П.И. Гречин, И.М. Ломакин, Е.А. Ушанова, А.В. Арешин

Характеристика химического состава и оценка свойств подземных вод.

Методические указания для выполнения работы по анализу

химического состава подземных вод.

Москва, мсха

2003 г

CОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Часть 1.Общие сведения о химическом составе и свойствах воды

1.Свойства воды и особенности ее строения. 3

2.Основные компоненты и факторы формирования химического состава подземных вод. 6

3.Ионный состав воды и свойства воды, зависящие от ионного

состава …………………………………………………………………. 6

4.Аналитическая обработка данных ионного состава воды…………… 9

5. Графические способы изображения химического состава воды…….. 12

6. Характеристика и оценка свойств воды……………………………….. 15

7. Пригодность воды для практического использования …………..…... 15

Часть II. Выполнение лабораторной работы по обработке данных химического анализа и оценке свойств

ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

У.1. Пересчитать данные химического анализа воды из ионной (мг\л) в

эквивалентную (мг-экв/л) и процент-эквивалентную (%-экв) форму….17

У.2. Составить формулу Курлова и дать характеристику воды по

классификации Алекина ……………………………………………… 19

У.3. Изобразить результаты химического анализа воды в виде диаграммы, на графиках-треугольниках и на графике–квадрате Толстихина . 21

У.4. Дать оценку некоторых свойств воды – общей минерализации,

жесткости, кислотности…….……………………………………….. 28

У.5. Определить пригодность воды для хозяйственно-питьевого

водоснабжения………………………………………………………… 31

Часть 1. Общие сведения о химическом составе и

СВОЙСТВАХ ВОДЫ.

1. Свойства воды и особенности ее строения

Вода важнейшее вещество биосферы, без которого невозможна жизнь. Многие свойства воды уникальны (таблица 1) и не воспринимаются как необычные только из-за ее повсеместного распространения.

Эти аномалии воды объясняют структурой ее молекулы, в которой два атома водорода и атом кислорода образуют треугольник с углом при вершине (у атомакислорода) – 105⁰(рис.1А). Хотя молекула в целом нейтральна, отрицательный суммарный заряд сосредоточен на одной стороне, а общий положительный заряд – на другой. Именно полярность молекулы воды в конечном итоге и обуславливает ее уникальные свойства. Притяжение атома водорода одной молекулы воды к отрицательно заряженной стороне другой молекулы создает водородную связь и обуславливает возможность образования полимеров и полиморфных превращений жидкой воды. Однако единой модели, которая могла бы описать все известные свойства воды и водных растворов при различных условиях, до сих пор еще не создано.

Рис.1. Строение молекулы воды (А) и возможные варианты группировок молекул в структуре жидкой воды (Б).

Всем известная формула воды (Н₂0) соответствует молекулярному весу водяного пара. В жидком состоянии вода вместе с простыми молекулами содержит и более сложные образования, соответствующие формуле (Н₂О)_nНередко воду представляют как смесь дискретных структурных группировок молекул воды (кластеров), отличающихся друг от друга состоянием водородных связей (рис. 1Б).

Экспериментальные данные свидетельствуют, что после обработки воды в автоклавах при температуре 300-400⁰С и давлениях около 100 Мпа усиливается растворяющая способность воды по отношению ко многим минералам, уменьшается рН, изменяется электропроводность. Такое состояние воды называютактивированным. Строение кластеров воды изменяется и под действием других внешних условий: например, магнитных и электромагнитных полей. При этом «наведенные» свойства сохраняются некоторое время после снятия внешнего воздействия.

Таблица 1.

Некоторые аномальные свойства воды и их биологическое значение.

Свойства воды	Сравнение со свойствами других веществ.	Влияние на физико-биологическую характеристику среды.
Теплоемкость	Самая высокая для всех твердых и жидких веществ, кроме жидкого NH3.	Препятствует чрезмерным перепадам температуры Очень велик перенос тепла при движении воды. Поддержание одинаковой температуры тела.
Теплота плавления	Самая высокая, кроме NH3	Эффект термостатирования в точке замерзания за счет поглощения или выделения теплоты.
Теплота испарения	Самая высокая	Чрезмерно важна в процессах теплопереноса и в кругообороте воды в атмосфере
Тепловое расширение	Температура, соот- ветствующая максимальной плотности (40С для чистой воды), при увеличении солености уменьшается.	Пресная и разбавленная морская вода имеет максимальную плотность при температурах выше точки замерзания. Это важно в вертикальной циркуляции воды в водоемах.
Поверхностное натяжение	Наиболее высокое по сравнению с другими жидкостями	Важно для физиологии клетки. Регулирует некоторые поверхностные эффекты, образование капель и их свойства.
Растворяющая способность	Растворяет больше веществ, чем любая жидкость и в большей степени.	Влияет на физические и биологические явления.
Диэлектричес-кая проницаемость	Максимальная по сравнению со всеми жидкостями.	Способствует сильной диссоциации растворенных неорганических веществ.
Электролити-ческая диссоциация	Очень мала	Нейтральное вещество, однако, содержит ионы Н+и ОН-
Прозрачность	Относительно велика	В ИК и УФ областях спектра велико поглощение энергии излучения. В видимой области мало селективное поглощение, отсюда «бесцветность» воды.

Изменения квазикристаллической структуры воды оказывает значительное влияние на её биохимические свойства.

Омагниченную воду широко применяют при подготовке посадочного материала в сельском хозяйстве Вода, обладающая признаками активированности, обнаружена во многих термальных источниках. С этим, возможно, связаны целебные свойства, по крайней мере, некоторых типов минеральных вод.

Природная вода состоит из трех стабильных изотопов кислорода и двух стабильных изотопов водорода. Из 9 изотопных молекул абсолютно преобладает «нормальная (обычная) вода» H₂¹⁶O(99.73% молекулярной концентрации). Особое внимание привлекает тяжелая вода –HD¹⁶O(0.03%) иD₂¹⁶O(2,3·10^-6%). В ней не прорастают семена, она смертельна для водных организмов и вообще не поддерживает биохимические процессы. Тяжелая вода имеет плотность 1,1 г/см³(максимальную при температуре +11,6⁰С); температура ее кипения – 101,4⁰С, а плавления льда – 3,8⁰С. По вязкости, поверхностному натяжения и другим признакам она также сильно отличается от простой воды.

Определение химического состава воды никаких трудностей не представляет, это простейшее химическое соединение двух объемов водорода с одним объемом кислорода – по весу она состоит из 11,11% водорода и 88,89% кислорода. Поэтому, когда говорят о химическом составе воды, то имеют в виду вовсе не соотношение химических элементов, входящих в ее формулу, а содержание посторонних для этой жидкости веществ, в том числе находящихся в растворенном состоянии.