Свойства природных вод кратко

Обновлено: 04.07.2024

Вода как химическое вещество состоит из кислорода и водорода, имеет формулу Н20 и является одним из самых важных соединений на Земле. Процессы формирования химического состава природ­ных вод весьма разнообразны. Вода — очень активный раствори­тель. Циркулируя в земной коре и взаимодействуя с горными поро­дами, она осуществляет грандиозный массоперенос и массообмен.

Вода (оксид водорода — Н 2 0) — простейшее и самое распро­страненное в природе устойчивое химическое соединение водорода с кислородом. В состав воды также могут входить другие хими­ческие элементы, газы, пары воды, коллоиды, бактерии, органи­ческие вещества и различные взвеси. Никакая другая жидкость не может сравниться с водой по числу веществ, которые могут в ней растворяться, и по количеству вещества, которое она может удер­живать и переносить в растворе. Объяснение этому — особенности структуры молекулы воды (Климентов, Богданов, 1977).

Химическое соединение диссоциирует: Н20 Н + + ОН - , в тет­раэдре две пары электронов свободны.

Кристаллическое строение молекулы воды


Молекулы воды, разрушая кристаллические решетки мине­ралов, растворяют их. Различные ионы в растворе обладают неоди­наковой подвижностью (миграционной способностью), что обу­словливает очень большое разнообразие состава воды. Рассмотрим основные физические свойства и состав подземных вод.

Плотность воды

Плотность воды является важной характеристикой. Наибольшей плотностью вода обладает при 4°С. В отличие от других жидкостей при охлаждении от 4 до 0°С вода расширяется, поэтому лед легче воды (его плотность — 0,92 г/см 3 ). Плотность пресной воды при 4°С составляет 1,0 г/см 3 , морской — 1,03—1,08 г/см 3 . Ориентиро­вочное определение плотности производят ареометром, точное — пикнометром. С увеличением суммы растворенных в воде солей (минерализации) плотность воды увеличивается:

Плотность, г/см 3 1,001 1,010 1,020 1,051 1,107 1,200 1,262

Минерализация, г/л 2,0 15,0 27,0 70,0 140,0 240 300

Прозрачность

Прозрачность — это способность воды пропускать световые лучи, которая зависит от содержания в воде механических при­месей и органических веществ. По прозрачности выделяют про­зрачные, слегка мутные, мутные и очень мутные воды. Определение производится с помощью специальных приборов и заключается в чтении специального шрифта через слой воды, налитой в мерный цилиндр. По высоте столба воды, через который ясно различается шрифт, определяют степень прозрачности воды.

Цвет подземных вод зависит от их химического состава. Хими­чески чистая вода обладает небесно-голубым цветом. Болотные воды окрашены в желтый цвет, обусловленный присутствием орга­нических гуминовых кислот, соли оксида двухвалентного железа придают воде зеленовато-голубую окраску, а соли оксида трехва­лентного железа — ржавую, буроватую. Цветность подземных вод определяется по специально разработанным образцам цвета.

Запах

Запах . В большинстве случаев пресные подземные воды не имеют запаха. Воды, богатые гуминовыми веществами, обла­дают особым болотным запахом; застойная вода в колодцах, креп­ленных деревянными срубами, часто имеет затхлый запах; присут­ствие сероводорода придает воде запах тухлых яиц.

Вкус воде придают растворенные в ней минеральные вещества, газы, различные примеси. Обычно различают соленый, горький, сладкий и кислый вкус, который придают воде растворенные в ней вещества.

При содержании в воде хлористого натрия > 600 мг/л она имеет соленый вкус, сульфата магния — горький, солей железа — тер­пкий, органических веществ — сладковатый и т.д. Вода может иметь также различный привкус — хлорный, металлический и др. Приятный освежающий привкус придает воде свободная углекис­лота. Интенсивность вкуса определяют по пятибалльной шкале.

Органолептические свойства (зараженность) подземных вод

Для оценки содержания органических веществ в подземных водах,а также болезнетворных микроорганизмов (бактериальное загрязнение) используют понятия "коли-титр" и "коли-индекс". Коли-титр 500 означает ,что в 500 см 3 воды содержится одна кишечная палочка Bakterium Kolli. Коли-индекс - это содержание кишечных палочек в 1 л воды согласно ГОСТу на питьевую воду; коли-тест не должен превышать 3.

Радиоактивность

подземные воды, содержащие природные радиоизотопы урана,радона и радия,называются радиоактивными. В настоящие время минеральными водами называют не только лечебные-бальнеологические , но и любые приролные воды лечебного, промышленного (для добычи йода, брома) и энергетического (горячие, перегретые более 100°С) значения.

Природная вода отличается по своему химическому составу в разных регионах нашей планеты. Она представляет собой раствор, включающий множество химических соединений и растворенных газов.

Концентрация конкретных примесей в воде характеризует ее свойства, совокупность которых и определяет качество самой воды. Показатели качества воды можно разделить на:

• физические, куда относятся температура, цветность, взвешенные вещества, запах и вкус;

• химические, включающие жесткость, активную реакцию, окисляемость и сухой остаток;

• биологические, когда учитываются все живое население водоема (гидробионты) и определяется общая численность бактерий, коли-индекс и ряд других показателей.

Мутность характеризуется наличием в воде взвешенных частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и др. Мутность воды, выраженную в мг/л, определяют колоритмически.

