chemia wody 2.doc

1. ROLA WODY W TWORZENIU KLIMATU ZIEMSKIEGO.

* Jest ważnym czynnikiem istnienia życia na ziemi

* Nośnikiem ciepła w przyrodzie

* Czynnik powodujący wietrzenie i korozje skał

* Rozpuszcza olbrzymie ilości różnych związków chemicznych (głównie soli występujących w górnych warstwach skorupy ziemskiej, oraz przenosi je z jednego miejsca na drugie

* Ułatwia przebieg rozmaitych reakcji chemicznych i procesów fizycznych

* Jeden z bardzo istotnych czynników decydujących i licznych przemianach na powierzchni ziemi

* „ożywia” powierzchnię kuli ziemskiej zarówno pod względem fizycznym , chemicznym i biologicznym.

2.ZIEMSKI CYKL HYDROLOGICZNY

Woda występuje w przyrodzie w 3 stanach skupienia i znajduje się w ciągłym obiegu kołowym: ziemia- atmosfera- ziemia. Pod wpływem energii słonecznej woda paruje z powierzchni oceanów, mórz, jezior, rzek, stawów i ziemi, tworząc chmury, a następnie w postaci deszczy, śniegów gradu wraca z powrotem na ziemię. Objętość (masa)wody będącej w ciągłym obiegu stanowi ok. 0,025% zasobów wody globu ziemskiego.

3. ZASOBY WODNE POLSKI

Polska jest jednym z najuboższych w wodę krajów europejskich. Deficyt wody w naszym kraju nie wynika z braku wody w ogóle, ale raczej z jej braku w odpowiednim miejscu i czasie oraz o odpowiedniej jakości. Największe opady zawsze występują w górach, natomiast większość naszego kraju zajmują niziny. Ponadto opady w górach są często gwałtowne i powodują szybki odpływ powierzchniowy wody z tych terenów. Niestety zbiorniki retencyjne mają znikomą pojemność i nie zapewniają koniecznej ochrony przed okresowymi nadmiarami (powodzie), jak i deficytami wody (susze).

4. BUDOWA CZĄSTECZKI WODY, MOMENT DIPOLOWY, WIĄZANIA WODOROWE

Budowa cząsteczki wody ( tlenku wodoru ) jest bardzo prosta, a jednocześnie pod wieloma względami doskonała.
wodór(H) + tlen(O) + wodór(H) = cząsteczkowy ładunek ujemny na części cząsteczki zawierającej tlen -(H2O) lub cząstkowy ładunek dodatni na części cząsteczki zawierający wodór ( H-O-H).

Moment dipolowy: Iloczyn bezwzględnej wartości ładunku (e) jednego z biegunów dipolu i odległości między biegunami: μ=e∙l[D] (1 D(debaj)  = 3,33564 10–30 C · m)

Dla wody wartość momentu dipolowego wynosi 1,84 D

Wiązania wodorowe: Cząsteczki dipolowe wody przyciągają się wzajemnie przeciwnymi biegunami, a następnie łączą się ze sobą wiązaniem wodorowym (mostkiem wodorowym).

5. STANY SKUPIENIA WODY, STRUKTURA WODY CIEKŁEJ, PARY, LODU. + rysunek lodu

Woda występuje w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym, które stanowią  oddzielne fazy. Są to więc lód, woda ciekła i para. Różnice między tymi stanami skupienia polegają na różnej wzajemnej odległości cząsteczek, warunkującej odmienne ich oddziaływanie na siebie.

*Para wodna- odległości międzycząsteczkowe są znaczne, a siły wzajemnego przyciągania znikome, cząsteczki mają więc swobodę wykonywania ruchów postępowych.

* Cząsteczki wody ciekłej znajdują się bliżej siebie i ich wzajemne oddziaływanie jest większe. Mogą one zmieniać położenie względem siebie bez zbytniego jednak oddalania się. Z tej przyczyny ciecze łatwo zmieniają kształt, trudno natomiast objętość.

W przypadku lodu cząsteczki są umiejscowione sztywno w węzłach sieci krystalicznej i zdolne  jednie do wykonywania ruchów drgających i ewentualnej wędrówki po defektach sieci krystalicznej.

