Агрегатные состояния воды и фазовые переходы

Химические свойства воды. Классификация природных вод по минерализации. Различия солевого состава речных и морских вод. Понятие о качестве воды.

Вода – слабый электролит, диссоциирующий по уравнению

Н₂О <-> Н⁺ + ОН⁻

Уравнение характеризует ионное равновесие воды. Состояние ионного равновесия природных вод отражает водородный показатель рН = -lg [H⁺]

Благодаря особенностями молекулярного строения вода обладает свойством хорошо растворять различные химические вещества. Природная вода представляет собой слабый раствор.

Суммарное содержание в воде растворенных неорганических веществ выражают либо в виде минерализации (М, мг/л, г/л), либо в относительных единицах(%, ⁰/₀₀).

Содержание растворенных в воде веществ в г/кг или в ⁰/₀₀ называется соленостью воды S.

· Пресные – менее 1

· Солоноватые 1-25

· Соленые (морской солености) 25-50

· Высокосоленые (рассолы) свыше 50

Границы между группами выделены по следующим соображениям: 1⁰/_{00 -} верхний предел солености питьевой воды, 25 (24,7) – соленость, при которой температура наибольшей плотности и замерзания совпадают. В морях соленость выше 50 как правило не наблюдается.

Основную массу растворенных веществ составляют макрокомпоненты, к которым относятся анионы HCO3-, катионы Са2+, Mg2+, Na+, K+. Суммарное содержание Са2+ Mg+ определяет жесткость воды.

Многие вещества, содержащиеся в природной воде в значительно меньшем количестве, тем не менее играют важную роль в существовании водных экосистем, определяют потребительские свойства воды. Среди них выделяют следующие группы.

Биогенные вещества — соединения натрия, фосфора, кремния, железа, наиболее активно участвующие в жизнедеятельности растительных и животных организмов.

Органические вещества — сложные соединения, образующиеся в результате разложения растительных и животных организмов. Углерод составляет примерно по­ловину их массы, а вместе с кислородом и водородом 95%.

Микроэлементы — вещества, находящиеся в воде в очень малых количествах (менее 0,01 мг/л). К ним, в частности, относятся тяжелые металлы, радиоактивные вещества.

Качество – характеристика состава и свойств, определяющая пригодность для конкретного использования:

· Температура (выше – хуже)

· Соленость и минерализация

· Мутность

По своему солевому составу природные воды подразделяются на следующие классы (по преобладающему аниону) и группы (по преобладающему катиону):

Класс гидрокарботных вод (НСО₃^-) – преобладает в речной воде

Класс хлоридных вод (Сl^-) – преобладает в морской воде

Класс сульфатных вод (SO₄^2-)

Кальциевая группа (Ca²⁺) – преобладает в речной воде

Натриевая группа (Na⁺) – преобладает в морской воде

Магниевая группа (Mg²⁺)

Калиевая группа (К⁺)

Морская соль представляет собой растворенные в воде поваренную соль и многие другие вещества.

Сумма концентрации наиболее распространенных. катионов (кальций, магний) называется общей жесткостью воды.

Также содержатся газы, биогенные вещества, органические вещества, микроэлементы(<1мг/л), загрязнители.

7. Физические «аномалии» воды и их гидрологическое значение.

Физические характеристики воды	«Аномалия»	Значения для
Водных объектов	Земли в целом
Температура плавления (замерзания) 0 гр.	Очень высока	Вода может существовать в твердом виде	Существование ледников и снежного покрова
Температура кипения 100 гр.	Очень высока	Вода может существовать в жидком состоянии	Существование водоемов и водотоков –океанов, морей, рек
Температура наибольшей плотности 4 гр.	Наступает не в момент замерзания, а при оч. высокой температуре	При охлаждении водоема вода прекращает опускаться при достижении температуры наибольшей плотности. Водная толща не замерзает	Сохранение жизни в водоемах зимой
Плотность льда 917 кг/м3	Плотность льда меньше, чем жидкой воды	Лед всплывает, теплоизолирует водоем, замедляет его охлаждение	То же
Удельная теплота плавления (замерзания) 333 000 дж/кг	Очень велика	При плавлении льда нужна большая затрата теплоты, при замерзании это же количество теплоты выделяется	Регулирование тепловых процессов
Удельная теплота испарения (конденсации) 2,5*10^6 Дж/кг при 0 гр., 2,26*10^6 Дж/кг при 100гр.	Очень велика	При испарении воды нужна большая затрата теплоты, при конденсации в.п. это же количество теплоты выделяется	То же
Удельная теплоемкость 4190 Дж/кг*С при 15С	Очень велика	Вода медленно нагревается и медленно охлаждается	То же
К-т теплопроводности 0,57 Вт/м*С при 0 С	Очень мал	То же	То же
К-т вязкости 1,14*10^-6 м кв/с при 15 гр	Мал	Вода текучая и хорошо смазывает твердые тела	Переносит наносы, растворенные вещ-ва, теплоту, совершает механическую и эрозионную работу
К-т поверхностного натяжения 75, 6* 10(-3) Н/м при 0 гр.	Очень велик	В порах грунта и растениях действуют капиллярные силы. Капли воды обладают ударной силой	Питание растений. Дождевая эрозия
Диэлектрическая постоянная	Очень велика	Высокая растворяющая способность

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном.

Изменение агрегатного состояния вещества называют фазовыми переходами. В этих случаях свойства воды меняются. Фазовые переходы сопровождаются выделением ил поглощением энергии, называемой теплотой фазового перехода.

Фазовые переходы: испарение, конденсация, возгонка, таяние, сублимация, кристаллизация.

Дата добавления: 2015-04-30