ODNOWA WODY WYKŁAD 1. Zarys wiadomoci o wodzie: 1. Elementy hydrologii 2. Właciwoci chemiczne 3. Właciwoci fizyczne

Transkrypt

1 ODNOWA WODY WYKŁAD 1 Zarys wiadomoci o wodzie: 1. Elementy hydrologii 2. Właciwoci chemiczne 3. Właciwoci fizyczne

2 Obieg wody w przyrodzie

3 1. Elementy hydrologii Hydrosfera Obiegi wody w przyrodzie Znaczenie wody w przyrodzie

4 Bilans wodny globu ziemskiego Obieg wody w hydrosferze P= km 3 E= km 3 Faza oceaniczna P= E= Faza kontynentalna P= E= 72000

5

6

7 One estimate of global water distribution: Water source Water volume, in cubic miles Water volume, in cubic kilometers Percent of freshwater Percent of total water Oceans, Seas, & Bays 321,000,000 1,338,000, Ice caps, Glaciers, & Permanent Snow 5,773,000 24,064, Groundwater 5,614,000 23,400, Fresh 2,526,000 10,530, Saline 3,088,000 12,870, Soil Moisture 3,959 16, Ground Ice & Permafrost 71, , Lakes 42, , Fresh 21,830 91, Saline 20,490 85, Atmosphere 3,095 12, Swamp Water 2,752 11, Rivers 509 2, Biological Water 269 1, Total 332,500,000 1,386,000,

8

9 ROZMIESZCZENIE WODY NA ZIEMI Rodzaj wody Objto(km 3 ) morska jezior słodkowodnych jezior słonowodnych rzeczna podziemna lodowce para wodna

10 Pochodzenie wody

11

12 OBŁOK MIDZYGWIEZDNY Gsto 10 5 at/m 3 Skład H 2 He C,O 2,N 2 inne 73 % 25 % 1 % 1 % Inne Fe Al x Si y O 2 H n (Fe,Mg) 50 % 50 %

13

14 Powstawanie atmosfery i oceanów Promieniowanie jonizujce Słoca II prdkokosmiczna- 11,4 km/s -dla rozproszenia gazów prd.uciecz wynosi ok.3km/s -w temp C nast. utrata gazów o m.mol<40 Atmosfera ziemska utworzyła si wtórnie -z czego? -z odgazowania materiału magmowego w płaszczu! - chondryty - 0,5% H2O - skorupa ziemska g - woda w skorupie ziemskiej g - woda w hydrosferze 1, g - wystarczajca ilowody

15 2. Chemia wody 2.1. Budowa czsteczki wody

16

17 H 2 O 1 1 H 1s 1 H O 16 8 O 1s 2 2s 2 2p 2 p Z Y p 1 Z H Teorie - VB (LONDON, PAULING ) - MO (HUND, MILLIKEN )

18

19

20

21

22 G = H - ΤDS

23

24 1s 2 2s 2 2px 2 py 1 pz 1. H : :. H

25 HYBRYDYZACJA sp 3 H O l = 0,096 nm H O α = α H

26 ELEKTROUJEMNO (E) E tlenu = 3,5 E wodoru = 2,1 = 1,4 H O wizanie atomowe ~40% charakt. jonowy

27 2.2. Wizania wodorowe H F H F H F H F liniowe H O H H O H O H O H przestrzenne H H H O H

28 Boiling Points (ºC) of Selected Elements and Compounds Increasing Size Atomic Ar (40) -186 Kr (83) -153 Xe (131) -109 Molecular CH 4 (16) -161 (CH 3 ) 4 C (72) 9.5 (CH 3 ) 4 Si (88) 27 CCl 4 (154) 77 Molecular Shape Spherical: (CH 3 ) 4 C (72) 9.5 (CH 3 ) 2 CCl 2 (113) 69 (CH 3 ) 3 CC(CH 3 ) 3 (114) 106 Linear: CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 (72) 36 Cl(CH 2 ) 3 Cl (113) 121 CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 (114) 126 Molecular Polarity Non-polar: H 2 C=CH 2 (28) 104 F 2 (38) -188 CH 3 CCCH 3 (54) -32 CF 4 (88) -130 Polar: H 2 C=O (30) -21 CH 3 CH=O (44) 20 (CH 3 ) 3 N (59) 3.5 (CH 3 ) 2 C=O (58) 56 HCN (27) 26 CH 3 CN (41) 82 (CH 2 ) 3 O (58) 50 CH 3 NO 2 (61) 101

29

30 Właciwoci fizyczne i chemiczne wody T t T w 100 H2O Temperatura topnienia i wrzenia wodorków pierwias. VI gr. układu okresowego w zalenoci od masy czsteczkowej 0 H2Te H2Se H2S H 2 O H 2 S H 2 Se H 2 Te M. czsteczkowa (M. molowa)

31 Zalenostruktury i gstoci wody od temperatury

32

33

34

35

36 Fizyczne właciwoci wody Temper. Masa Cinienie Lepko Napicie właciwa czstkowe p.n. dynamiczna powierzchn. C kg m -3 N m N sm N m ,87 999,99 999,73 999,13 998,23 997,07 994,06 988,07 974,89 958,38 0,6107 0,8721 1,2277 1,7049 2,3378 3,1676 5, , , ,3250 1,787 1,519 1,307 1,139 1,002 0,890 0,719 0,547 0,378 0,282 75,64 74,92 74,22 73,49 72,75 71,97 70,37 67,91 63,50 58,90

37 ROZTWORY

38 2.3. Substancje rozpuszczone formy substancje rozpuszczalno formy rozpuszcz. NaCl + jony AgCl jony C 6 H 12 O 6 + czsteczki CH 3 COOH jony