6. WYKRES FAZOWY WODY, ZJAWISKA ZWIĄZANE Z PRZEJŚCIAMI FAZOWYMI

Zezmianą warunków temperatury i ciśnienia woda może przechodzić z jednego stanu skupienia w inny.

Duże ciepło właściwe, znaczne ciepło parowania i krzepnięcia ma istotne znaczenie dla magazynowania i rozprowadzania energii słonecznej po powierzchni kuli ziemskiej. Dzieje się tak we wszystkich trzech stanach skupienia wody podczas ciągłego jej krążenia w przyrodzie. Opady atmosferyczne (jak oceany) pochłaniają duże ilości ciepła co reguluje temperaturę Ziemi.

Duże ciepło właściwe, ciepło topnienia oraz ciepło parowania powodują, że woda stanowi niezwykle ważny czynnik klimatologiczny.

Do zmiany stanu może dojść przy:

- stałym ciś. Przy jednoczesnym ogrzewaniu lub chłodzeniu

- w stałej temp ze zmiana ciś. (sprężanie lub rozprężanie)

7. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE WODY: STAŁA DIELEKTRYCZNA, CIEPŁO WŁAŚCIWE, PRZEWODNICTWO CIEPLNE, NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE, KONDUKTYWNOŚĆ, ABSORPCJA PROMIENIOWANIA ŚWIETLNEGO, ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW  I CIECZY.

- Stała dielektryczna w stałym polu elektrycznym: 87,9 (00C), 78,4 (250C), 55,6 (1000C)

- Ciepło właściwe: energia podnosząca temperaturę ciała o jednostkowej masie o jednostkę temperatury . 4187 J/(kg*K) = 1 kcal

- Przewodnictwo cieplne: określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. dzięki dużemu ciepłu właściwemu woda spełnia rolę nośnika ciepła w procesach ogrzewania i chłodnictwa. Przewodnictwo cieplne jest bardzo małe

- Napięcie powierzchniowe:  zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. Jest tak wielkie, że zwykła szpilka może być unoszona na jej powierzchni, mimo, że jest pięć razy cięższa od wody. Dlatego właśnie niektóre owady potrafią spacerować po wodzie. Rzeczywiście, woda ma najwyższe napięcie powierzchniowe ze wszystkich cieczy poza ciekłymi metalami.

- Konduktywność (przewodnictwo właściwe, przewodność elektryczna właściwa) to miara zdolności materiału do przewodzenia prądu elektrycznego. Dla wody morskiej=5, woda pitna=0,05, czysta woda=5*10-6- Absorpcja promieniowania świetlnego: jest to zjawisko pochłaniania promieniowania przez substancję.  Woda absorbuje znacznie lepiej promieniowanie podczerwone i nadfioletowe niż promieniowanie świetlne. Woda absorbuje promienie o długości fal poniżej 190nm i długości powyżej 1100nm

* Rozpuszczalność gazów w wodzie chemicznie czystej zmienia się w dużych granicach. Wyjątkowo dużą rozpuszczalność wykazują gazy, których cząsteczki wchodzą w reakcje z wodą,  Rozpusz. gazów nie reagujących z wodą jest mała i zależy od temp. i ciś. Ze wzrostem temp rozpusz. gazu w wodzie maleje. Rozpusz. można wyrazić w różnych jednostkach. Rozpusz. gazów chem. czystej i w wodzie naturalnej nie jest jednakowa. Woda ciepła zawiera mniej rozpuszczonych gazów niż woda zimna, dlatego ryby i rośliny łatwiej oddychają w wodzie zimnej, bo zawiera ona więcej tlenu.
* Rozpuszczalność cieczy jest zawsze wzajemna, tzn., że jeśli woda rozpuszcza w jakimś stopniu ciecz A, to i ciecz A rozpuszcza wodę. Zmianę rozpuszczalności cieczy w zależności od temperatury w roztworach o ograniczonej rozpuszczalności wyrażamy w postaci krzywych rozpuszczalności.

