Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11 | Следующая страница реферата

Содержание в 1л. воды растворенных веществ
| |Кол-во растворенных |
| |веществ, г |
|Пресные |Менее 1 |
|Минерализованные|1-50 |
|Рассолы |Более 50 |

В воде могут раствориться все элементы периодической системы, включая и такие почти не растворимые, как кремень (например, кварц – двуокись кремния
SiO2). Все зависит от температуры, давления и присутствия в растворе других компонентов. Природные воды могут существовать в температурных пределах от близкой к абсолютному нулю (минус 273 °С, или 0°К) до примерно 2000 °С; могут испытывать давление от тысячных долей атмосферы (единицы миллиметров ртутного столба или единицы миллибар) до десятков тысяч атмосфер (порядка
30—40кбар).

2 Растворимость газов в воде

В природной воде могут быть растворены газы как воздушного
(атмосферного), так и подземного происхождения. В наиболее пресной дождевой воде, прежде всего, растворяются кислород и азот. Как известно, воздушная смесь газов земной атмосферы в основном состоит из 79 частей азота и 21 части кислорода. Хотя растворимость кислорода почти в два раза выше растворимости азота, все же в воде азота растворяется почти в два раза больше, чем кислорода (рис. 8).

Растворимость в воде газов различна и зависит от ряда факторов: температуры, давления, минерализации, присутствия в водном растворе других газов. С повышением температуры до 90 °С растворимость газов в воде снижается, а затем возрастает. Так, в 1 л воды при температуре 20 °С растворяется 665 мл 4630, аммиака—I 300000. Как видно из этих примеров, растворимость зависит и от состава самого газа.

Повышение давления влечет за собой увеличение растворимости газов.
Например, при давлении 25атм в 1 л воды растворяется углекислого газа 16,3 л, а при 53 атм — 26,9.

При повышении минерализации воды растворимость газа падает. Так, при
0°С растворимость кислорода в 1 л воды с минерализацией менее 1 г/л составляет 49 мл, а при минерализации 30 г/л*—только 15, т. е. в три раза меньше.

Из всего сказанного можно сделать вывод о том, что растворимость газа в природной воде при постоянных температуре и степени минерализации прямо пропорциональна давлению газа на жидкость, для газовых смесей она пропорциональна давлению каждого газа в отдельности. Но это справедливо для сравнительно небольших давлений. При значительных давлениях, например на больших глубинах в океане, где давление подчас достигает сотен и даже тысячи атмосфер, на растворимость газов в воде влияет не парциальное давление отдельных газов, а общее давление всего столба воды, но об этом речь впереди.

В растворенном газе дождевой воды углекислоты в 33 раза больше, чем в воздухе, а кислорода в два раза больше.

Углекислый газ поступает в атмосферу (наземную и подземную) преимущественно за счет окисления, брожения и гниения органических остатков и дыхания водных организмов. В атмосфере его содержание при парциальном давлении 0,0003 атм невелико - около 0,03%.

В 1 л чистой воды при таком давлении и температуре 15 °С может раствориться всего лишь 0,59 мг углекислого газа. В земных недрах на значительных глубинах его содержание может достигать очень больших значений, и источником этого газа чаще служат глубинные процессы выделения его из вещества мантии и нежней литосферы.

3 Растворимость твердых веществ в воде.

Процесс растворения твердых веществ в воде можно рассматривать как борьбу двух электростатических сил с противоположными зарядами, присущих ионам твердого вещества, с одной стороны, и ионам и молекулам воды — с другой. На рис. 9 показана схема процесса растворения кристалла поваренной соли (NaCI). Оторванные от кристалла заряженные ионы хлора и натрия окружаются молекулами воды и образуют вокруг иона твердого вещества гидратную оболочку. Иногда она сохраняется даже в том случае, когда твердое вещество выпадает из насыщенного раствора в осадок. Например, выпадающий из раствора при его пересыщении сульфат кальция (Са[S04]) захватывает воду
(называемую кристаллизационной) и становится гипсом (Ca[S04] · 2H20).
Процесс может идти и в обратную сторону. Аналогичное происходит и с гематитом (железным блеском Fe2Оз), переходящим при гидратации в лимонит
(бурый железняк HFeO2 · nH2O, где п достигает 4) и т. п.

Процессы гидратации могут происходить настолько быстро и сопровождаться столь значительным увеличением объема, что приводят к нарушениям земной коры, подобно тектоническим дислокациям.