39 2.3. Substancje rozpuszczone (c.d.) stenia rodzaj jednostka masa / objto kg/m 3 (kg m -3 ), mg/l masa / masa mg/kg, ppm, ppb molarno mol/dm 3 (M) normalno równowanik/dm 3 (N)

40 2.3. Substancje rozpuszczone (c.d.) stenia rodzaj jednostka masa / objto kg/m 3 (kg m -3 ), mg/l masa / masa mg/kg, ppm, ppb molarno mol/dm 3 (M) normalno równowanik/dm 3 (N) ładunek jonów przeliczanie jednostek i ste

41 3.4. Masa właciwa (gstog) zalenood temperatury g (g/cm 3 ) T ( C) masa właciwa roztworów rzeczywistych g r = 0,75 S g - m.w. roztworów (kg/m 3 ) S - stenie wagowe soli (kg/m3) g - przyrost g

42 3.4. Masa właciwa (gstog) (c.d.) masa właciwa roztworów z zawiesin (g z ) g z = m v = p 100 m g s m p m g g - m.w. wody p - stenie zawiesiny (%) g s - m.w. zawiesiny po wysuszeniu g z = 1- p 100 g 1-1 S g S g = g g s

43 2.4. Materia organiczna ChZT Cr RWO (CWO) ChZT Mn BZT 5

44 2.5. Reakcje chemiczne nieodwracalne A + nb ABn [ A] d dt = k k = f = [ A] a [ b] b ( ) -( Ea/RT) t A e

45 2.5. Reakcje chemiczne (c.d.) odwracalne (ogólne) aa + bb cc = dd v s = k 1 [A] a [B] b v p = k 2 [C] c [D] d v s = v [ ] c [ ] d p k1 C D = K = k [ A] a [ B] b 2

46 2.5. Reakcje chemiczne (c.d.) odwracalne (rozpuszczanie) A a B b(s) aa b+ + bb a- K = [ ] [ ] b+ a a- A B [ A a B b ] s b K IR = [ ] [ ] b+ a a- A B b zwykle lg IR Fe(OH) 3 Fe OH - Al(OH) 3 Al OH - Ca(OH) 2 Ca OH - CaO 3 Ca 2+ + CO 2-3 lg IR

47 2.5. Reakcje chemiczne (c.d.) odwracalne (dysocjacja czsteczki wody) H 2 O H + - OH - K = [ H ][ OH ] + - H 2 O K[H 2 O] = IJ = [H + ] [OH - ] = [OH - ] = [H + ] = lg[h + ] = ph = 7

48 3. Fizyka wody 3.1. Lepko(opór przy przepływie) ruch laminarny = v = dv dy ruch burzliwy = dv dy τ - siła cinajca (N m -2 ) µ - lepkodynamiczna (Nsm -2 ) ρ - gsto v - lepkokinematyczna (m 2 s -1 ) ε - lepkoturbulentna ε» µ

49 3.3. Cinienie czstkowe pary (p ) H 2 O H 2 O (g) H 2 O (c)

50 gaz = CO2, N2, O2, Ar, CH4, DDT, PCB`s... p (gaz) c (woda) c p = const

51 3.5. Rozpuszczalnogazów c g = H p (mol/dm 3 ) p - cinienie czstkowe w atmosferze c g - stenie gazu w wodzie H - stała proporcjonal. (Henryego) c g = B p (mg/dm 3 ) B - stała proporcjonal. (Bunsena)

52 Rozpuszczalnogazów A (g) A (aq) K = [A (aq) ] / [A (g) ] A A A ( aq) ( g) ( aq) = = = K K RT K A P P ( aq) H A A A ( ) g = PA RT K H - stała Henry ego A (aq) - [mol/litr]

53 Zawartogazu w wodzie morskiej jednostki cm 3 /dm 3 mg/dm 3 ml/l

54 Współczynnik rozpuszczalnoci Bunsena α A mol l ml mol ml = SW l SW A (aq) = K H P A [mol/l] = K H P A [ml/l] α A

55 3.2. Napicia powierzchniowe (na granicy faz) N m m 2 N m podsik kapilarny

56 WODA w PRZYRODZIE

57 3. Rozmiary dodatków do wody S. nieorg. Makroczst. Koloidy Zawiesiny Wirusy Bakterie Glony Pierwotniaki Oko Mikroskop opt. Mikroskop elek. φ (µm) Filtracja Filt. membr u-filtr n-filtr Osmoza

58 1. ZUYCIE WODY W POLSCE (km 3 /rok) Przemysł 11.5 Rolnictwo 3.0 Ludno 2.5

59 2. RÓDŁ A WODY Ujcia wody powierzchniowej: 70 % Ujcia wody wgłbnej: 30%

60 Woda H 2 O

61 Woda w przyrodzie zawiesiny mikrofauna zw. organiczne wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno Woda w przyrodzie

62 filtracja (powolna) cedzenie sedymentacja dezynfekcja napowietrzanie wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan mikrofauna CH 4 ; H 2 S zawiesiny H 2 O twardo metale zw. organiczne sedymentacja filtracja (szybka) CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno koagulacja wizanie chemiczne sorpcja utlenianie

63 cieki wirusy bakterie elazo, metale mikrofauna CH 4 ; H 2 S zawiesiny H 2 O twardo INNE N, P zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno Metody -chemiczne -biologiczne cieki

64 1. Obieg Wody 2. Pochodzenie Wody 3. Budowa czsteczki. Własciwoci chemiczne 4. Własciwoci Fizyczne 5. Roztwory, Własciwoci. Prawa 6. Woda w przyrodzie