8. GĘSTOŚĆ WODY I ZJAWISKA Z NIĄ ZWIĄZANE

Ponieważ woda ma największą gęstość w temperaturze 277,14K możliwe jest życie organizmów pod wodą w okresie zimy. Ochładzająca się jesienią na powierzchni jeziora woda opada na dno, wypierając ku górze warstwy cieplejsze dopóki temperatura wody całego zbiornika nie obniży się do 277,14K. Wtedy ruch cieczy spowodowany różnicą temperatur ustaje.

Fakt, że woda ma największą gęstość w temperaturze 277,14K powoduje w głębokich jeziorach i stawach sezonową cyrkulację wody. Ma to znaczenie dla natleniania wody jezior, gdyż w ten sposób zawierające mniej tlenu rozpuszczonego dno wzbogaca się w tlen niezbędny do życia organizmów.

9.WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE WODY: DYSOCJACJA, ILOCZYN JONOWY, ODCZYN, IZOTOPIA.

-DYSOCJACJA: rozpad cząsteczki, rodnika lub jonu na dwie lub kilka części prostszych. Produktami rozpadu mogą być cząsteczki obojętne lub jony. W zależności od rodzaju czynnika rozróżnia się dysocjację: termiczną, fotochemiczną i elektrolityczną.

-ILOCZYN JONOWY WODY: stopień dysocjacji wody jest bardzo mały dlatego zakładamy, że stężenie molowe wody jest stałe i równe 1. W temperaturze 25oC stężenie każdego z tych jonów wynosi 10-7mol/dm3 zatem iloczyn jonowy wody: 10-14mol/dm3.

-ODCZYN pH -to ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych. Skala ta jest oparta na aktywności jonów hydroniowych w roztworach wodnych.

pH = 7 reakcja obojętna; pH < 7 reakcja kwaśna; pH > 7 reakcja zasadowa (al. Większość wód naturalnych ma odczyn w granicach pH 3 – 10.

-IZOTOPIA: w skład naturalnego pierwiastka chemicznego mogą wchodzić atomy o różnych masach. Połączenie trwałych izotopów tlenu i wodoru daje 9 możliwych kombinacji cząsteczek wody. W odniesieniu do wartości masy cząsteczkowej odmian tych jest 5. Zatem woda nie jest związkiem chemicznie jednorodnym, lecz stanowi połączenie różnych odmian izotopowych

10. PROCESY WIETRZENIA. à to jest tylko ostatni część zagadnienia, ale nie wiedziałam co z tamtym i napisałam tylko o wietrzeniu.

mechaniczny lub rozkład chemiczny skały. Wietrzenie zachodzi pod wpływem: działania wody i zawartych w niej substancji, zmian temperatury, czynników organicznych Wietrzeniem nazywamy powolny rozpad (biologicznych). Procesy wietrzenie przebiegają w przypowierzchniowej warstwie skorupy ziemskiej zwanej strefą wietrzenia (kilka , kilkadziesiąt metrów grubości).
W wyniku procesów wietrzenia powstaje zwietrzelina. Wyróżniamy następujące rodzaje wietrzenia: fizyczne (mechaniczne), chemiczne, biologiczne (organiczne)

11.ROLA WYMIANY JONOWEJ W KSZTAŁTOWANIU SKŁADU WÓD NATURALNYCH.

Wymiana jonowa to proces polegający na wymianie jonów pomiędzy jonitami a jonami występującymi w otaczającym je roztworze. Proces wymiany jonowej stosuje się do usuwania z wody substancji rozpuszczonych. Dobierając odpowiednio rodzaj stosowanych żywic jonowymiennych w trakcie procesu wymieniane są kationy lub aniony na jony ruchliwe grup funkcyjnych jonitów. Wymianę kationów zapewnia zastosowanie  kationitów, wymianę anionów zastosowanie anionitów. Dobór odpowiedniego układu kationitów i anionitów zapewnia demineralizację wody

12. WODNE UKŁADY DYSPERSYJNE.

Jest to układ złożony z fazy rozpraszającej i z fazy rozproszonej, które mogą występować w różnych stanach skupienia. Jeśli cząstki fazy rozproszonej mają rozmiary powyżej 0,5-1 µm (widoczne są pod mikroskopem, ulegają sedymentacji w ziemskim polu grawitacyjnym), to taki układ dyspersyjny nosi nazwę zawiesiny, czyli układ grubo dyspergowany, poniżej tych rozmiarów (aż do 1 nm) zwany jest układem koloidalnym. Do układu dyspersyjnego koloidalnego zaliczamy aerozol, dym, emulsje, mgłę, pianę. Również należą układy cząsteczkowo dyspergowane, czyli roztwory właściwe.