Водородный показатель (рН ). Природные воды по величине обычно классифицируют на: кислые – от 1 до 3, слабокислые – от 4 до 6, нейтральные – около 7, слабощелочные – с от 8 до 10, и щелочные – от 11 до 14. Чаще всего реакция природных вод изменяется в пределах от 6.6 до 8.5, хотя в последнее время в некоторых закрытых водоемах из-за кислотных дождей величина достигает величины 3.5-4.

Сухой остаток показывает концентрацию примесей неорганического происхождения. Он является остатком от выпаривания известного объема нефильтрованной воды, высушенный при температуре 110* С до достижения постоянной массы остатка.

Хлориды и сульфаты отмечены во всех природных водах в виде солей кальция, магния и натрия. Наличие в воде значительных концентраций хлоридов и сульфатов свидетельствует о повышенном сухом остатке при выпаривании такой воды.

Железо и марганец в поверхностных водах обычно встречаются либо в виде органических и минеральных комплексных соединений, либо в виде коллоидных и тонкодисперсных взвесей. Обычно содержание железа и марганца в поверхностных водах не превышает нескольких десятков мг/л.

Окисляемость воды связана с присутствием в ней органических соединений: двухвалентого железа, сульфитов и сероводорода. Существенное повышение окисляемости воды, как правило, свидетельствует об увеличении ее загрязнения, поэтому по величине окисляемости обычно судят о гигиенической характеристике водоема.

Азотсодержащие вещества, такие как ионы аммония, нитриты и нитраты, появляются в природной воде в результате окислительно-восстановительных процессов, в которых участвуют сероводород и гумусовые вещества, либо в результате разложения белковых компонентов. Примером первого случая может служить восстановление нитратов железа сероводородом с образованием нитритов. Формы азотсодержащих соединений, присутствующих в природной воде, позволяют, например, судить о времени поступления в водоем сточных вод. Так, присутствие в воде ионов аммония и отсутствие нитритов свидетельствует о ее недавнем загрязнении.

Большое влияние на химический состав природной воды и изменение его химических характеристик оказывают источники питания водного объекта. Например, в период таяния снега вода в озерах и реках имеет наименьшую минерализацию, чем в период, когда большая часть питания осуществляется за счет грунтовых и подземных вод.

Таким образом, природная вода неоднородна по своим характеристикам. Ее свойства и качества определяются составом примесей, совокупность которых определяет качество природной воды.

Природные и сточные воды представляют собой сложные дисперсные системы. Все примеси воды по отношению к дисперсионной среде можно разделить на четыре группы:

· воды, содержащие нерастворимые в воде мелкодисперсные примеси, взвеси, обусловливающие мутность воды. Степень дисперсности размером – 10 -6 –10 -4 м и более. Взвеси образуют глинистые вещества, ил, мелкий песок, малорастворимые гидроксиды металлов, малорастворимые органические вещества и др.;

· сточные воды, содержащие гидрофильные и гидрофобные коллоидные растворы, а также высокомолекулярные вещества и детергенты. Степень дисперсности 10 -8 –10 -7 м;

· воды, содержащие растворенные газы и растворимые органические вещества как биологического происхождения, так и входящие в состав промышленных сточных вод. Степень дисперсности – 10 -9 -10 -8 м;

· сточные воды, содержащие ионные примеси. Образуют гомогенные растворы. Степень дисперсности – 10 -10 -10 -9 м.

Фазово-дисперсная характеристика примесей сточных вод позволяет предложить для каждой группы определенный набор методов очистки сточных вод.

Природные воды и сточные воды химических, нефтехимических, целлюлозно-бумажных производств обычно содержат твердые частицы (волокна, пластмассы, каолин, глину, каучук, кристаллы солей и др.) и жидкие эмульгированные примеси (нефть, нефтепродукты, смолы и т.п.). Поверхность этих частиц может быть гидрофильна или гидрофобна.

Размеры частиц могут изменяться в широких пределах (табл.3.1).

Свойства дисперсной фазы

Чаще всего концентрация мелкодисперсной и коллоидной фазы в сточных водах относительно невелика (0,2–1%), поэтому сточные воды могут быть отнесены к свободнодисперсным коллоидным системам.

Так, в природных водах, подлежащих очистке и использующихся для технических целей и питьевого водоснабжения, концентрация нерастворимых коллоидно-дисперсных и взвешенных веществ (песка, ила, глины и др.) составляет 3-10 г/дм 3 .

Мутность и цветность природных вод обусловлена наличием в них мелкодисперсных глинистых частиц и высокомолекулярных гумусовых соединений. Источником окрашенных веществ в природных водоемах являются почва, торф, дубильные вещества, экстрагируемые водой из растений.

Гумусовые соединения представляют собой комплекс органических веществ – продуктов конденсации ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами – гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин. Источником ароматических соединений могут быть структурные единицы, освобождающиеся при биохимическом разложении целлюлозы, лигнина и дубильных веществ, а источником азотсодержащих соединений – протоплазма микроорганизмов, участвующих в процессах распада и синтеза органических соединений. Почвенные гумусовые вещества – это специфические высокомолекулярные, полифункциональные, азотсодержащие соединения циклического строения и кислотного характера.

