6. Понятие о системах фазах и компонентах.

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ВОДЫ.

Системой называют тело, группу тел или веществ, находящихся во взаимодействии и мысленно обособленных от окружающей среды.

Гомоленные системы - однородные системы внутри которых нет поверхностей раздела. (*водные растворы твердых, жидких и газообразных веществ).

Гетерогенные системы – неоднор. сист., состоящие из неск. фаз имеющие поверхность раздела.

Фаза – совокупность гомогенных частей, гетерогенной системы, одинаковых по составу, по хим. и физическим свойствам и ограниченных от других частей системы поверхностью раздела.

Компонент - каждое содержащееся в системе химически однородное вещество, которое после выделения из системы может существовать в изолированном виде.

Устойчивость гетерогенных систем определяется фазовыми и химическими равновесиями. При фазовых равновесиях переход компонентов из одной фазы из одной фазы в другую не сопровождается химическим взаимодействием. Число термодинамических степеней свободы системы при равновесии определяется числом условий которые можно изменять в определенных пределах не нарушая при этом числа и видов фаз системы. Для физических равновесий такими условиями являются концентрация, температура и давление. Равновесие в таких системах подчиняется правилу фаз Гиббса.

С=К+2-Ф С не может быть <0 (!!!)

С – число степеней свободы; К – количество компонентов; Ф- количество фаз.

При этом допускается, что на систему оказывает влияние только температура и давление число термодинамических степеней свободы определяет вариантность системы. Если С = 0, то система инвариантна. С=1, то 1 степень свободы, 1 вариантная и т.д.

Для однокомпонентной системы при независимых переменных температуры и давлении число степеней свободы будет определяться как С=3-Ф. Наибольшее число контактирующих фаз в однокомпонентной системе равно 3 (вода: ж, пар, лед).

Диаграмма состояния воды.

Н а этой диаграмме кривая

ОА определяет устойчивость системы ж-пар;

ОВ - устойчивость системы лед – пар;

ОС - выражает изменение температуры плавления льда в зависимости от внешнего давления.

Очень незначительное влияние связано с тем, что при увеличении давления разрушается кристаллическая решетка льда, и температура плавления несколько снижается.

Кривыми ОА, ОС и ОВ диаграмма разделяется на 3 части, которые характеризуют присутствие лишь одной фазы (жидкость, пар или лед).

Все линии пересекаются в точке О, которая называется тройной. Этой точке отвечает температура 0,007⁰С и давление 613 Па или 4,6 мм.рт.ст. При таких условиях, находятся в равновесии все три фазы (жидкость, пар и лед), в этой точке система инвариантна.

7. Классификация природных вод.

Классификация (I) по минерализации, (II) по химическому составу.

(I) По минерализации:

Минерализация воды - суммарное соединение в воде всех найденных при химическом анализе минеральных веществ.

Границу пресных вод характеризует значение минерализации 1000мг\л.

Классификация Вернандского В.И.: 4 группы природных вод:

1. Пресные воды – содержащие солей до 1г в литре

2. Солоноватые воды – 1-10 г\л

3. Соленые воды – 10- 50 г\л

4. Рассолы – > 50г\л

(II) По химическому составу:

Чаще всего применяют классификацию сочетающую принцип деления химического состава по преобладающим ионами по количественному соотношению между ионами наибольшим относительно содержанием в % в перерасчете на эквиваленты.

По преобладающему аниону природные воды делятся на 3 класса:

1. Гидрокарбанатные и карбонатные воды. Большая часть маломинерализованных вод рек, озер , водохранилищ и некоторые подземные воды.

2. Сульфатные воды. Они являются промежуточными. Генетически связаны с различными осадочными породами.

3. Хлоридные воды. Прежде всего высоко минерализованные воды океанов, морей, соленых озер, а также подземные воды закрытых структур.

По преобладающему катиону каждый класс делится на 3 группы: группа Сa, Мg и Na.

Каждая группа в свою очередь делится на 4 вида вод.

Эти типы определяются соотношением между содержанием иона в пересчете на эквиваленты.

(1 тип ) HCO₃^- > Ca²⁺ + Mg²⁺

Этот первый тип формируется при взаимодействии природных вод с так называемыми и изверженными породами, которые содержат большие количества ионов Na⁺ и K⁺. В отдельных случаях воды 1-ого типа могут образовываться в результате обмена ионов Ca⁺ ион Na⁺, которые содержатся либо в почвах, либо в породах, например, в щелочных типах.

(2 тип) HCO₃^- < Ca²⁺ + Mg²⁺ < HCO₃^- + SO₄^2-

Этот тип природных вод формируется при взаимодействии с различными осадочными породами и продуктами выветриванием коренных пород. Сюда относятся большинство рек и озер, подземные воды талой и умеренной минерализации .

(3 тип.) Ca²⁺ + Mg²⁺ > HCO₃^- + SO₄^2- или CI^- > Na⁺

Третий тип образуется в результате испарения воды и катионного обмена. Обычно ион Na⁺ из раствора обменивается на ноль Ca²⁺ и Mg²⁺ почв и пород. К этому 3 типу относят воды океанов, морей, многих соленых озер и большинство сильноминерализованных подземных вод.

(4 тип.) HCO₃^- = 0

Характеризуется отсутствием гидрокарбанатов .Формируется выветривании и разработке сульфидных месторождений , а также богатых угольным залежью, при вулканической деятельности относят иода кратерные озера , горячие источники , формируются при активных сульфат редуцирующих процессах .Воды Нефтяных месторождений и вулканов. Воды северных влажных областей – это воды Тундры и воды Торфяника. Возможность существующих природных вод другого класса – нитратный, боратный не исключена, но маловероятно. Более реально преобладание в водах кремневой кислоты. Но эта кислота почти полностью не диссоциированна и не уравновешивает катионы. Не выделяют в отдельный класс природные воды с преобладанием органического вещества, так как организм обладает сложным составом.