Свойства воды и особенности ее строения

ЧАСТЬ 1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИЧЕСКОМ СОСТАВЕ

И СВОЙСТВАХ ВОДЫ

1.Свойства воды и особенности ее строения........................................ 3

2.Основные компоненты и факторы формирования химического состава подземных вод............................................................ 6

3.Ионный состав воды и свойства воды, зависящие от ионного

состава …………………………………………………………………. 6

4.Аналитическая обработка данных ионного состава воды…………… 9

5. Графические способы изображения химического состава воды…….. 12

6. Характеристика и оценка свойств воды……………………………….. 15

7. Пригодность воды для практического использования …………..…... 15

ЧАСТЬ II. ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ПО ОБРАБОТКЕ ДАННЫХ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ОЦЕНКЕ СВОЙСТВ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

У.1. Пересчитать данные химического анализа воды из ионной (мг\л) в

эквивалентную (мг-экв/л) и процент-эквивалентную (%-экв) форму….17

У.2. Составить формулу Курлова и дать характеристику воды по

классификации Алекина ……………………………………………… 19

У.3. Изобразить результаты химического анализа воды в виде диаграммы, на графиках-треугольниках и на графике–квадрате Толстихина. 21

У.4. Дать оценку некоторых свойств воды – общей минерализации,

жесткости, кислотности…….……………………………………….. 28

У.5. Определить пригодность воды для хозяйственно-питьевого

водоснабжения………………………………………………………… 31

ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИЧЕСКОМ СОСТАВЕ И

СВОЙСТВАХ ВОДЫ.

Свойства воды и особенности ее строения

Вода важнейшее вещество биосферы, без которого невозможна жизнь. Многие свойства воды уникальны (таблица 1) и не воспринимаются как необычные только из-за ее повсеместного распространения.

Эти аномалии воды объясняют структурой ее молекулы, в которой два атома водорода и атом кислорода образуют треугольник с углом при вершине (у атома кислорода) – 105⁰ (рис.1А). Хотя молекула в целом нейтральна, отрицательный суммарный заряд сосредоточен на одной стороне, а общий положительный заряд – на другой. Именно полярность молекулы воды в конечном итоге и обуславливает ее уникальные свойства. Притяжение атома водорода одной молекулы воды к отрицательно заряженной стороне другой молекулы создает водородную связь и обуславливает возможность образования полимеров и полиморфных превращений жидкой воды. Однако единой модели, которая могла бы описать все известные свойства воды и водных растворов при различных условиях, до сих пор еще не создано.

Рис.1. Строение молекулы воды (А) и возможные варианты группировок молекул в структуре жидкой воды (Б).

Всем известная формула воды (Н₂0) соответствует молекулярному весу водяного пара. В жидком состоянии вода вместе с простыми молекулами содержит и более сложные образования, соответствующие формуле (Н₂О)_n. Нередко воду представляют как смесь дискретных структурных группировок молекул воды (кластеров), отличающихся друг от друга состоянием водородных связей (рис. 1Б).

Экспериментальные данные свидетельствуют, что после обработки воды в автоклавах при температуре 300-400⁰С и давлениях около 100 Мпа усиливается растворяющая способность воды по отношению ко многим минералам, уменьшается рН, изменяется электропроводность. Такое состояние воды называют активированным. Строение кластеров воды изменяется и под действием других внешних условий: например, магнитных и электромагнитных полей. При этом «наведенные» свойства сохраняются некоторое время после снятия внешнего воздействия.

Таблица 1.

Некоторые аномальные свойства воды и их биологическое значение.

Изменения квазикристаллической структуры воды оказывает значительное влияние на её биохимические свойства.

Омагниченную воду широко применяют при подготовке посадочного материала в сельском хозяйстве Вода, обладающая признаками активированности, обнаружена во многих термальных источниках. С этим, возможно, связаны целебные свойства, по крайней мере, некоторых типов минеральных вод.

Природная вода состоит из трех стабильных изотопов кислорода и двух стабильных изотопов водорода. Из 9 изотопных молекул абсолютно преобладает «нормальная (обычная) вода» H₂¹⁶O (99.73% молекулярной концентрации). Особое внимание привлекает тяжелая вода – HD¹⁶O (0.03%) и D₂¹⁶O (2,3·10^-6%). В ней не прорастают семена, она смертельна для водных организмов и вообще не поддерживает биохимические процессы. Тяжелая вода имеет плотность 1,1 г/см³ (максимальную при температуре +11,6⁰С); температура ее кипения – 101,4⁰С, а плавления льда – 3,8⁰С. По вязкости, поверхностному натяжения и другим признакам она также сильно отличается от простой воды.

Определение химического состава воды никаких трудностей не представляет, это простейшее химическое соединение двух объемов водорода с одним объемом кислорода – по весу она состоит из 11,11% водорода и 88,89% кислорода. Поэтому, когда говорят о химическом составе воды, то имеют в виду вовсе не соотношение химических элементов, входящих в ее формулу, а содержание посторонних для этой жидкости веществ, в том числе находящихся в растворенном состоянии.