Химия гидросферы
Страница 1

Особенности гидросферы определяются особенностями воды: ее физические свойства обусловлены химическим строением.

Вода H2O на 99,73 % состоит из 1H216O, но в природе встречается еще дейтерий (стабилен) 2D и тритий (3T, –β), а если принять во внимание, что кроме 16O есть еще 17O и 18O, то в природе встречается девять разновидностей воды.

Жидкая вода имеет максимальную плотность при 4 °С (принята за единицу), а переход в твердое состояние, сопровождающийся изменением упаковки молекул, понижает плотность до 0,9. Это обстоятельство (лед плавает) и малая теплопроводность льда во многом способствуют стабилизации процессов в гидросфере.

height=144 src=

Рисунок 10.6

Большую часть Земли покрывает вода

Все свойства воды обусловлены наличием двух неподеленных электронных пар у атома кислорода, атомные орбитали которого гибридизированы по sp3-типу, и способностью атомов водорода соседних молекул образовывать с этими неподеленными электронными парами достаточно прочные водородные связи. В результате как жидкая, так и кристаллическая вода (лед) оказываются хорошо структурированными, хотя число локальных нарушений дальнего порядка при плавлении возрастает.

Экспериментально установлено, что протон в воде может быть только гидратированным. Гидратация не исчерпывается реакцией H+ + H2O = H3O+. Последовательно может присоединиться несколько молекул воды:

height=29 src=

   

Исходя из постоянства произведения ионов H+ и OH–, образующихся при диссоциации H2O = H+ + OH–, важнейшим критерием поддержания жизнеспособности условий в воде и почве является узкий интервал изменений водородного показателя (pH) в пределах 6–9. В природной воде прежде всего растворяются газы атмосферы: O2, N2 (рис. 10.7) и CO2.

height=315 src=

Рисунок 10.7

Растворимость N2 и O2 воздуха и чистых азота и кислорода при атмосферном давлении.

Хотя растворимость кислорода в два раза больше растворимости азота, но из-за большего парциального давления (78 %) в природной (дождевой) воде азота растворено в два раза больше, чем кислорода. Минерализация воды приводит к уменьшению растворимости воздуха. Так, при 0 °С растворимость кислорода (чистого) составляет 49 мл/л, а морской воде только 15 мл/л. Необходимое для окисления растворимых в воде веществ количество кислорода называется биохимической потребностью в кислороде (БПК).

Так, чистая вода, вытекающая из-под ледников, имеет БПК < 1 млн–1, пригодная для питья – < 5 млн–1, а канализационная – 100–500 млн–1.

Большую проблему создают попадающие в водоемы нитраты и фосфаты, поскольку они при неумелом использовании вызывают заболевание малопроточных водоемов и прудов.

Растворение CO2 в воде сопровождается химическим взаимодействием с установлением равновесия:

height=36 src=

   

K1 = 4,5 · 10–7, K2 = 5,6 · 10–11.

Обычные методы измерения констант диссоциации не позволяют отличить растворенный CO2 от H2CO3 в растворе. Так как равновесие устанавливается быстро, то за контанту равновесия этой реакции Kравн = [H2CO3] / [CO2]∙[H2O] обычно принимают первую константу диссоциации угольной кислоты (K1 = 4,5 · 10–7). Вместе с тем найдено, что H2CO3 / CO2 = 0,0037; это означает, что только 0,37 % растворенного CO2 находится в виде H2CO3. Если бы весь растворенный CO2 находился в виде H2CO3, то K1 = 1,8 · 10–4, что позволяет отнести H2CO3 к умеренно сильным кислотам. Практически из-за быстрого установления равновесия гидратации CO2 приходится пользоваться не действительной константой диссоциации K1 = 1,8 · 10–4, а кажущейся K1 = [H+]∙[H2CO3] / CO2 = 4,5 ∙ 10–7, относящейся к реакции CO2 ∙ H2O = H+ + HCO3–.

Страницы: 1 2 3

Смотрите также

Введение
С давних лет человечество мечтает о лекарстве, которое при действии на организм обладало бы максимальной избирательностью, благодаря чему эффективно устраняется причина болезни, но не возникают неж ...

Химический анализ электролита ванн хлорирования на машиностроительном заводе
...

Получение аллилового спирта гидролизом хлористого аллила
Непредельные спирты - это производные непредельных углеводородов, в молекулах которых водородный атом замещен на гидроксильную группу. Непредельные спирты сильно отличаются по свойствам от у ...