вода,
таких как озеро Тахо (где они прилагают все усилия, чтобы осадок не вымывался в
озеро) имеет очень низкую мутность. Но посмотрите на реку после шторма — она
вероятно коричневый. Вы видите всю взвешенную почву в воде. Счастливчик
для нас материалы, вызывающие помутнение питьевой воды, либо оседают
или фильтруются до того, как вода попадет в стакан для питья дома.
Мутность измеряется в нефелометрических единицах мутности (NTU).
Растворенный
Кислород:
Хотя вода
молекулы содержат атом кислорода, этот кислород — не то, что нужно водным
организмы, живущие в наших природных водах. Небольшое количество кислорода, примерно до
десять молекул кислорода на миллион воды фактически растворены в воде.
Растворенный кислород, которым дышат рыбы и зоопланктон, необходим для
им выжить.
Быстро движущаяся вода, например, в горном ручье или большой реке, как правило, содержит много растворенного кислорода, а в стоячей воде его мало.Процесс где бактерии в воде помогают органическим веществам, например тем, которые происходят из очистные сооружения, гниение потребляет кислород. Таким образом, избыток органического материала в наших озерах и реках может вызвать дефицит кислорода. Водной жизни могут быть тяжелые времена в стоячей воде, которая сильно гниет, органический материал в нем, особенно летом, когда уровень растворенного кислорода находятся на сезонном минимуме.
Жесткость:
Сумма
растворенных в воде кальция и магния определяет ее «жесткость».»
Жесткость воды варьируется на всей территории США. Если вы живете в районе
где вода «мягкая», то вы, возможно, даже не слышали о
жесткость воды. Но если вы живете во Флориде, Нью-Мексико, Аризоне, Юте, Вайоминге,
Небраска, Южная Дакота, Айова, Висконсин или Индиана, где вода относительно
трудно, вы можете заметить, что при стирке трудно вспенить
руки или одежду. Кроме того, предприятиям в вашем регионе, возможно, придется тратить деньги
для смягчения воды, так как жесткая вода может повредить оборудование.Жесткая вода может
даже сократить срок службы тканей и одежды! Означает ли это, что студенты
которые живут в районах с жесткой водой, следят за последней модой с тех пор, как
одежда быстрее изнашивается?
Подвесной
Осадок:
Взвешенный
осадок — это количество почвы, движущейся потоком. Это сильно зависит
от скорости потока воды, так как быстро текущая вода может собирать и задерживать
больше почвы, чем спокойной воды.Во время шторма почва смывается с берегов ручьев.
в поток. Количество, которое смывается в поток, зависит от типа
земли в водосборном бассейне реки и растительности, окружающей реку.
Если земля нарушается вдоль ручья и не принимаются меры защиты, то превышение осадок может повредить качество воды в ручье. Вы, наверное, видели эти короткие пластиковые заборы, которые строители ставят по краям собственности. развиваются.Предполагается, что эти противоиловые заграждения задерживают отложения во время ливня. и не допускайте смывания в ручей, так как излишки наносов могут повредить ручьи, реки, озера и водохранилища.
Осадок попадание в резервуар всегда вызывает беспокойство; как только он входит, он не может получить out — большая часть осядет на дно. Водохранилища могут «заиливаться» если в них попадает слишком много осадка. Объем резервуара уменьшен, в результате уменьшается площадь для катания на лодках, рыбалки и отдыха, а также сокращается мощность электростанции на плотине.
водный
Геохимия раствора:
Смотреть
на схеме гидрогеохимического цикла.
- Кислота = вещество содержащий водород, который при растворении дает свободный водород (H + ) в воде
- Основа = вещество содержащие группу ОН, которая при растворении дает свободный (ОН —) в воде
Например:
- pH = инверсный log концентрации (активности) свободного H + , или pH = -log [H + ]
- pH диапазоны при 25 ° C от 0 до 14; pH <7 = кислый раствор; pH> 7 = щелочной раствор.Если добавляется HCl или другая кислота, pH снижается; если NaOH или другое основание добавляется, тогда pH увеличивается.
- pH увеличивается как угольная кислота (слабая кислота) диссоциирует: когда углекислый газ объединяется с водой, например, что происходит в атмосфере, когда ископаемое топливо сгорает, образуется углекислота: H 2 O + CO 2 ==> Н 2 CO 3 .Доступны бесплатные H + при последовательных диссоциациях:
H 2 CO 3 ==> H + + HCO 3- угольная кислота до бикарбоната, происходит при pH ~ 6,4
HCO 3 ==> H + + CO 3 2- бикарбонат до карбоната, происходит при pH ~ 10.3
Помните, бесплатно H + доступен только в кислой среде или при pH <~ 7. Диссоциация бикарбоната карбонат происходит, когда в системе слишком много OH — и H + «высвобождается» для уравновешивания базы.
- Растворенные катионы
и анионы в воде
Катионы = доноры электронов, положительно заряженные: Na + , K + , Mg ++ , Ca ++ , Fe ++ или Fe +++ , Mn ++ , Al +++
Анионы = электрон акцепторы, нег.заряжено: Cl — , F — , I — , Br — , SO 4 — , CO 3 — , HCO 3 —, NO 3 —, NO 2 —
Металлы = акт в основном похожи на катионы: Cu, Zn, Pb, Co, Ni, Cr, As, Se, Mo и т. д.
- Анализ воды — Необходим катионно-анионный баланс
миллионный эквивалент (MEQ) = моль эквивалентного заряда или аниона или катиона, мера полного заряда, обусловленного рассматриваемый ион растворяется в растворе.Начни с концентрации, раздели на моль веса, умножить на заряд: XX мг / л / МВт x CHG = MEQ
Пример: NaCl в растворе, Na = 50 мг / л (50 частей на миллион): 50/23 x 1 = 2,17 MEQ
Cl = 77 мг / л (77 частей на миллион): 77 / 35,5 x -1 = -2,17 MEQ
Итак, если общий катион и анионные MEQ не сбалансированы, в анализе существует некоторая ошибка.
