Основные свойства воды. Газы природных вод

Чистая природная вода - жидкость без запаха, вкуса и цвета. По сравнению с другими химическими соединениями вода обнаруживает необычные отклонения по ряду физических свойств – плотности, удельной теплоемкости, вязкости и др.

При нагревании воды происходит разрыв водородных связей и уменьшается степень ассоциации молекул воды. Большое значение имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью – 4,18 ДЖ/(г*К). Высокая теплоемкость воды есть следствие расхода части теплоты на разрыв водородных связей. В природных условиях вода медленно остывает и медленно нагревается, являясь регулятором температуры на Земле.

Температура кипения воды находится в прямой зависимости от давления – чем оно выше, тем выше температура кипения.

Вязкость (способность жидкости оказывать сопротивление различным формам движения) воды закономерно изменяется в зависимости от температуры: уменьшается с ее возрастанием. С повышением концентрации растворенных в воде солей вязкость воды увеличивается. В тоже время действие давления на вязкость воды довольно специфично: с понижением температуры при умеренном давлении вязкость снижается.

Поверхностное натяжение воды с увеличением температуры уменьшается. Такое поверхностное натяжение обеспечивает подъем уровня воды в капиллярной трубке диаметром 0,1 мм на 15 см при t=18 ^оС. При добавлении солей поверхностное натяжение воды возрастает, но незначительно.

Вследствие асимметрического строения молекула воды обладает резко выраженным дипольным характером, т.е. в молекуле не совпадают центры тяжести положительных и отрицательных зарядов. Дипольный характер молекул воды способствует образованию так называемых продуктов присоединения: к молекулам воды присоединяются молекулы веществ ионного строения или же не ионного, но с выраженным дипольным характером.

Относительная диэлектрическая постоянная воды равна 80 – это очень высокая величина, чем и объясняется такая большая ионизирующая сила воды.

Оптические свойства воды оцениваются по ее прозрачности, которая в свою очередь зависит от длины волны луча, проходящего через воду.

Вода - термически устойчивое вещество. Она выдерживает нагревание до температуры 1000^оС и лишь при температуре выше 1000^оС частично разлагается на водород и кислород. Термическое разложение (диссоциация) воды протекает с поглощением теплоты, а согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем больше степень диссоциации.

Вода – весьма реакционно способное вещество. Она реагирует с оксидами многих металлов (Na₂O, CaO и др.) и неметаллов (Cl₂O, CO₂ и др.), образуя кристаллогидраты с некоторыми солями [Al₂(SO₄)₃*18H₂O], вступает во взаимодействие с активными металлами (Na,K и др).

Вода - катализатор многих химических реакций, и иногда для прохождения реакции необходимо хотя бы ее следы.

Обладая дипольным характером, вода является растворителем. Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов. Наиболее распространенными являются жидкие растворы, когда одним из компонентов системы является жидкость, а из всех жидких растворов первостепенное значение имеют водные растворы. Энергия образования молекул воды высока, она составляет 242кДж/моль. Этим объясняется устойчивость воды в природных условиях. Устойчивость в сочетании с электрическими характеристиками и молекулярным строением делают воду практически универсальным растворителем для многих веществ.

Химически чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но все же обладает некоторой электропроводностью, так как она способна в очень незначительной степени диссоциировать на ионы водорода и гидоксил-ионы: Н₂О Û Н⁺ + ОН^-

Среди аномальных свойств воды, играющих важную роль в поддержании жизни на нашей

Во всех природных водах растворены газы, некоторые воды содержат и свободный газ, образующий пузырьки. Содержание газов в водах, как правило, невелико, однако их геохимическая роль не пропорциональна массе – огромное значение имеет высокая химическая активность и миграционная способность газов.

Происхождение газов в водах связано с различными причинами. По происхождению газы могут быть воздушного, биохимического. химического и радиоактивного происхождения. А.И. Перельман выделил три основные группы процессов, генерирующих газы: физико-химические, биогенные и теногенные.

По газовому составу В.И.Вернадский выделил кислородные, углекислые, азотные, метановые, сероводородные и водородные воды. Идеи В.И.Вернадского получили дальнейшее развитие у А.М. Овчинникова, который все воды разделил на три типа:

1. воды с газами окислительной обстановки (N₂, O₂, CO₂ и др.);

2. воды с газами восстановительной обстановки (CH4, H2S, N₂ CO₂ и др.);

3. воды с газами метаморфической обстановки (CO₂ и др.)

Далее классификация строится по соотношению катионов (Na⁺, K⁺, Ca²⁺,Mg²⁺) и анионов (SO₄ ^2-, HCO₃ ^-, Cl^-).

Геохимическая роль газов зависит от кларка и химической активности элементов. Активные элементы с высокими кларками образуют ведущие газы, к которым относятся свободный кислород, сероводород, углекислый газ, водород. Растворяясь в воде, они определяют условия миграции многих элементов. Поэтому состав растворенных ведущих газов положен в основу классификации и наименования важнейших типов природных вод.

С учетом вышеизложенного предложена следующая классификация газов (выделены ведущие газы)

 

Газы природных вод

Органические газы – углеводороды и их производные (CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C2H4, сложные летучие соединения, выделяемые микроорганизмами, растениями, животными.

Пассивные газы (инертные) – Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn

Активные газы

Неорганические газы