Наличие в структуре молекул гуминовых и фульвокислот карбоксильных и аминных групп придает им свойства амфотерных полиэлектролитов, состояние которых в растворе значительно зависит от рН среды. В слабощелочной среде (рН 7,5–8,5) они образуют ассоциаты под действием ионов жесткости, катионов металлов, размеры которых могут достигать 8–20 нм или агрегаты в форме вытянутых листочков, длина которых составляет 9…10 нм.

Молекулярная масса гуминовых кислот, по данным различных исследований, колеблется в широких пределах – от 290 – 350 до 30 – 50 тыс. Мицеллярные массы ассоциатов гуминовой кислоты в водных растворах – 3700–8200 г/моль. Химический состав гуминовых соединений можно представит следующими брутто-формулами:

Общим для этих веществ различного происхождения является наличие ароматического ядра, карбоксильных (-COOH), карбонильных (-СОН) метоксильных (-OCH3) групп, гидроксилов (-OH) спиртового и фенольного характера и амидогрупп (-CONH2).

Гуминовые кислоты и фульвокислоты в зависимости от состава воды и величины рН могут образовывать истинные растворы, коллоидные и малорастворимые вещества.




В слабокислой среде недиссоциированные и малорастворимые гумусовые вещества образуют коллоидные системы. В слабощелочной среде – растворимые гуматы и фульваты с ионами щелочных металлов, малорастворимые гуматы кальция.

Дубильные вещества находятся в растениях в виде комплекса веществ, включающих полифенолы, танниды, растворимые и нерастворимые в воде. Несмотря на многообразие химического состава дубильных веществ, общим для них является наличие ароматических колец с двумя или тремя оксигруппами, что дает право считать их производными многоатомных фенолов. Молярная масса дубильных веществ составляет 2000г/моль и выше, они аморфны, легко окисляются с образованием темноокрашенных веществ, содержащих фенолкарбоновые кислоты.

Качественный и дисперсный состав сточных вод разнообразен даже для одного и того же производства и зависит от вида сырья и получаемой продукции.

Так, сточные воды пищевой промышленности содержат в основном белки, углеводы и жиры. В сточных водах сахарных заводов находятся взвешенные примеси сахара, уксусная и пропионовая кислоты, сапонин.Стоки консервной промышленности, молочных заводов, мясокомбинатов, кожевенной промышленности несут огромное количество взвешенных и растворенных веществ органического происхождения.

Специфическими загрязнителями сточных вод текстильных производств являются алифатические и ароматические соединения – этиловый эфир, масляная кислота, амиловый эфир, амиловый спирт, глицерин, ацетон, анилин, бензол, аминокислоты и углеводы, красители.

Количество и качество стоков предприятий по переработке топлива с целью получения специальных продуктов (смол, каменноугольных масел, бензола) и улучшенных видов топлива (кокса, генераторного газа) характеризуются сложным и переменным составом, зависящим от исходного сырья, разнотипности технологических процессов и различных режимов переработки.

Характерная особенность сточных вод термической переработки топлива – присутствие больших количеств фенола (до 7–10 г/л), высокоокрашенных веществ. При газификации бурого угля в сточных водах содержатся пирокатехин, ацетальдегид, ацетон, уксусная, пропионовая, масляная и валерьяновая кислоты, ацетонитрил, этиламин, пропиламин, пиридин, пиколин и др.

Продукты сухой перегонки древесины содержат фенолы и их простые эфиры, кислоты и их производные, спирты, альдегиды, кетоны, фурановые соединения, производные пирана, основания (пиридин и др.), углеводы и углеводороды.

В сточных водах лесохимических предприятий содержатся фенол, метиловый спирт, уксусная кислота, скипидар, кетоны и эфиры, аллиловые масла, формалин. Все сточные воды сухой перегонки дерева имеют интенсивную окраску (от светло-желтой до коричневой) и обладают специфическим запахом (формалина, древесных масел).

Сточные воды гидролизных заводов содержат фурфурол, органические кислоты, сахара. Состав их обусловливается характером сырья. Содержание жирных кислот в таких водах в пересчете на уксусную составляет 1335 мг/л. Стоки имеют интенсивную окраску (до 1200 о Ц), характеризуются высоким содержанием коллоидных и мелкодисперсных примесей.

Сточные воды целлюлозно-химической промышленности весьма разнообразны по составу, так как включают стоки собственно целлюлозных и бумажных предприятий, древесномассных заводов, картонных фабрик и т. д. В стоках целлюлозного производства зафиксировано присутствие маннозы, декстрина, галактозы, свободного фурфурола, следов ванилина, жирных веществ, смол, лигнина, оксикислот, сахаридов. Эти стоки окрашены в коричневый, желтоватый или серовато-коричневый цвет.

Органический состав сточных вод химической промышленности (предприятий, выпускающих красящие вещества, фармацевтические препараты, ядохимикаты, жирные кислоты и моющие средства) и промышленности органического синтеза (прозрачных пленок фенопластов и аминопластов, синтетического каучука и волокон) чрезвычайно разнообразен.

В сточных водах производств органических красителей всегда присутствуют остатки исходных и промежуточных веществ (бензол, анилин, циклические нитросоединения), а также красители. Для них характерна интенсивная окраска.

