Вода и магнитное поле

Помимо температуры, давления, растворения различных веществ на свойства воды и растворов оказывают влияние электромагнитные поля искусственного и естественного происхождения. Под воздействием магнитного поля у воды меняется ее способность к растворению веществ, изменяется скорость проходящих в ней химических реакций.

В 1945 г. в Бельгии запатентован метод предохранения паровых котлов от накипи путем пропускания подаваемой воды через магнитное поле.

3.6. Химический состав природных вод

Распределение химических элементов в природных водах определяется типом природной системы (геохимической среды) и свойствами самих элементов и в целом подчиняется основным геохимическим закономерностям. С увеличением порядкового номера в таблице Менделеева наблюдается убывание концентрации элементов, а распространенность четных химических элементов, как правило, более высокая, чем соседних нечетных, что соответствует закону Оддо-Гаркинса.

Закон Оддо-Гаркинса: в природе (Галактике, Солнечной системе) более распространены элементы (изотопы) с четными номерами-количествами протонов (а также нейтронов) в ядре, чем с нечетными.

Химические вещества и элементы (химические параметры) в составе природных вод условно делят на шесть групп: 1) главные ионы (макрокомпоненты) – K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^- и CO₃^2-; 2) растворенные газы – кислород, азот, сероводород, диоксид углерода и др.; 3) биогенные вещества – соединения азота, фосфора, железа и кремния; 4) органические вещества – разнообразные органические соединения, относящиеся к органическим кислотам, эфирам, фенолам, гумусовым веществам, азотсодержащим соединениям (белки, аминокислоты, амины) и др.; 5) микроэлементы (микрокомпоненты) – все металлы, кроме главных ионов (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺), а также некоторые другие компоненты, содержащиеся в водах в небольших количествах (например, радиоактивные элементы); 6) загрязняющие вещества – нефтепродукты, фенолы, пестициды, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), детергенты и др.

Поскольку основное количество воды на Земле содержится в Мировом океане, средний состав природных вод – растворов – близок к составу океанической воды.

Средний состав природных вод

Ионы	Содержание, млн-1*
	в водах Мирового океана	в речной воде	в дождевой воде
Катионы:
Na+	10560	5,8	1,1
Mg2+	1270	3,4	0,36
Ca2+	400	20	0,97
K+	380	2,1	0,26
Анионы:
Cl-	18980	5,7	1,1
SO42-	2650	12	4,2
HCO3-	140	35	1,2
Br-	65	-	-
F-	1	-	-

* Для выражения концентрации примеси в растворах, как и для газов, используется понятие миллионной доли (млн^-1, или – в англоязычной транскрипции – ppm), однако в случае растворов речь идет о массовой доле. Так, 1 млн^-1 (мас.) означает содержание 1 г примеси в 1 т раствора. Уточнение «(мас.)» часто опускается.

Компонент	Содержание в морской воде
	млн-1	0/00	ммоль/л*
Катионы
Na+	10560	10,56	459,1
Mg2+	1270	1,27	52,3
Ca2+	400	0,40	10,0
K+	380	0,38	9,7
Анионы
Cl-	18980	18,98	534,6
SO42-	2650	2,65	27,6
HCO3-	140	0,14	2,3

Плотность морской воды принята равной 1 кг/л.

В океанической воде обнаружены практически все элементы, но содержание их весьма различно. На восемь элементов – кислород (85,7%), водород (10,8%), хлор (1,93%), натрий (1,03%), магний (0,13%), сера (0,09%), кальций (0,04%), калий (0,039%) –приходится 99,78% массы воды Мирового океана. Все остальные элементы в сумме составляют менее 1% от массы гидросферы.