13. KSZTAŁTOWANIE SIĘ SKŁADU WÓD OD OPADOWYCH DO PODZIEMNYCH.

PODSTAWOWY PODZIAŁ WÓD TO:

-wody atmosferyczne: związane są ściśle z atmosferą i zaliczamy do nich przede wszystkim deszcz, śnieg, mgłę, itp. Zasilają one wody powierzchniowe i wody podziemne.

- wody powierzchniowe: to wszystkie wody występujące na powierzchni Ziemi. Należą do nich: wody słone (oceany, morza i słone jeziora), wody słodkie (rzeki, jeziora, zbiorniki retencyjne oraz bagna)

- wody podziemne: to wody znajdujące się pod powierzchnią ziemi, które wypełniają szczeliny, próżnie i pory skalne. Stanowią one 97 proc. ogólnych zasobów wód pitnych na naszej planecie. Dzielimy je na:

*podskórne - występują na głębokości od kilkudziesięciu centymetrów do kilku metrów nad pierwszą nieprzepuszczalną warstwą gleby,

*gruntowe - to wody pod nieprzepuszczalną warstwą gruntu, występujące na głębokości od 8 do 10 metrów,

*podziemne wody głębinowe znajdują się na głębokości ponad 20 metrów i wypływają z głębi Ziemi.

14. KLASYFIKACJA WÓD NATURALNYCH WEDŁUG SKŁADU JONOWEGO I STOPNIA MINERALIZACJI.

- Wg. Stopnia mineralizacji: słodkie, słabo zmineralizowane, średnio zmineralizowane, zmineralizowane, solanki. Tu proponuje podać jeszcze wartości stopnia zmineralizowania

- Wg. Składu jonowego: woda destylowana, „kranówka” (to proponuje zmienić), woda mineralna

15. DITLENEK WĘGLA RÓWNOWAGA WĘGLOWO-WAPNIOWA.

Co2 występuje w niemal we wszystkich wodach naturalnych. pochodzi z powietrza atmosferycznego, z tlenowych i beztlenowych procesów związków organicznych, z procesów geochemicznych i metabolicznych organizmów żywych. Co2 w wodzie znajduje się w postaci rozpuszczonych cząstek gazowych co2 z których tylko 1 % reaguje z wodą i tworzy kwas węglowy. w zależności od pH wody co2 może występować całkowicie w postaci gazowej (pH<4,5) lub w postaci jonu wodnowęglowego (pH=4) lub węglanowego (pH=12,3). całkowity Co2 dzielimy na wolny lub związany. związany znajduję się w  wodzie pod postacią HCO3- i CO2-. wolny występuje w postaci rozpuszczonej i jako kwas węglowy. część wolnego CO2, niezbędna do utrzymania w roztworze rozpuszczonego wodorowęglanu wapnia:  Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2 jest to równowaga węglowa wapnia.

16. PODSTAWOWE WSKAŹNIKI SKŁADU JONOWEGO WODY

1. Sód i potas- pochodzenie w wodach natural. Jest związane z hydrolitycznym rozkładem minerałów podczas wietrzenia skał magmowych lub z ługowaniem skał osadowych zawierających sole sodowe i potasowe. Ponadto jon Na+ może przechodzić do wód podziemnych podczas wymiany jonowej i przepływu wody gruntowej przez pokłady glaukonitowe. Następuje wtedy wymiana jonów Ca2+ lub Mg2+ na jony Na+. W wodach naturalnych : K nie przekracza 20g/m3, Na nie przekracza 30g/m3. W wodach podziemnych: Na do 100g/m3. W wodach morskich: Na do 10kg/m3, K do 0.4 kg/m3.