Сложным составом сточных вод характеризуются производства синтетического каучука. В промышленных стоках производства натрийбута-диенового каучука находится разнообразный комплекс предельных и непредельных соединений жирного ряда: предельные одноатомные спирты, простые эфиры, альдегиды, дивинил и другие углеводороды, димеры дивинила, полидиены.

Большое количество сточных вод образуется при добыче нефти, при ее переработке, транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов. Количество нефти в пластовых водах достигает 1,5–3,0 г/л. В буровых водах количество нафтеновых кислот в среднем составляет 190 мг/л.

Основная масса сточных вод нефтеперерабатывающих заводов содержит нефть и нефтепродукты как в растворимом так и в коллоидном состоянии, в виде эмульсий, всплывающей пленки.

Проведенный краткий обзор химического и дисперсного состава природных и сточных вод показывает, что, как правило, они являются агрегативно устойчивыми дисперсными системами, содержат растворимые органические и неорганические примеси, коллоидные и взвешенные вещества, поэтому для их очистки используются различные физико-химические и биохимические методы, выбор которых будет определяться главным образом составом сточной воды.

Природные и сточные воды представляют собой сложные дисперсные системы. Все примеси воды по отношению к дисперсионной среде можно разделить на четыре группы:

· воды, содержащие нерастворимые в воде мелкодисперсные примеси, взвеси, обусловливающие мутность воды. Степень дисперсности размером – 10 -6 –10 -4 м и более. Взвеси образуют глинистые вещества, ил, мелкий песок, малорастворимые гидроксиды металлов, малорастворимые органические вещества и др.;

· сточные воды, содержащие гидрофильные и гидрофобные коллоидные растворы, а также высокомолекулярные вещества и детергенты. Степень дисперсности 10 -8 –10 -7 м;

· воды, содержащие растворенные газы и растворимые органические вещества как биологического происхождения, так и входящие в состав промышленных сточных вод. Степень дисперсности – 10 -9 -10 -8 м;

· сточные воды, содержащие ионные примеси. Образуют гомогенные растворы. Степень дисперсности – 10 -10 -10 -9 м.

Фазово-дисперсная характеристика примесей сточных вод позволяет предложить для каждой группы определенный набор методов очистки сточных вод.

Природные воды и сточные воды химических, нефтехимических, целлюлозно-бумажных производств обычно содержат твердые частицы (волокна, пластмассы, каолин, глину, каучук, кристаллы солей и др.) и жидкие эмульгированные примеси (нефть, нефтепродукты, смолы и т.п.). Поверхность этих частиц может быть гидрофильна или гидрофобна.

Размеры частиц могут изменяться в широких пределах (табл.3.1).

Свойства дисперсной фазы

Чаще всего концентрация мелкодисперсной и коллоидной фазы в сточных водах относительно невелика (0,2–1%), поэтому сточные воды могут быть отнесены к свободнодисперсным коллоидным системам.

Так, в природных водах, подлежащих очистке и использующихся для технических целей и питьевого водоснабжения, концентрация нерастворимых коллоидно-дисперсных и взвешенных веществ (песка, ила, глины и др.) составляет 3-10 г/дм 3 .

Мутность и цветность природных вод обусловлена наличием в них мелкодисперсных глинистых частиц и высокомолекулярных гумусовых соединений. Источником окрашенных веществ в природных водоемах являются почва, торф, дубильные вещества, экстрагируемые водой из растений.

Гумусовые соединения представляют собой комплекс органических веществ – продуктов конденсации ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами – гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин. Источником ароматических соединений могут быть структурные единицы, освобождающиеся при биохимическом разложении целлюлозы, лигнина и дубильных веществ, а источником азотсодержащих соединений – протоплазма микроорганизмов, участвующих в процессах распада и синтеза органических соединений. Почвенные гумусовые вещества – это специфические высокомолекулярные, полифункциональные, азотсодержащие соединения циклического строения и кислотного характера.

Наличие в структуре молекул гуминовых и фульвокислот карбоксильных и аминных групп придает им свойства амфотерных полиэлектролитов, состояние которых в растворе значительно зависит от рН среды. В слабощелочной среде (рН 7,5–8,5) они образуют ассоциаты под действием ионов жесткости, катионов металлов, размеры которых могут достигать 8–20 нм или агрегаты в форме вытянутых листочков, длина которых составляет 9…10 нм.

Молекулярная масса гуминовых кислот, по данным различных исследований, колеблется в широких пределах – от 290 – 350 до 30 – 50 тыс. Мицеллярные массы ассоциатов гуминовой кислоты в водных растворах – 3700–8200 г/моль. Химический состав гуминовых соединений можно представит следующими брутто-формулами:

Общим для этих веществ различного происхождения является наличие ароматического ядра, карбоксильных (-COOH), карбонильных (-СОН) метоксильных (-OCH3) групп, гидроксилов (-OH) спиртового и фенольного характера и амидогрупп (-CONH2).

Гуминовые кислоты и фульвокислоты в зависимости от состава воды и величины рН могут образовывать истинные растворы, коллоидные и малорастворимые вещества.

В слабокислой среде недиссоциированные и малорастворимые гумусовые вещества образуют коллоидные системы. В слабощелочной среде – растворимые гуматы и фульваты с ионами щелочных металлов, малорастворимые гуматы кальция.