Растворы представляют собой сложные промежуточные системы между физическими смесями и химическими соединениями. Процесс растворения — процесс диффузионный. При достижении предела растворения (при известных температуре и давлении) наступает динамическое равновесие между количествами как растворяемого вещества, так и выпадающего из раствора, образуется насыщенный, или концентрированный, раствор. Д. И. Менделеев относил процесс растворения не к физическим, а к химическим процессам на том основании, что нередко при растворении выделяется тепло. Это происходит вследствие химического взаимодействия между растворяемым веществом и растворителем. Процентное содержание воды в некоторых минералах очень велико. Например, мирабилит Na2S04·10H20 содержит 56 вес. % воды, гидробазалюминит А14[(ОН)10SO4]3 · 36Н2O — 60, сода Na2СOз·10H2О — 55 и т. д.

Твердое вещество образует водный раствор из молекул и ионов с диаметром 1—10А. Но в воде могут содержаться и более крупные частицы: от 10 до 100А, которые образуют чаще всего не истинные, а коллоидные растворы.
Если находящиеся в воде частицы еще крупнее, то они не образуют растворов, а создают механические суспензии, взвеси.

Химический состав природных растворов весьма разнообразен. Существует множество классификаций их, построенных по разным принципам. Форма выражения результатов анализов может быть различной: солевая, окисная, атомная и ионная. Последняя, хотя, как и другие, условна, однако в настоящее время признана наиболее удобной, поскольку позволяет выражать все, что содержится в воде, вплоть до живых организмов. Именно так и стремился поступать автор классической монографии о природных водах академик В. И. Вернадский. По его классификации природные воды разделялись на 485 видов минералов группы воды (гидридов), причем общее их количество, по его мнению, в действительности должно превысить 1500. Конечно, для практических целей такая классификация затруднительна.

В настоящее время все природные воды по пре" обладающему аниону делят на три класса: 1) хлоридные, 2) сульфатные и 3) гидрокарбонатные.

Каждый класс подразделяется в свою очередь на три группы: 1) кальциевую, 2) магниевую и 3) натриевую, т. е. классификация проводится по катионам. Группы можно делить еще по трем типам, но мы эту классификацию рассматривать не будем. По преобладающему растворенному газу воды могут быть подразделены на азотные, сероводородные, углекислые и т. д.

Самыми главными и наиболее распространенными компонентами в природных растворах являются хлор, а затем натрий, далее следуют ионы сульфатный
[pic],гидрокарбонатный HCO3- и карбонатный [pic], кальций Са2+, магний Mg2+ и др.

На рис. 11 показана зависимость растворимости некоторых солей хлора от температуры. Кривые недвусмысленно показывают, что из четырех солей хлора наибольшей растворимостью обладает хлористый кальций, а наименьшей хлористый натрий.

Насколько возрастает растворимость солей с повышением температуры и давления, рассмотрим на примере самого распространенного в водной среде вещества — хлористого натрия NaCl. При температуре 10°С и давлении 1 бар он растворяется предельно—257 г/кг (насыщенный раствор), а при температуре 500
0С и давлении 1 кбар—в 1571 раз больше (561000 г/кг), т. е. по массе вода как растворитель в 56 раз легче, чем растворяемая соль. В большинстве случаев то же самое происходит и с другими солями. Однако встречаются и исключения. В качестве примера можно привести хромовокислый кальций СаСrO4, растворимость которого при температуре 0°С 15,4, а при 100 0С—только 7,1 г/кг. Так же ведут себя гипс CaSO4 · 2H2O в интервале температур 40—100°С, сульфат натрия Na2S04 при 25—100°С и некоторые другие соли.

4 Взаимодействия воды с растворенным в ней веществом.

Выше было сказано, что при некоторых условиях вода способна расщепляться на два иона: положительно заряженный гидратированный катион Н+
(Н3О+) и отрицательно заряженный анион ОН- (называемый также гидроксилом).
Но вода способна не только расщепляться сама, но и расщеплять другие вещества, в ней растворенные, вступая при этом в обменные реакции с присоединением элементов воды (ОН- и Н+. Этот процесс носит название гидролиза. В качестве одного из примеров можно привести гидролиз хлористого железа, протекающий по следующей схеме:

FeCl3+ЗН2О Fe(OH)3 + ЗНСl.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: титульный лист курсовой работы, ответы школа, шпори для студентів.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11 | Следующая страница реферата