Химические и физические свойства природных вод

Вода – универсальный растворитель. Она медленно, но верно растворяет практически все вещества, существующие в природных условиях.

Минерализация – содержание в воде растворенных минеральных веществ, выраженное в мг/л или г/м³ (М, S_и(онов)).

Соленость – содержание в воде растворенных минеральных веществ, выраженное в г/кг или в промилле.

Классификация природных вод по минерализации:

1. Пресные: минерализация = 0-1000 мл/г, соленость = 0-1 0,1% - большинство рек и озер, подземных вод. Пресные воды являются питьевыми.

2. Солоноватые: минерализация = 1000-24700, соленость 1-24,7 0,1% - Каспийское море (11-12 0,1%), Балтийское море (8-9 0,1%), оз. Балхаш (3 0,1%).

3. Соленые: соленость 25-50 0,1%.

4. Рассолы: соленость >50 0,1% - оз. Эльтон, оз. Баскунчак, Мертвое море, зал. Кара-Богаз-Гол.

Соленость = 50 × 0,1% - предел солености Мирового океана – Красное море (на самом деле – немного меньше – приблизительно 45 0,1%

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-)

Кальциева группа (Ca²⁺) – преобладает в речной воде

Натриева группа (Na⁺) – преобладает в морской воде

Магниева группа (Mg²⁺)

Калиева группа (К⁺)

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

Качество воды – совокупность физических и химических свойств воды, влияющих на экологическое состояние и экологическое использование водных объектов.

Категории качества:

1. температура (чем выше температура, тем хуже качество)

2. соленость и минерализация

3. мутность

Агрегатные состояния воды и фазовые переходы часто изображаются диаграммой состояния воды (фазовой диаграммой). В ней по оси абсцисс откладывается температура, а по оси ординат – давление. Диаграмма представляет собой три кривые:

1. Кривая ледообразования: в одну сторону таяние (плавление), в другую – ледообразование (кристаллизация).

2. Кривая кипения (парообразования): в одну сторону кипение (парообразование), в другую – конденсация.

3. Кривая сублимации: в одну сторону возгонка (переход из твердого состояния в газообразное), в другую – сублимация (переход из газообразного состояния в твердое).

Удельная теплота фазовых переходов воды очень велика.

Плотность воды. Ее зависимость от температуры, солености, давления

Плотность вычисляется по формуле:

Она измеряется в кг/м³. Плотность воды является функцией температуры, солености, давления, коллоидных взвесей). Прирост плотности с увеличением давления невелик (на 11 км Марианского желоба – 4-5 кг/м³), гораздо важнее изменения температуры и солености. Плотность льда меньше плотности воды, т.к. его молекулярная структура более рыхлая.

При температуре меньшей 0°С с увеличением температуры плотность падает и составляет в среднем 920 кг/м³. В точке плавления она становится равной 999,8 кг/м³ и продолжает расти до 1000 кг/м³ (при температуре 4°С). При последующем увеличении температуры плотность падает. Влияние солености на плотность также очень велико. Плотность морской воды может достигать 1025-1033 кг/м³.

Тепловые свойства воды. Зависимость температуры замерзания и температуры наибольшей плотности от солености.

Тепловые свойства воды:

1. температура

2. температура замерзания

3. температура кипения

4. температура наибольшей плотности

5. удельная теплота плавления

6. удельная теплота кипения

Зависимость температуры замерзания и температуры наибольшей плотности являются различными функциями солености. Эти зависимости иллюстрируются графиком Хелланд-Хандсена. При солености равной 24,7 0,1% и температура замерзания, и температура наибольшей плотности равны –1,33 °С. Из графика видно, что морская вода замерзает при температуре меньшей 0°С.

В водоемах происходит вертикальная плотностная конвекция (перемешивание): верхний слой воды охлаждается осенью от воздуха, его плотность увеличивается и он опускается. Такое охлаждение происходит до температуры 4°С, потом перемешивание прекращается и подо льдом оказывается сравнительно теплая вода. Это имеет большое значение для сохранения жизни в водоемах.

Физические аномалии воды и их гидрологическое значение

Физические аномалии и характерные свойства воды и их гидрологическое значение:

1. Высокая по сравнению с другими веществами температура плавления, поэтому вода на Земле может находиться в твердом состоянии.

2. Сравнительно высокая температура плавления, поэтому вода на Земле может находиться в жидком виде.

3. Плотность льда значительно меньше плотности воды, благодаря этому при замерзании водоема лед экранирует его от дальнейшего охлаждения (лед обладает небольшой теплоемкостью).

4. При температуре от 0 до 4°С с увеличением температуры плотность также увеличивается, поэтому при охлаждении поверхностного слоя до 4°С опускание слоев прекращается.

5. Удельная теплота ледообразования очень велика, поэтому процесс ледообразования идет замедленно.

6. Удельная теплота парообразования очень велика, поэтому процесс парообразования идет замедленно.

7. Удельная теплоемкость очень велика, поэтому вода медленно нагревается и медленно охлаждается.

8. Теплопроводность достаточно мала.

9. Вязкость достаточно мала, поэтому вода является очень текучим веществом, она способна переносить различные объекты.

10. Поверхностное натяжение достаточно велико, поэтому образуется мельниск – капиллярные силы, благодаря которому растения способны брать воду из Земли, капли воды обладают большой ударной силой.

Дата добавления: 2014-01-06