Дубильные вещества находятся в растениях в виде комплекса веществ, включающих полифенолы, танниды, растворимые и нерастворимые в воде. Несмотря на многообразие химического состава дубильных веществ, общим для них является наличие ароматических колец с двумя или тремя оксигруппами, что дает право считать их производными многоатомных фенолов. Молярная масса дубильных веществ составляет 2000г/моль и выше, они аморфны, легко окисляются с образованием темноокрашенных веществ, содержащих фенолкарбоновые кислоты.

Качественный и дисперсный состав сточных вод разнообразен даже для одного и того же производства и зависит от вида сырья и получаемой продукции.

Так, сточные воды пищевой промышленности содержат в основном белки, углеводы и жиры. В сточных водах сахарных заводов находятся взвешенные примеси сахара, уксусная и пропионовая кислоты, сапонин.Стоки консервной промышленности, молочных заводов, мясокомбинатов, кожевенной промышленности несут огромное количество взвешенных и растворенных веществ органического происхождения.

Специфическими загрязнителями сточных вод текстильных производств являются алифатические и ароматические соединения – этиловый эфир, масляная кислота, амиловый эфир, амиловый спирт, глицерин, ацетон, анилин, бензол, аминокислоты и углеводы, красители.

Количество и качество стоков предприятий по переработке топлива с целью получения специальных продуктов (смол, каменноугольных масел, бензола) и улучшенных видов топлива (кокса, генераторного газа) характеризуются сложным и переменным составом, зависящим от исходного сырья, разнотипности технологических процессов и различных режимов переработки.

Характерная особенность сточных вод термической переработки топлива – присутствие больших количеств фенола (до 7–10 г/л), высокоокрашенных веществ. При газификации бурого угля в сточных водах содержатся пирокатехин, ацетальдегид, ацетон, уксусная, пропионовая, масляная и валерьяновая кислоты, ацетонитрил, этиламин, пропиламин, пиридин, пиколин и др.

Продукты сухой перегонки древесины содержат фенолы и их простые эфиры, кислоты и их производные, спирты, альдегиды, кетоны, фурановые соединения, производные пирана, основания (пиридин и др.), углеводы и углеводороды.

В сточных водах лесохимических предприятий содержатся фенол, метиловый спирт, уксусная кислота, скипидар, кетоны и эфиры, аллиловые масла, формалин. Все сточные воды сухой перегонки дерева имеют интенсивную окраску (от светло-желтой до коричневой) и обладают специфическим запахом (формалина, древесных масел).

Сточные воды гидролизных заводов содержат фурфурол, органические кислоты, сахара. Состав их обусловливается характером сырья. Содержание жирных кислот в таких водах в пересчете на уксусную составляет 1335 мг/л. Стоки имеют интенсивную окраску (до 1200 о Ц), характеризуются высоким содержанием коллоидных и мелкодисперсных примесей.

Сточные воды целлюлозно-химической промышленности весьма разнообразны по составу, так как включают стоки собственно целлюлозных и бумажных предприятий, древесномассных заводов, картонных фабрик и т. д. В стоках целлюлозного производства зафиксировано присутствие маннозы, декстрина, галактозы, свободного фурфурола, следов ванилина, жирных веществ, смол, лигнина, оксикислот, сахаридов. Эти стоки окрашены в коричневый, желтоватый или серовато-коричневый цвет.

Органический состав сточных вод химической промышленности (предприятий, выпускающих красящие вещества, фармацевтические препараты, ядохимикаты, жирные кислоты и моющие средства) и промышленности органического синтеза (прозрачных пленок фенопластов и аминопластов, синтетического каучука и волокон) чрезвычайно разнообразен.

В сточных водах производств органических красителей всегда присутствуют остатки исходных и промежуточных веществ (бензол, анилин, циклические нитросоединения), а также красители. Для них характерна интенсивная окраска.

Сложным составом сточных вод характеризуются производства синтетического каучука. В промышленных стоках производства натрийбута-диенового каучука находится разнообразный комплекс предельных и непредельных соединений жирного ряда: предельные одноатомные спирты, простые эфиры, альдегиды, дивинил и другие углеводороды, димеры дивинила, полидиены.

Большое количество сточных вод образуется при добыче нефти, при ее переработке, транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов. Количество нефти в пластовых водах достигает 1,5–3,0 г/л. В буровых водах количество нафтеновых кислот в среднем составляет 190 мг/л.

Основная масса сточных вод нефтеперерабатывающих заводов содержит нефть и нефтепродукты как в растворимом так и в коллоидном состоянии, в виде эмульсий, всплывающей пленки.

Проведенный краткий обзор химического и дисперсного состава природных и сточных вод показывает, что, как правило, они являются агрегативно устойчивыми дисперсными системами, содержат растворимые органические и неорганические примеси, коллоидные и взвешенные вещества, поэтому для их очистки используются различные физико-химические и биохимические методы, выбор которых будет определяться главным образом составом сточной воды.

Утром после дождя

Химические и физические свойства воды в жидком состоянии — термины, определения и комментарии

Строго говоря, в этом материале мы кратко рассмотрим не только химические и физические свойства воды в жидком состоянии, но и свойства присущие ей в общем как таковой.

Более детально про свойства воды в твердом состоянии вы можете прочитать в нашей статье — ЛЁД – ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДЫ → .

Аномальные свойства воды

Многие физические и химические свойства воды удивляют и выпадают из общих правил и закономерностей и являются аномальными, так например:

  • В соответствии с закономерностями, установленными по принципу подобия, в рамках таких наук как химия и физика, мы могли бы ожидать, что:
    • вода будет закипать при минус 70°С, а замерзать при минус 90°С;
    • вода будет не капать с кончика крана, а литься тонкой струйкой;
    • лед будет тонуть, а не плавать на поверхности;
    • в стакане вода не растворилось бы более нескольких крупинок сахара.

    Более подробно с аномальными свойствами Вы можете ознакомиться в нашей статье — АНОМАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВОДЫ, ИЛИ УДИВИТЕЛЬНОЕ РЯДОМ → .

    Вода имеет много и других аномалий, исследование которых вероятно принесет, в ближайшем будущем, новые неожиданные открытия.

    Необходимо отметить, что вода в естественных природных условиях может существовать в трех агрегатных состояниях, более подробно, с которыми можно ознакомиться в нашей статье — АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВОДЫ В ПРИРОДЕ → .

    Как уже отмечалось выше, в данном материале мы перечислим основные физические и химические свойства воды и сделаем к некоторым из них краткие комментарии.

    Физические свойства воды

    ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА – это свойства, которые проявляются вне химических реакций.

    Чистота

    Чистота воды – зависит от наличия в ней примесей, бактерий, солей тяжелых металлов … , для ознакомления с интерпретацией термина ЧИСТАЯ ВОДА по версии нашего сайта необходимо прочитать статью — ЧИСТАЯ ВОДА → .

    Цвет воды – зависит от химического состава и механических примесей

    Большая советская энциклопедия

    Цвет моря. Цвет, воспринимаемый глазом, когда наблюдатель смотрит на поверхность моря, Цвет моря зависит от цвета морской воды, цвета неба, количества и характера облаков, высоты Солнца над горизонтом и др. причин.

    Понятие Цвет моря следует отличать от понятия цвет морской воды. Под цветом морской воды понимают цвет, воспринимаемый глазом при отвесном осмотре морской воды над белым фоном. От поверхности моря отражается лишь незначительная часть падающих на неё световых лучей, остальная их часть проникает вглубь, где поглощается и рассеивается молекулами воды, частицами взвешенных веществ и мельчайшими пузырьками газов. Отражённые и выходящие из моря рассеянные лучи и создают Ц. м. Молекулы воды рассеивают сильнее всего синий и зелёные лучи. Взвешенные частицы почти одинаково рассеивают все лучи. Поэтому морская вода с малым количеством взвесей кажется сине-зелёной (цвет открытых частей океанов), а со значительным количеством взвесей — желтовато-зелёной (например, Балтийское море). Теоретическая сторона учения о Ц. м. разработана В. В. Шулейкиным и Ч. В. Раманом.

    Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978

    Запах

    Запах воды – чистая вода как правило, не имеет запаха.

    Прозрачность

    Прозрачность воды — зависит от растворенных в ней минеральных веществ и содержания механических примесей, органических веществ и коллоидов:

    Экологический энциклопедический словарь

    ПРОЗРАЧНОСТЬ ВОДЫ — способность воды пропускать свет. Обычно измеряется диском Секки. Зависит в основном от концентрации взвешенных и растворенных в воде органических и неорганических веществ. Может резко снижаться в результате антропогенного загрязнения и эвтрофирования водоемов.

    Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев И.И. Дедю. 1989

    Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

    • прозрачные;
    • слабо опалесцирующие;
    • опалесцирующие;
    • слегка мутные;
    • мутные;
    • сильно мутные.

    Вкус воды – зависит от состава растворенных в ней веществ.

    Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

    Вкус воды — свойство воды, зависящее от растворенных в ней солей и газов. Имеются таблицы ощутимой на вкус концентрации солей, растворенных в воде (в мг/л), например следующая таблица (по Штаффу).

    Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. — М.: Гостоптехиздат. Составитель: А. А. Маккавеев, редактор О. К. Ланге. 1961

    Температура

    Температура плавления воды:

    Научно-технический энциклопедический словарь

    ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ — температура, при которой вещество переходит из ТВЕРДОГО СОСТОЯНИЯ в жидкое. Температура плавления твердого вещества равна температуре замерзания жидкости, например, температура плавления льда, О °С, равна температуре замерзания воды.

    Научно-технический энциклопедический словарь.

    Температура кипения воды: 99,974°C

    Научно-технический энциклопедический словарь

    ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ, температура, при которой вещество переходит из одного состояния (фазы) в другое, т. е. из жидкости в пар или газ. Температура кипения возрастает при увеличении внешнего давления и понижается при его уменьшении. Обычно ее измеряют при стандартном давлении в 1 атмосферу (760 мм рт. ст.) Температура кипения воды при стандартном давлении составляет 100 °С.

    Научно-технический энциклопедический словарь.

    Тройная точка воды

    Тройная точка воды: 0,01 °C, 611,73 Па;

    Научно-технический энциклопедический словарь

    ТРОЙНАЯ ТОЧКА, температура и давление, при которых все три состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное) могут существовать одновременно. Для воды тройная точка находится при температуре 273,16 К и давлении 610 Ра.

    Научно-технический энциклопедический словарь

    Поверхностное натяжение воды

    Поверхностное натяжение воды – определяет силу сцепления молекул воды друг с другом, например, от этого параметра зависит то, как усваивается та или иная вода организмом человека.

    Адгезия и когезия воды

    Капиллярность

    Капиллярность — свойство воды, благодаря которому вода может подниматься вертикально вверх в пористых материалах. Данное свойство реализуется через другие свойства воды, такие как — поверхностное натяжение, адгезия и когезия.

    Жесткость воды

    Жесткость воды – определяется количеством содержания солей, более подробно читайте в материалах — ЖЕСТКАЯ ВОДА — ЧТО ЖЕ ЭТО ТАКОЕ → и МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ВОДЫ → .

    Морской словарь

    ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ (Stiffness of Water) — свойство воды, обескровливаемое содержанием растворенных в ней солей щелочноземельных металлов, гл. обр. кальция и магния (в виде двууглекислых солей — бикарбонатов), и солей сильных минеральных кислот — серной и соляной. Жёсткость воды измеряется в особых единицах, так наз. градусах жесткости. Градусом жесткости называется весовое содержание окиси кальция (СаО), равное 0,01 г в 1 л воды. Жесткая вода непригодна для питания котлов, так как способствует сильному образованию накипи на их стенках, что может вызвать пережог трубок котла. Котлы больших мощностей и особенно высоких давлений должны питаться совершенно очищенной водой (конденсат от паровых машин и турбин, очищенный посредством фильтров от примеси масла, а также дистиллят, приготовляемый в особых аппаратах-испарителях).

    Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

    Научно-технический энциклопедический словарь

    ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ, неспособность воды образовывать пену с мылом из-за растворенных в ней солей, в основном кальция и магния.

    Накипь в котлах и трубах образуется из-за присутствия в воде растворенного карбоната кальция, попадающего в воду при контакте с известняком. В горячей или кипящей воде карбонат кальция переходит в осадок в виде твердых известковых отложений на поверхностях внутри котлов. Карбонат кальция также не дает мылу пениться. Ионообменный контейнер(3), заполнен гранулами, покрытыми натрий-содержащими материалами. с которыми вода вступает в контакт. Ионы натрия как более активные, замещают ионы кальция Так как соли натрия остаются растворимыми даже при кипячении, накипь не образуется.

    Научно-технический энциклопедический словарь.

    Структура воды

    Под структурой воды понимается определенное расположение молекул воды по отношению друг к другу. Это понятие активно используется в теории структурированной воды, читайте нашу статью — СТРУКТУРИРОВАННАЯ ВОДА — БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ → .

    Минерализация воды

    Экологический энциклопедический словарь

    МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ВОДЫ — насыщение воды неорганич. (минеральными) веществами, находящимися в ней в виде ионов и коллоидов; общая сумма неорганических солей, содержащихся преимущественно в пресной воде, степень минерализации обычно выражают в мг/л или г/л (иногда в г/кг).

    Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989

    Вязкость воды

    Вязкость воды — характеризует внутреннее сопротивление частиц жидкости ее движению:

    Геологический словарь

    Вязкость воды (жидкости) — свойство жидкости, обусловливающее при движении возникновение силы трения. Является фактором, осуществляющим передачу движения от слоев воды, перемещающихся с большой скоростью, к слоям с меньшей скоростью. Вязкость воды зависит от температуры и концентрации раствора. Физически она оценивается коэф. вязкости, который входит в ряд формул движения воды.

    Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978

    Различают два вида вязкости воды:

    • Динамическая вязкость воды — 0,00101 Па•с (при 20°C).
    • Кинематическая вязкость воды — 0,01012 см 2 /с (при 20°C).

    Более подробно читайте в нашей статье — ВЯЗКОСТЬ ВОДЫ → .

    Критическая точка воды

    Критической точкой воды называется ее состояние при определенном соотношении давления и температуры, когда ее свойства одинаковы в газообразном и жидком состоянии (газообразной и жидкой фазе).

    Критическая точка воды: 374°C, 22,064 MПа.

    Диэлектрическая проницаемость

    Диэлектрическая проницаемость, в общем, является коэффициентом показывающим, во сколько сила взаимодействия между двумя зарядами в вакууме больше чем в определенной среде.

    В случае с водой этот показатель необычайно высок и для статических электрических полей равняется 81.

    Теплоёмкость воды

    Теплоёмкость воды — вода обладает на удивление высокой теплоемкостью:

    Экологический словарь

    Научно-технический энциклопедический словарь

    УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ (обозначение с), тепло, необходимое для того, чтобы поднять температуру 1 кг вещества на 1К. Измеряется в Дж/К.кг (где Дж -ДЖОУЛЬ). Вещества с высокой удельной теплоемкостью, такие как вода, требуют большего количества энергии для поднятия температуры, чем вещества с низкой удельной теплоемкостью.

    Научно-технический энциклопедический словарь

    Теплопроводность воды

    Теплопроводность вещества подразумевает его способность проводить тепло от своих более горячих частей к более холодным.

    Передача тепла в воде происходит либо на молекулярном уровне, т. е. передаётся молекулами воды, либо благодаря движению / перемещению каких, либо объемов вод – турбулентная теплопроводность.

    Теплопроводность воды зависит от температуры и давления.

    Текучесть

    Под текучестью веществ понимают их способность менять свою форму под влиянием постоянного напряжения или постоянного давления.

    Текучесть жидкостей, так же определяется подвижностью их частиц, которые в состоянии покоя неспособны воспринимать касательные напряжения.

