Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Охрана и контроль загрязнений гидросферы. Состав, свойства и круговорот воды в природе


Жизнь на Земле зародилась в воде. Она стала первичной средой для эволюции органического мира и входит в состав всех живых существ. По химическому составу морская вода, где развивалась начальная земная жизнь, очень близка человеческой крови (табл. 6.1). Общая масса воды в живых организмах составляет около 2500км3.

                     Химический состав воды Мирового океана и

                                           крови человека

Химический

элемент

Доля (%) от суммы растворенных солей

Вода Мирового океана

Кровь человека

Хлор

55,0

49,3

Натрий

30,6

30,0

Кислород

5,6

9,9

Калий

1,1

1,8

Кальций

1,2

0,8

Сама вода не имеет питательной ценности, но она - непременная часть всего живого. Организм взрослого человека на 65% состоит из воды; организм животных - на 55 - 59%.

Человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды менее 2% от веса тела (1 - 1,5л) наступает жажда; 6 - 8% - наступает полуобморочное состояние; при нехватке 10% - появляются галлюцинации, нарушается глотание. При недостатке воды - 12% наступает гибель. Животные погибают при потере воды в количестве 20 - 25%.

Человек в среднем потребляет воды в процессе питания в количестве 2 - 4л/сутки. Избыток ее приводит к перегрузкам сердечно-сосудистой системы, ослабляется организм.

Основными составляющими воды являются: кислород - 88,8% и водород - 11,2%.

Это было установлено А.Лавуазье в 1783 г., который получил воду синтезом Н2 + 1/2 О2 = Н2О.

Эта реакция экзотермическая и практически необратима; проходит с большой потерей свободной энергии реагирующих веществ G=-237кДж/моль. (Для сравнения G реакции: С+О2=СО2=-394, 4кДж/моль)

При этом образуется достаточно прочное соединение, которое диссоциирует только при 1500С.

Устойчивость молекул воды определяется характером связи атомов Но и Оо. Водород имеет единственную электронную оболочку, которой для заполнения не хватает одного электрона. Атому кислорода не достает двух периферических электронов для заполнения второй электронной оболочки.

Соединение 2-х атомов водорода с атомом кислорода приводит к заполнению этой оболочки путем создания электронных пар. Такая ковалентная связь обеспечивает возникновение устойчивой молекулы воды, делает ее поляризованной: кислородная часть имеет избыточный отрицательный заряд; водородная - положительный. Атомы водорода, ковалентно связанные с кислородом и практически лишенные оболочки, легко вступают во взаимодействие с электронной оболочкой атома кислорода другой молекулы, образуя ассоциаты: димеры, тримеры, т.е. (Н2О)n.

В связи с этими особенностями вода является активным реагентом и растворителем многих минеральных солей и органических веществ, имеющих функциональные группы (спирты, кислоты, сахара, амины). Взаимодействие:

                             2Н2О + 2F2 = 4НF + О2

приводит к получению плавиковой кислоты с выделением кислорода. Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой в интервале температур 20 - 100С.

Поскольку вода является природным электролитом, в котором практически постоянно протекает процесс диссоциации НОНН+ + ОН-, она вследствие этого обладает вполне приличной электропроводностью.

Воде присущи несколько аномальных свойств.

Для вещества с такой небольшой молекулярной массой она имеет очень высокую температуру кипения (tкип 100С). Например, метан кипит при температуре -184С. Вода обладает необычайно высокой теплоемкостью - 4,184Дж/гград, что в два раза выше теплоемкости любой органической жидкости. Следовательно для испарения соизмеримой массы воды необходимо соответственно затратить большее количество тепла, что делает ее прекрасным охладителем. Вода - одно из немногих веществ, которые в твердом состоянии обладают меньшей плотностью, чем в жидком, поскольку при замерзании она расширяется. Лед имеет плотность 920кг/м3 и образуется только в верхних слоях водоемов. В противном случае жизнь в водах арктического бассейна была бы невозможна.

Способность воды к расширению при замерзании приводит к растрескиванию земного грунта, а иногда к авариям в системах водоснабжения и отопления.

Вода обладает очень высоким поверхностным натяжением, что служит причиной образования сферических капель и изгиба поверхности жидкости в узких сосудах.

Применение воды для нужд человека и промышленных процессов многообразно, ее расход в России около 40млрд. т/год.

Вода имеет в своем составе изотопные разновидности: дейтериевую (Д2О) и тритиевую (Т2О) воды. Дейтериевая или тяжелая вода была открыта в 1832г. американцем Г.Юри, за что он получил Нобелевскую премию. В состав Д2О входит изотоп водорода  - дейтерий (Д).

                    Свойства обыкновенной и тяжелой воды

Свойства

Вода

    Н2О

    Д2О

Молекулярная масса

18,016

20,029

Температура плавления,

замерзания, С

0,0

3,82

Температура кипения, С

100,0

101,42

Плотность (20С, 98кПа), кг/м3

998

1105

РастворимостьNaCl, г/100г Н2О (при 25С)

35,92

30,56

В природных водах один атом Д приходится на 6500 - 7000 атомов Н (0,016%). Д2О применяется для получения дейтерия, используется в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, растворителя в ядерно-магнитном резонансе, изотопного индикатора, может быть компонентом топлива в термоядерных реакторах. На состояние человека Д2О действует угнетающе, т.к. замедляет течение биологических процессов. Выделяют ее путем изотопного обмена между молекулами воды и сероводорода (НДS + Н2О = Н2S + НДО), который осуществляют пропусканием смеси Н2О и Н2S последовательно через две колонны при 2 - 2,3МПа и температурах соответственно 30 и 130С. Затем обогащенная Д2 вода подвергается ректификации (при этом в результате сдвига равновесия изотопного обмена между молекулами Н2О, НДО и Д2О и разности давлений паров выделяют Д2О).