Среди катионов, присутствующих в воде Мирового океана, преобладающими являются (в порядке убывания концентрации):

Na⁺ > Mg²⁺ > Ca²⁺ > K⁺  другие катионы

Из анионов в воде Мирового океана преобладают:

Cl^- > SO₄^2- > HCO₃^-> Br^-  другие анионы

Между элементами основного солевого состава океанской воды, между каждым из них и их суммой существует практическое постоянство соотношений концентраций. Окончательно его доказал У. Дитмар, выполнивший полный химический анализ (хлориды, сульфаты, кальций, магний, натрий) 77 проб воды, доставленных из всех океанов с различных глубин экспедицией на «Челленджер»: в воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны (закон Дитмара). Под влиянием испарения, атмосферных осадков, образования и таяния льдов изменяется лишь общее количество солей, содержащихся в морской воде, но их соотношения в пределах погрешностей определений практически не меняются. Таким образом, если известно точное отношение общего количества солей и концентраций всех основных компонентов в 1 кг воды к концентрации какого-либо одного ингредиента, то лишь по одному определению можно вычислить полный солевой состав океанской воды. В качестве такого «реперного» ингредиента избрана «хлорность», представляющая собой количество граммов ионов хлора, эквивалентное сумме галогенов (кроме фторидов, которые не осаждаются азотнокислым серебром), содержащихся в 1 кг морской воды (определение Серенсена). Постоянство состава океанской воды слегка нарушается под опресняющим влиянием материкового стока в приустьевых участках и во внутренних морях при затрудненном водообмене с океаном. В составе главных компонентов концентрации катионов кальция и магния, а также сумма концентраций анионов слабых кислот (HCO₃^-, CO₃^2-, H₂BO₃^-) подвержены более чем на 1 % отклонениям от постоянства соотношении в связи с извлечением карбоната кальция из воды в поверхностных слоях и растворением его на глубинах.

В речной воде среди катионов наиболее распространены:

Ca²⁺> Na⁺ > Mg²⁺ > K⁺ >> другие катионы,

а среди анионов

HCO₃^- > SO₄^2- >Cl^- >> другие анионы.

В распределении ионного состава речной воды на территории России наблюдается определенная закономерность. Имеется общая тенденция к увеличению минерализации воды на большей территории европейской части России с севера на юг и с запада на восток. Зональность ионного состава речных вод объясняется не только действием климатических условий настоящего времени, но и в значительной мере климатом прошлого. Степень выщелоченности почв и пород, наличие в них легкорастворимых солей или засоленность почв - это естественный результат многовекового воздействия соответствующих климатических условий. Нарушают зональность химического состава воды рек на территории России различия состава пород и условий их залегания.

Минерализация и химический состав воды озер в отличие от рек меняется в очень широких пределах. Реки с минерализацией воды свыше 100-200 мг/л, в каких бы условиях они ни находились, - очень редкое явление, в то время как минерализация воды озер бывает от очень низкой, в несколько десятков мг/л (т.е. мало отличающейся от дождевом) до очень высокой 3-3,5% (соляные озера с рассолом до предела насыщенного солями). Различие в минерализации отражается и на ионном составе воды озер. В нем наблюдаются закономерности, которые свойственны и химическому составу речной воды. С увеличением минерализации озерной воды происходит относительный рост ионов в ее составе в такой последовательности: HCO₃^-→SO₄^2-→Cl^-; Ca²⁺→Mg²⁺→Na⁺. При минерализации до 500-1000 мг/л в составе озерной воды преобладают гидрокарбонатные ионы, свыше 0,1% - чаще всего сульфатные, а по достижении 0,3-0,5% в зависимости от литологических особенностей водосборной площади - сульфатные или хлоридные воды. В составе катионов озерных вод преобладающая роль кальция сохраняется лишь до 0,1-0,2%. При дальнейшем росте минерализации эту роль начинают играть ионы натрия. Ионы магния, так же как и во всех других водах, сохраняют при всех минерализациях промежуточное положение. Причина подобного распределения ионного состава заключается в различной растворимости солей. Подавляющая часть пресных озер, так же как и рек, по составу вод гидрокарбонатно-кальциевые.