    Индуктивность

    Индуктивность определяет магнитные свойства замкнутых цепей электрического тока. Вода, за исключением некоторых случаев, электрический ток проводит, а следовательно и обладает определенной индуктивностью.

    Плотность воды

    Плотность воды — определяется отношением ее массы к объему при определенной температуре. Подробнее читайте в нашем материале — ЧТО ТАКОЕ ПЛОТНОСТЬ ВОДЫ → .

    Сжимаемость воды

    Сжимаемость воды – очень мала и зависит от солености воды и давления. Например у дистиллированной воды она равняется 0,0000490. В естественных природных условиях вода практически несжимаемая, но в промышленном производстве для технических целей воду сильно сжимают. Например, для резки твердых материалов, в том числе и таких как металлы.

    Электропроводность воды

    Электропроводность воды — во многом зависит от количества растворенных в них солей.

    Радиоактивность

    Радиоактивность воды – зависит от содержания в ней радона, эманации радия.

    Физико-химические свойства воды

    Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

    ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ — параметры, определяющие физико-химические особенности природных вод. К ним относятся показатели концентрации водородных ионов (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh).

    Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. — М.: Гостоптехиздат. Составитель: А. А. Маккавеев, редактор О. К. Ланге. 1961

    Растворимость

    Разные источники данное свойство классифицируют по разному — одни относят его к физическим, другие к химическим свойствам вещества. Поэтому на данном этапе мы отнесли его к физико-химическим свойствам воды, что и подтверждается одним из определений растворимости, приведённом ниже.

    Большой Энциклопедический словарь

    РАСТВОРИМОСТЬ — способность вещества в смеси с одним или несколькими другими веществами образовывать растворы. Мера растворимости вещества в данном растворителе — концентрация его насыщенного раствора при данных температуре и давлении. Растворимость газов зависит от температуры и давления, растворимость жидких и твердых тел практически от давления не зависит.

    Большой Энциклопедический словарь. 2000

    Справочник дорожных терминов

    Растворимость – свойство материала (веществ) образовывать однородные системы, имеющие одинаковый химический состав и физические свойства.

    Справочник дорожных терминов, М. 2005

    Общая химия

    Растворимость – свойство газообразных, жидких и твердых веществ переходить в растворенное состояние; выражается равновесным массовым отношением растворенного вещества и растворителя при данной температуре.

    Общая химия: учебник А. В. Жолнин; под ред. В. А. Попкова, А. В. Жолнина. 2012

    Физическая энциклопедия

    Кислотно-щелочное равновесие (pH воды)

    Кислотно-щелочной баланс воды определяется pH показателем, значение которого может изменяться от 0 до 14. Значение 7 — определяет кислотно-щелочной баланс воды как нейтральный, если меньше 7 — вода кислотная, более 7 — щелочная вода.

    Окислительно-восстановительный потенциал воды

    Окислительно-восстановительный потенциал воды (ОВП) — способность воды вступать в биохимические реакции.

    Химические свойства воды

    ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА – это свойства, которые проявляются в результате химических реакций.

    Взаимодействие воды с металлами

    При взаимодействии воды с большинством металлов происходит реакция с выделением водорода:

    • 2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (бурно);
    • 2K + 2H2O = H2 + 2KOH (бурно);
    • 3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании).

    Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.

    При взаимодействии воды с благородными металлами, такими как золото, платина …, реакция отсутствует.

    Взаимодействие воды с неметаллами

    Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:

    • C + H2O = H2 + CO (при сильном нагревании);
    • CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (при сильном нагревании).

    Взаимодействие воды с электрическим током

    При воздействии электрическим током вода разлагается на водород и кислород. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем.

    Взаимодействие воды с оксидами неметаллов

    Вода вступает в реакцию со многими оксидами неметаллов и некоторыми оксидами металлов. Это не окислительно-восстановительные реакции, а реакции соединения:

    • SO2 + H2O = H2SO3 (сернистая кислота);
    • SO3 + H2O = H2SO4 (серная кислота);
    • CO2 + H2O = H2CO3 (угольная кислота).

    Взаимодействие воды с оксидами металлов

    Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой.

    Примеры таких реакций мы уже встречали:

    CaO + H2O = Ca(OH)2 (гидроксид кальция (гашеная известь).

    Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Например: ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.

    Гидраты и кристаллогидраты

    Вода образует соединения, гидраты и кристаллогидраты, в которых полностью сохраняется молекула воды.

    • CuSO4 + 5 H2O = CuSO4.5H2O;
    • CuSO4 — вещество белого цвета (безводный сульфат меди);
    • CuSO4.5H2O — кристаллогидрат (медный купорос), синие кристаллы.

    Другие примеры образования гидратов:

    • H2SO4 + H2O = H2SO4.H2O (гидрат серной кислоты);
    • NaOH + H2O = NaOH.H2O (гидрат едкого натра).

    Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.

    Био-синтез

    Вода участвует в био-синтезе в результате, которого образуется кислород:

    6n CO2 + 5n H2O = (C6H10O5)n + 6n O2 (при действии света)

    Выводы

    Мы видим, что СВ разнообразны и охватывают практически все аспекты жизни на Земле. Как сформулировал один из ученых … изучать воду необходимо комплексно, а не в контексте отдельных ее проявлений.

    Читайте также: