II. Химия воды.

Вода частично диссоциирует на ионы водорода и гидроксида (Кд = 210^-16). Вода – амфотерное соединение, т. е. может быть как кислотой:

N₂H₄ + H₂O  N₂H₅⁺ + OH^-

так и основанием:

Н₂O + HCl  H₃O⁺ + Cl^-

Вода может быть как окислителем:

2Н₂О + Са = Са(ОН)₂ + Н₂,

так и восстановителем:

2Н₂О + 2F₂ = 4HF + O₂.

Вода является всеобщим, универсальным растворителем. Хорошо в воде растворяются многие полярные соединения и соединения, образующие с водой водородные связи (SO₂, NH₃, C₂H₅OH и др.). Растворы подчиняются законам Рауля и Вант-Гоффа, которые отражают коллигативные свойства растворов, т. е. зависящие не только от концентрации раствора, но и от количества частиц в нём.

III. Жесткость воды.

Благодаря свойству воды растворять соприкасающиеся с ней вещества, природные воды всегда содержат самые разнообразные примеси.

Ионы кальция и магния вызывают жесткость воды. Она выражается в ммоль/л или моль/м³.

Ж_общ = ([Ca²⁺] + [Mg²⁺])

Моль/м³ соответствует концентрации эквивалентов иона Са (), равному 20,04 г/м³ и ионов Мg (), равному 12,15 г/м³.

Отсюда:

20,04 г/м³ = 20,04 мг/л = 20,04 мг экв/л

12,15 г/м³ = 12,15 мг/л = 12,15 мг экв/л

Жесткость воды подразделяется на карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния. Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием солей сильных кислот – сульфатов и хлоридов кальция и магния. Жесткость воды устраняется физическими и химическими методами.

IV. Загрязнение гидросферы

Очень важно понятие метаморфизация химического состава природных вод, под которым понимается взаимодействие природной воды с веществом окружающей среды. В последние годы получило развитие учение о техногенной метаморфизации воды в связи с интенсивной деятельностью человека.

В настоящее время в воде присутствуют практически все элементы таблицы Д. И. Менделеева. Загрязнители природных вод подразделяются на органические и неорганические.

В питьевой воде контролируются лишь некоторые органические загрязнители. Прежде всего, определяют суммарное содержание органических веществ, о котором судят по величине БПК – биологической потребности в кислороде. БПК - это количество растворенного в воде кислорода, необходимого для разложения всех биоразложимых органических веществ в воде. БПК указывает на перегруженность воды органическими загрязнителями.

В результате техногенной деятельности человека природные воды загрязнены многими металлами, в том числе тяжелыми (М > 50 г/моль).

Токсичность вещества, прежде всего, зависит от его химического состояния. Например, наиболее опасны пары ртути, а не металлическая ртуть. Самыми опасными соединениями являются органические соединения ртути – ион метилртути (СН₃Нg)⁺ и диметилртуть (СН₃)₂Нg. Очень важно также то, что в природных условиях любое вещество может вступать в реакции, которые могут превратить его из относительно безвредного в смертельно опасное. Например, сравнительно безвредная металлическая ртуть, попадая в водные источники, может превратиться в СН₃Нg⁺ и (СН₃)₂Нg, особенно при условии, что в данный водоем сбрасывают сточные воды.

Вода, использованная на производственные или бытовые нужды и получившая загрязнение, называется сточной и подлежит очистке.

Методы отчистки зависят от вида загрязнения воды. Для очистки вод от ионов металлов (Сr, Cu, Sn, Hg и т. д.) используют электрохимические методы – восстановление их до металлов на катоде с высокоразвитой поверхностью, например:

Аg⁺ +  Ag.

Очистка сточных вод от органических примесей производится термоокислением и электроокислением. Термоокисление заключается либо в сжигании сточных вод совместно с топливом, либо в окислении примесей кислородом воздуха, озоном, хлором и другими окислителями.

При электроокислении сточные воды пропускают через электролизёр, в котором происходит электрохимическое окисление органических примесей на инертном аноде. Например:

С₆Н₅ОН + 7Н₂О - 16= 2СО₂ + (СНСООН)₂ + 16Н⁺

фенол малеиновая

кислота

Для очистки сточных вод широко используются методы экстракции, перегонки, адсорбции, осаждения, ионного обмена. Все более широкое применение находит биологический метод, заключающийся в удалении органических примесей с помощью микроорганизмов.