О содержании растворенных веществ в воде, как правило, судят по ее солености. Имеются три класса воды: пресная, соленая, рассол.

Наибольшее значение в быту имеет пресная вода. Содержание растворенных веществ в ней не должно быть выше 0,5 - 2,5 промилле (pro mille - на тысячу,%, 0,1%, т.е. 1 г/л). В морской воде среднее содержание солей - 27%. Примером рассола может служить вода Мертвого моря с соленостью 260 - 270%.

В глобальный гидрологический цикл (круговорот воды) входят три основных потока: осадки, испарения и влагоперенос

Осадки в виде дождя и снега в основном выпадают в океаны (385тыс. км3 в год). Поверхностный сток и поток грунтовых вод направлены с суши в океан. В атмосферу вода возвращается, испаряясь. Большой вклад в этот процесс вносит транспирация - физиологическое испарение воды растений (в основном через устьица листьев). Водяной пар переносится атмосферными потоками с океана на сушу.

В год , в среднем, в мире выпадает осадков 1020мм; испарения с поверхности океана составляют 880мм и с поверхности суши, включая влагу растений - 140мм.

Вода распределена по планете очень неравномерно. Океаны содержат основную ее часть(97,41%), и лишь малая часть Н2О находится на суше (2,59%). Из этой воды большая часть малодоступна (ледники, снега, грунтовые воды) - и лишь 0,014% всего влагозапаса планеты доступно людям и другим живым организмам. Таким образом, из 1360млн. км3 мировых запасов Н2О около 9000км3 могут быть использованы человеком. Этого запаса достаточно, чтобы обеспечить нужду 20млрд. человек (сейчас планету населяет около 6 миллиардов). Однако есть много районов, где воды катастрофически не хватает, а в других местах она потеряла свои качества и стала непригодной из-за неразумных действий человека.

Питьевая вода должна иметь соленость не более 0,5%. При определении ее качества немаловажное значение имеют органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: температура, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость).

Последняя зависит от содержания солей: CaCO3, MgCO3, FeCO3, CaSO4 2H2O. Обычно вода с повышенной жесткостью менее приятна для использования и должна иметь этот показатель не более 7мг-экв/л (грамм-эквивалент - частное от деления атомной массы элемента на его валентность; для кислоты - молекулярной массы на ее основность; для основания - молекулярной массы на число гидроксильных групп; для солей - молекулярной массы на сумму зарядов, образующих ее катионов или анионов).

Жесткость воды, состоящая из карбонатной и некарбонатной составляющих, классифицируется следующим образом: мягкая (2мг-экв/л), средняя (2 - 5мг-экв/л); жесткая (8 - 10мг-экв/л); очень жесткая (свыше 10мг-экв/л).

В питьевой воде допускается содержание Pb - не более 0,1мг/л, As - не более 0,05мг/л; Cu - не более 1,0мг/л; Zn - не более 5мг/л; Cl - 0,3 - 0,5мг/л; коли-титр не менее 300 (минимальное количество материала, в котором содержится одна кишечная палочка).

Помимо регламентации солености воды, большое значение имеет уровень содержания веществ, концентрации которых обычно малы. Например, длительное употребление воды, содержащей F в количестве 0,6мг/л вызывает кариес, а содержание F 1,0 - 1,5мг/л приводит к флюорозу (пятнистости зубов).

В большинстве стран обеспечение питьевой водой населения и промышленности осуществляется по научно-обоснованным нормам, зависящим от степени благоустройства населенных пунктов, жилищ, уровня санитарной и промышленной культуры.

Среднемировая норма потребления воды - 200л/сут. В Москве потребляется 400л воды в сутки, в Лондоне - 170л/сут, Париже - 160л/сут, Брюсселе - 85л/сут. В США семья из 4-х человек потребляет воды 1300л/сут. Эта потребность раскладывается для одного человека по следующим видам использования - 130л; душ - 19л; стирка в низкоскоростной машине - 72л; в высокоскоростной машине - 170л; мытье посуды: ручное - 40 л; машинное - 46л; смыв в туалете - 11 л.

В Российской Федерации приняты следующие нормы расходования воды:

Виды зданий

Норма максимального водопотребления, л/сут

Жилые дома квартирного типа:

с водопроводом и кана-лизацией без ванн

80 - 110

с ваннами и водоподо-гревателем, работаю-щим на угле

120 - 150

с ваннами и водоподогревателями, работающими на газовом топливе

150 - 200

с ваннами центрального водоснабжения

250 - 400

Значительное количество пресной воды затрачивается на производство сельскохозяйственной и промышленной продукции. Один гектар посевной площади при искусственном орошении требует 2000м3 воды/год, на получение 1т риса затрачивается 4000м3 воды/год. Содержание 1 головы крупного рогатого скота - 80л/сутки, птицы - 1,0 1,25л/сутки.

Для производства 1т стали необходимо 200 - 250м3 воды; 1т меди - 500м3; 1 т никеля - 4000м3.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: