Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Строение молекулы воды и химические свойства природных вод
Молекула воды представляет собой равнобедренный треугольник с двумя атомами водорода в основании и атомом кислорода в вершине. Атом кислорода в молекуле воды присоединяет к себе два электрона, отнятых от атомов водорода, и тем самым приобретает отрицательный заряд. Атомы водорода, лишенные электронов, становятся положительно заряженными протонами. Таким образом возникает полярность молекулы воды, т.е. отрицательный заряд со стороны атома кислорода и положительный заряд со стороны атомов водорода. Положительно заряженное ядро водорода одной молекулы может соединяться с отрицательно заряженным атомом кислорода другой молекулы. В результате возникают так называемые водородные связи, которые у воды (в отличие от других жидкостей) гораздо прочнее, чем связи, обусловленные, межмолекулярными взаимодействиями. Преодоление этих связей при плавлении, испарении, нагревании воды требует гораздо большей энергии по сравнению с другими жидкостями. Это определяет ряд "аномалий" тепловых свойств воды. Водяной пар состоит преимущественно из одиночных молекул воды без упорядоченного строения. Водородные связи не реализуются. В твердом состоянии (лед) строение воды в высокой степени упорядоченно. Молекулы составляют гексагональную 'структуру с прочными водородными связями. Эта структура "ажурная", т.е. относительно большое пространство занимают пустоты. Вода в жидком состоянии сохраняет элементы "льдоподобного" каркаса, пустоты которого частично заполняются одиночными молекулами, что обуславливает большую, чем у льда, плотность воды. Вода — слабый электролит, т.е. ее молекулы способны делиться на ионы (диссоциировать) по уравнению H2O↔H++OH- При отсутствии примесей концентрации ионов H и OH (в молях на 1 л) равны между собой. При температуре от 0 до 50 [H+] = [OH-]=10-7. При наличии примесей это равенство может нарушиться. В случае преобладания ионов ОН- имеет место щелочная реакция воды, при избытке ионов Н+ — кислая. Для характеристики реакции используется водородный показатель рН, равный логарифму концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком: рН = -lg[H+]. В природной воде всегда содержатс растворенные вещества. Их количество в единице объема — минерализация (мг/л), в единице массы - соленость (г/кг, или ‰).
Основную массу растворенных веществ составляют макрокомпоненты, к которым относятся анионы HCO3-, катионы Са2+, Mg2+, Na+, K+. Суммарное содержание Са 2+ 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.
Физические свойства воды Вода находится в природе в жидком, твердом и парообразном состоянии. Переходы воды из одного агрегатного состояния в другое - фазовые переходы: - переход из жидкого состояния в твердое (лед, снег, град) - замерзание воды (кристаллизация ледообразование), в пар – испарение; - из парообразного состояния в жидкое — конденсация (образование капель дождя, дождь, росы), в твердое - сублимация (образование инея, гололеда, изморози); При нормальном давлении пресная вода замерзает при температуре О°С; при увеличении минерализации (солености) и давления (атмосферы, слоя воды) она понижается. Испарение существенно повышается с увеличением температуры и уменьшением атмосферного давления. Тепловые "аномалии" воды: 1) Очень большие значения - удельной теплоемкости (1 кал для нагревания 1г воды на 1°С); это обусловливает замедленное, по сравнению с воздухом, нагревание и охлаждение воды, отсюда отепляющее влияние океана зимой и охлаждающее - летом; - удельной теплоты плавления и ледообразования (соответственно поглощение и выделение 80 кал на 1г воды); последнее замедляет нарастание ледяного покрова на реках и водоемах;
- удельной теплоты парообразования, или испарения (требуется 597 кал на превращение 1г воды в пар), это ведет к охлаждению поверхности воды при испарении и замедлению процесса высыхания водоемов в засушливых местностях. 2) Низкая теплопроводность воды и льда, что замедляет охлаждение воды на реках и водоемах зимой. Особенности изменения плотности воды (ρ): 1) Наибольшая плотность пресной воды наблюдается при 4°С; при возрастании температуры выше этого значения плотность воды (как и других жидкостей) уменьшается, при уменьшении температуры ниже 4°С плотность воды также уменьшается; это главная особенность воды, препятствующая промерзанию рек и водоемов до дна. 2) Плотность воды, в отличие от других жидкостей, в твердом состоянии (лед) меньше, чем в жидком (плотность дистилированной воды при 4°С 1000кг/м3 или 1кг/л, при 0°С 999,9кг/м3, плотность кристаллического льда при 0°С 917кг/м3); это предотвращает опускание льда, образующегося на поверхности воды, на дно. Плотность пористого льда и тем более снега намного меньше, чем кристаллического льда. С понижением температуры льда плотность его немного увеличивается. С увеличением солености (S) плотность воды возрастает, а температура наибольшей плотности (Тн.пл.) и температура замерзания (Тзмрз) воды понижаются, Тн.пл.. от 4°С, Тзмрз от 0°С при S = 0‰. Тн.пл. _ понижается более интенсивно, чем Тзмрз. При S = 24,7%, Тн.пл сравниваются: Т н.пл. = Т змрз. = -1,2°С. К важным особенностям воды относится очень высокое поверхностное натяжение (уступающее по величине только ртути). Оно вызвано силами притяжения между молекулами воды на поверхности раздела вода - воздух или вода - твердое тело. Это свойство обуславливает подъем воды в капиллярах почвы и растений. Относительно высокая текучесть воды вызвана сравнительно небольшой вязкостью, т.е. силой трения между смежными слоями движущейся жидкости. Количественный показатель этого свойства - динамический коэффициент вязкости (μ). Деля этот коэффициент на плотность воды, получают кинематический коэффициент вязкости υ = μ/ρ. Вязкость существенно уменьшается с увеличением температуры воды. Если выделить в водном потоке объем в виде куба, верхняя и нижняя грани которого параллельны водной поверхности, то на него будут действовать силы, относящиеся а) ко всей массе объема - это объемные, или массовые силы и б) к граням выделенного объема - поверхностные силы. Последние делятся на нормальные, направленные перпендикулярно граням, и касательные, действующие вдоль граней. К объемным (массовым) относятся следующие силы: 1. Сила тяжести (Fg), направленная вертикально вниз (к центру Земли) Fg = mg, где т - масса, g - ускорение силы тяжести. Продольная составляющая силы тяжести, вызывающая движение воды, Fgnp = mg sinα = mgI, где α - угол между водной и горизонтальной поверхностями, I = sinα - уклон водной поверхности. 2. Центробежная сила (Fц) проявляется на поворотах потока. Если представить участок реки на повороте в виде дуги окружности, то расстояние от нее до центра окружности называется радиусом кривизны (r). Тогда F ц = mv2/r, где v - скорость течения. Гц направлена перпендикулярно дуге окружности в сторону от центра.
3. Сила Кориолиса (Fк), возникающая в результате вращения Земли и направленная перпендикулярно движению потока в северном полушарии вправо, в южном влево. Fk=2 mv sinφ, где φ - географическая широта. Fк увеличивается от экватора, где она равна нулю, к полюсам. Центробежная сила и сила Кориолиса заметно проявляется только для крупных потоков (с большой величиной массы воды). К нормальным поверхностным силам относится гидростатическое давление, т.е. воздействие на грани выделенного объема вышележащего столба покоящейся жидкости, и гидродинамическое давление, т.е. воздействие движущейся жидкости на эти грани и обтекаемые ею твердые тела. Среди касательных поверхностных сил наибольшее значение для потоков имеет сила трения на дне. Для турбулентного потока ее величина, отнесенная к единице площади дна (удельное трение, или касательное напряжение), зависит от характера дна (его шероховатости), пропорциональна плотности воды и скорости течения для ламинарного течения и квадрату скорости для турбулентного. Виды движения воды: Указанные виды движения воды различаются тем, что при ламинарном течении частицы воды движутся по параллельным траекториям без перемешивания, а при турбулентном течении в потоке возникают вихри, приводящие к перемещению частиц воды по глубине и ширине потока. В качестве показателя гидродинамического характера потока используется число Рейнольдса: Re = vh/υ, где v - скорость течения (в м/с), h — глубина потока (в м), υ -кинематический коэффициент вязкости (в м2/с). При значениях Re < 300 движение ламинарное, при Re > 3000 - турбулентное, между этими значениями Re характер потока переходный. В водных объектах различают также поступательное движение, при котором происходит перемещение воды в определенном направлении, и колебательное движение, при котором такое перемещение отсутствует.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 373; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.139.238.76 (0.025 с.) |