Группа компаний Семиречье- бурение скважин на воду, бурение артезианских скважин, водоснабжение, проектирование водозаборов   Перейти на главную страницу сайта Компании Семиречье Контакты компании Семиречье Карта сайта компании Семиречье Заявка на бурение артезианских скважин
    Телефоны группы компаний Семиречье

Вода

 

Природные воды. Качество, свойства воды

 
 

 

Вода самое аномальное вещество природы. Это расхожее выражение связано с тем, что свойства воды во многом не соответствуют физическим законам, которым подчиняются другие вещества.

 

Химически чистая вода

Прежде всего необходимо напомнить: когда мы говорим о природной воде, все суждения должны быть отнесены не к воде как таковой, а к водным растворам разных, фактически всех, элементов Земли. До сих пор получить химически чистую воду не удалось. Например, в одном из опытов немецкий химик В.Ф. Кольрауш подвергал воду 42 циклам дистилляции подряд, причем вода находилась в сосуде, с которым ученый работал до этого опыта в течение 10 лет. Следовательно, можно было предположить, что из стенок сосуда в выпариваемую воду ничего не перейдет. Степень чистоты воды, полученной в опыте Кольрауша и определенной по электропроводимости, оказалась в 100 раз больше, чем у монодистиллированной (один цикл дистилляции) воды. Но все-таки эту воду нельзя назвать абсолютно чистой: в дистиллированной воде сразу же растворяются газы земной атмосферы и, вероятно, всетаки частицы стенок сосуда. В воде есть и «собственные» примеси: при обычной температуре из каждого миллиарда молекул воды образуется два иона – Н+ и ОН-. Ион Н+ немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония Н3О+.

 

Строение молекул и ассоциатов природной воды

Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр (рис. 1.1, 1.2). В действительности одиночные молекулы воды при нормальных температуре и давлении не существуют. Есть несколько гипотез, описывающих строение и свойства ассоциатов воды. Однако единое понимание пока не достигнуто.

 

Молекула воды, свойства воды, строение воды

 

 

 

 

Рис 1.1. Тетраэдр (модель):
а – вид на молекулу воды со стороны атомов водорода; б – вид на молекулу воды со стороны атома кислорода; в – заряды (электроны, расположенные в молекуле воды в виде тетраэдра)

 

Строение воды, свойства воды, качество воды

 

 

 

Рис. 1.2. Схема процесса образования из одного атома кислорода и двух атомов водорода (а) молекулы воды(б); в – молекула воды и ее размеры

 

Существует и вполне обоснованное мнение о том, что в воде, кроме ионов Н+, Н3О+ и ОН- (отвлекаясь от инородных примесей), содержатся и другие ионы: Н9О4+ и Н7О4-. По этой гипотезе в воде идет реакция:

Формула воды

Не лишено основания предположение ряда ученых-физиков: из-за асимметричного расположения электрических зарядов в молекуле воды все молекулы связаны друг с другом – каждый из ионов водорода одной молекулы притягивает к себе электроны атомов кислорода в соседних молекулах. И можно сказать: все молекулы воды связаны в одну пространственную сетку, то есть океан – одна гигантская молекула. Но составные части этой макромолекулы находятся в постоянных изменениях в зависимости от внешних условий (температуры и др.).

 

Состав природной воды. Изотопы.

Вследствие существования изотопов водорода и кислорода молекулярная масса воды может отличаться от 18. В природной воде найдены три изотопа водорода и три изотопа кислорода. Искусственно созданы два изотопа водорода и пять изотопов кислорода. Теоретически сегодня можно говорить о 135 различных видах воды. Но только девять из них устойчивые. Соотношение этих стабильных изотопов в природной воде, % мол.:Формула воды

 

Физические свойства воды

Полярная асимметричная структура воды и разнообразие ее ассоциатов обусловливают удивительные аномальные физические свойства воды. Вода достигает наибольшей плотности при плюсовой температуре, у нее аномально высокие теплота испарения и теплота плавления, удельная теплоемкость, температура кипения и замерзания. Например, можно сравнить воду с аналогичными водородными соединениями подгруппы кислорода периодической системы элементов Д.И. Менделеева (табл. 1.1).

 

Таблица 1.1
Зависимость температур замерзания и кипения некоторых соединений водорода от молекулярной массыТаблица Менделеева

Исходя из температур кипения и замерзания гидридов серы H2S, селена H2Se и теллура H2Te, вода (гидрид кислорода) должна была бы кипеть при температуре минус 80°С и замерзать при минус 100°С. В действительности вода кипит при +100°С и замерзает при 0°С. Наибольшая плотность воды при температуре +4°С обеспечивает жизнь в воде зимой. Плотность чистой воды, свободной от воздуха, при атмосферном давлении 0,1 МПа равна 1,00000 г/мл.  При любых других температурах плотность меньше. 15

Большая удельная теплоемкость 4,1855 Дж/(г ·°С) при 15°С – способствует регулированию температуры на Земле из-за медленного нагревания и остывания масс воды. У ртути, к примеру, удельная теплоемкость при 20°С – только 0,1394 Дж/(г ·°С). Вообще теплоемкость воды более чем вдвое превышает теплоемкость любого другого химического соединения. Этим можно объяснить выбор воды в качестве рабочего тела в энергетике.

Аномальное свойство водырасширение объема на 10% при замерзании обеспечивает плавание льда, то есть опять сохраняет жизнь подо льдом. Еще одно чрезвычайно важное свойство воды – исключительно большое поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды испытывают действие межмолекулярного притяжения с одной стороны. Так как у воды силы межмолекулярного взаимодействия аномально велики, то каждая «плавающая» на поверхности воды молекула как бы втягивается внутрь слоя воды. У воды поверхностное натяжение равно 72 мН/м при 25°С. В частности, этим свойством объясняется шаровая форма воды в условиях невесомости, поднятие воды в почве и в капиллярных сосудах деревьев, растений и т.д. Для сравнения: у этилового спирта при этой же температуре поверхностное натяжение в 3,5 раза меньше.