2. Wapń i magnez- w wodach natur. pochodzą z gleby oraz ługowania dolomitów, magnezytów, gipsu itp. Poza tym mogą pochodzić z zanieczyszczeń wody ściekami przemysłowymi. Głównym źródłem są jednak wapienie (węglany). W wodach natur. Mg i Ca może występować w postaci różnych soli. Wody natur., niezanieczyszczone, słabo zmineralizowane, zawierają na ogół więcej związków Ca niż Mg( zwykle Ca2+ jest większa o 3, 4 razy niż Mg2+) . W wodach o zawartości soli ok. 1000 g/m3 stosunek Mg2+ do Ca2+ wynosi 1:1.

17. EUTROFIZACJA WÓD

Eutrofizacja, czyli wzrost żyzności wód, to proces stopniowego wzbogacania zbiornika wodnego w substancje pokarmowe wskutek wzmożonego ich dopływu. Głównymi źródłami tych składników są ścieki i nawozy (azotowe, fosforowe i potasowe) oraz przemysł (spożywczy przetwórczy i chemiczny). Eutrofizacja prowadzi do zachwiania równowagi ekologicznej, bujnego wzrostu danej roślinności wodnej, zbyt intensywnej aktywności drobnoustrojów zużywających duże ilości tlenu. Skutkiem tego jest deficyt tlenowy i zahamowanie rozkładu tlenowego materii organicznej (stopniowe zapełnianie zbiorników rozkładającą się substancją organiczną) i wyniszczenie wielu najwrażliwszych tlenowych organizmów.

18. ZWIĄZKI AZOTOWE JAKO WSKAŹNIKI ZANIECZYSZCZENIA WÓD.

Pewne ilości azotu znajdują się w glebie i w wodach naturalnych pod postacią rozpuszczonych soli i związków organicznych oraz w żywej biomasie jako podstawowy składnicach białka roślinnego i zwierzęcego przechodzenie jednej postaci chemicznej azotu w drugą odbywa się również w wodach naturalnych w których bakterie wodne biorą udział w hydrolitycznym rozkładzie, amonifikacji, nitryfikacji, denitryfikacji związków azotowych.

a) azot organicznych: w wodach naturalnych może być pochodzenia roślinnego luz zwierzęcego, gdy powstaje z odumarłych organizmów roślinnych i zwierzęcych żyjących w wodzie lub dostających się do wody ze ściekami w wodach powierzchniowych źródłem azotu organicznego mogą być również ścieki miejskie i przemysłowe.

b) azot nieorganiczny: w wodach naturalnych obejmuje: amoniak, azotyny, azotany. W wodach zanieczyszczonych ściekami przem mogą występować także cyjanki, cyjaniany, rodniki. Źródłem azotu nieorganicznego w wodach naturalnych są ścieki, spływy z gleby nawożonej nawozami azotowymi, wody opadowe.

c) amoniak i sole amoniowe dostają się do wód naturalnych z gleby, atmosfery i ścieków. Duża zawartość amoniaku w wodach użytkowych jest niepożądana gdyż zwiększa on korozje rur wodociągowych. W ocenie czystości wód istotne jest pochodzenie amoniaku gdyż ten pochodzących z odpadów zwierzęcych może świadczyć i obecności bakterii chorobowych.

d)cyjanki: występują w wodach naturalnych bardzo rzadko, tylko w przypadku zanieczyszczenia ściekami z gazowni, zakładów obróbki metali. Normalna dla wody do picia według ŚOZ dopuszcza do 0,05gCN-*n-3

19. METALE CIĘŻKIE W WODACH I ICH ODZIAŁYWANIE TOKSYCZNE

1. Miedź- w większych ilościach związki miedzi są szkodliwe dla zdrowia. Szkodliwe dawki dzienne mogą dochodzić do 100 mg Cu. Związki miedzi są b. szkodliwe dla ryb.

2. Cynk- jego występowanie w wodzie do picia nie jest pożądane, ze wzgl. na jej metaliczny smak i mętnienie w środowisku zasadowym.

3. ołów – w wodzie naturalnej może pochodzić z gruntu, zanieczyszczeń ściekami przemysłowymi, korozji zbiorników rur itp. Ze względu na właściwości toksyczne oraz zdolności kumulowania się w organizmie ludzkim, ołów jest szkodliwy dla zdrowia. Hamuje on biochemiczny rozkład subst. organ. W ściekach i wodach powierzchniowych.

4. Rtęć- związki rtęciowe są przeważnie słabo zdysocjowane i w przeciwieństwie do ołowianych są mniej toksyczne. Rtęć wykazuje jeden z największych współczynników akumulacji w organiz. Żywych we florze i faunie. Trujące właściwości rtęci wykorzystywane są w wielu preparatach (m.in. w pestycydach)

5. Kadm- jest pierwiastkiem silnie toksycznym i kumuluje się w oragn. Obecność miedzi i cynku wzmaga jego toksyczność. U człowieka powoduje anemię, zahamowanie wzrostu, zakłócenie pigmentacji.

6. Arsen- są b. toksyczne i w stężeniach ponad 0.2g As *m-3 powoduje chroniczne zatrucia. Krótkotrwałe picie mineralnych wód arsenowych ma działanie lecznicze (wzmożenie wytwarzania czerwonych krwinek szpiku kostnego i białka).

7. Chrom- związki chromu III w ilościach, jakie normalnie mogą się znajdować w wodach natur. nie są szkodliwe dla zdrowia, natomiast chromiany i dwuchromiany są trujące. Działają toksycznie na różne oraniz. Wodne oraz hamująco na procesy biochem.

8. Nikiel- pierwiastek ten dostaje się do wód natural. Ze ściekami przemysłu metalurgicznego. Związki niklu wywierają w pewnym stopniu hamujący wpływ na biologiczne procesy samooczyszczania wód pomierzch.

9. Kobalt- w związkach organicznych wchodzi w skład organizmów wodnych i osadu czynnego jako witam. B12. Związki kobaltu są mało toksyczne.

20. NATURALNE ZWIĄZKI ORGANICZNE W WODACH

sub organiczne występujące w wodach naturalnych mogą być pochodzenia naturalnego (roś, zwierz i sztucznego) zawartość naturalnych i syntetycznych org w  wodzie zależy od pochodzenia wody i stopnia jej zanieczyszczenia

a) węglowodany (sacharydy, cukry) znajdujące się w wodach naturalnych mogą być pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, z rozkładu obumarłych roślin i organizmów zwierzęcych żyjących  w wodzie. Ponadto źródłem tych w wodach powierzchniowych ą również zrzuty ścieków bytowo-gospodarczego, miejskich i przemysłowych.

B) tłuszcze i oleje znajdujące się  w wodach naturalnych są podochodzenia naturalnego- z rozkładu org roślinnych i zwierzęcych lub mogą pochodzić z zanieczyszczeń ściekami miejskimi lub przemysłowymi. Tłuszcze i oleje występują w wodzie pod postacią emulsji lub jako roztwory koloidalne.

C) białka- substancje te w wodach naturalnych pochodzą z układu obumarłych organizmów roślinnych i zwierzęcych żyjących w wodzie lub przedostających się do sody ze ścieków i innych źródeł.

lignina i kwasy ligninoulfonowe- lignina dostaje się do wód naturalnych w wyniku rozkładu roślin oraz ze ścieków przemysłu celuzowo-papierniczego. W ściekach z produkcji masy papierniczej oprócz ligniny mogą występować różne kwasy ligninoalfonowe, które są produktami sulfonowania lignin.

21. ZANIECZYSZCZENIE WÓD ŚCIEKAMI MIEJSKIMI I PRZEMYSŁOWYMI

Ścieki komunalne, są usuwane przez ludzi zamieszkałych na terenach zurbanizowanych. Ilość odprowadzanych ścieków jest uzależniona od ilości zużytej wody przeznaczonej do celów bytowo-gospodarczych. Główne składniki ścieków kom. stanowią zanieczyszczenia pochodzenia organicznego. W skła...