Реферат по химии

РЕФЕРАТ

ПО ХИМИИ

«ВОДА В ПРИРОДЕ И В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА»

Содержание

Введение……………………………………………………………..……………3

1. Вода в природе……………………………..…………………………………..5

2. Физические свойства воды………………….………………………………...8

2.1. Чистая вода……….……………………….………………………………..8

2.2. Плотность………………………………….……………………………….9

2.3. Теплоёмкость воды……………………….……………………………….11

2.4. Испарение и конденсация………………….……………………………..12

2.5. Серебряная вода и ее применение……………..…………………………13

3. Вода как растворитель………………………………………………………..14

3.1. Характеристика природной воды……….………………………………..14

3.2. Растворимость газов в воде……..………………………………………...15

3.3. Растворимость твердых веществ в воде………………………….……...16

3.4. Взаимодействия воды с растворённым в ней веществом……………...18

4. Использование воды. Круговорот воды в природе…………………………20

4.1. Морская вода в промышленности.....…………………………………….20

4.2. Морская вода в сельском хозяйстве……..……………………………….21

4.3. Круговорот воды в природе….…………………………………………...22

5. Использование и очистка водных ресурсов…………………………………23

5.1. Значение воды в хозяйственной деятельности человека……..………...23

5.2. Загрязнение и очистка водных ресурсов…..…………………………….24

5.3. Использование и очистка водных ресурсов..……………………………25

5.3.1. Характеристика водоисточника..………………………………….25

5.3.2. Общая характеристика водоочистных сооружений…… ……...26

5.3.3. Водоснабжение города Великие Луки…………..………………..26

Заключение……..……………………………………………………………….28

Список использованной литературы………………..……………………....29

Введение

Вода – одно из самых распространенных и наиболее важных соединений на Земле.

Кругом, всюду и везде, всегда и во всем, - природная вода! Вода, можно сказать, самая популярная и самая загадочная из всех жидкостей, существующих на Земле.

Человечество во все времена стремилось к познанию этого удивительного вещества-воды прекрасно осознавая ее исключительность. Древние египтяне согласно господствовавшей в их стране космогонической теории утверждали, что в начале на было ни неба, ни земли; окруженную густым мраком Вселенную наполняла первичная вода.

Две тысячи шестьсот лет назад древнегреческий ученый Фалес Милетский считал воду первоисточником всего сущего. В средние века алхимики приписывали воде совершенство, обозначая ее в виде опрокинутого треугольника .

Крупный немецкий профессор Ф.Ауэрбах писал: «Самое удивительное и самое лучшее-это вода». Американский физик Дж.Дэй и химик К.Девис называли воду зеркалом науки. Известный французский писатель и летчик Антуан де Сент-Экзюпери после того, как его самолет разбился в пустыне и он несколько дней провел под палящим солнцем написал: «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни запаха, ни цвета, тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь».

Лучше всех из современных мыслителей значение воды определил крупнейший ученый, основоположник ряда новых научных дисциплин, биохимик и минералог, академик В.И.Вернадский: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы заключало. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено».

Тысячи лет человек восхищается, любуется и наслаждается водой. И все это время, пользуясь водой, люди не переставали задумываться и о ее происхождении, составе и свойствах. Ученые, как и многие сотни лет назад, мучаются в догадках и по сей день, когда им приходиться отвечать на извечный вопрос, старый, как наша Земля, и молодой, как современность, но по-прежнему волнующий и животрепещущий: что такое вода?

1. Вода в природе

Самое важное для жизни – вода.

Вода имеет первостепенное значение при большинстве химических реакций, в частности и биохимических. Древнее положение алхимиков – «тела не действуют, пока не растворены» - в значительной степени справедливо.

Человеческий зародыш содержит воды, %: трехдневный – 97, трехмесячный – 91, восьмимесячный – 81. У взрослого человека доля воды в организме составляет 65 %.

Человек и животное могут в своем организме синтезировать первичную («ювенильную») воду, образовывать ее при сгорании пищевых продуктов и самих тканей. У верблюда, например, жир содержащийся в горбу, может путем окисления дать 40 л воды.

Связь между водой и жизнью столь велика, что даже позволила В.И.Вернадскому «рассматривать жизнь, как особую коллоидальную водную систему…как особое царство природных вод».

Количество воды, содержащейся в живых существах составляет в каждый данный момент громадную величину. Силами жизни в течение одного года перемещаются десятые доли процента всего океана, а в немногие сотни лет через живое вещество проходят массы воды, превышающие массу Мирового океана.

Геохимический состав океанической воды близок к составу крови животных и человека (см. табл.).

Сравнительное содержание элементов в крови человека и в Мировом океане, %

Элементы Состав крови

человека Состав Мирового

океана

Хлор 49,3 55,0

Натрий 30,0 30,6

Кислород 9,9 5,6

Кальций 0,8 1,2

Калий 1,8 1,1

Вода – весьма распространенное в природе вещество. 71 % поверхности земного шара покрыт водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Общие запасы воды на Земле составляют 1454,3 млн. км3 (из них менее 2 % относится к пресным водам, а доступны для использования 0,3 %).

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.

Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1 % (масс). Морская вода содержит 3,5 % (масс) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).

Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, например дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.

Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтрует сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т.п.

Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Вода – обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного, так и сельскохозяйственного производства.

2. Физические свойства воды

2.1. Чистая вода

Разумеется, под чистой водой мы подразумеваем не санитарно безупречную жидкость, а воду, отвечающую по составу привычной нам со школьной скамьи химической формуле Н2О. При этом относительная атомная масса водорода, входящего в состав соединения, равна 1, а кислорода 16, никаких других веществ в форме растворенных или взвешенных примесей вода не содержит. Такой оксид водорода, состоящей из двух весовых частей водорода и шестнадцати весовых частей кислорода, в природе в чистом виде не существует, да и искусственно получить такое вещество даже в современных лабораториях крайне трудно, а если и возможно, то только на очень короткий отрезок времени, измеряемый секундами.

Природная вода, где бы она не находилась и в каком бы агрегатном состоянии (газообразном, жидком или твердом) ни была, всегда представляет собой раствор других веществ, газообразных жидких или твердых, а также содержит подчас в незначительных количествах другие воды (с другими относительными массами водорода и кислорода и другими свойствами). Стало быть, вода – понятие собирательное.

Что же представляет собой та идеальная «чистая» вода Н2О с физической точки зрения? Как и большинство веществ, вода состоит из молекул, а последнее из атомов. Структура атома следующая: вокруг положительно заряженного протонного ядра на определенных уровнях по

вакансии

Н+ Н+

Н+ Н+

Схема образования молекулы воды

различным орбитам движутся отрицательно заряженные электроны, образующие электронное облако. Число электронов в каждой оболочке для атома каждого элемента строго определенное. Так, у атома водорода лишь одна оболочка с единственным электроном, а у атома кислорода – две оболочки: внутренняя с двумя электронами и внешняя с шестью. Образование молекулы воды из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Два атома водорода замещают вакансию двух недостающих ( до восьми) электронов наружной оболочки для ее устойчивости.

Можно было бы предполагать, что атом кислорода и два атома водорода в молекуле воды образуют у центрального атома кислорода угол, близкий к 1800. Однако в действительности он значительно меньше – всего 1040 27′, что приводит к неполной компенсации внутримолекулярных сил, избыток которых обусловливает ее дипольный момент и диэлектрическую проницаемость. Последняя у воды весьма велика и определяет интенсивность растворения водой различных веществ. При 74,6; с повышением температуры она падает. Так, при 200 С диэлектрическая проницаемость воды равна 81.

2.2. Плотность

Несмотря на то что вода – вещество, принятое в качестве эталона меры плотности, объёма и т.д. для других веществ, сама вода, как это не странно, является самым аномальным среди всех. Этих удивительных аномалий у воды много, рассмотрим лишь основные из них.

Общеизвестно, что все вещества при нагревании увеличивают свой объём и уменьшают плотность. У воды наблюдается то же самое, за исключением интервала от 0 до 40С, когда с возрастанием температуры объем воды не увеличивается, а, наоборот, сокращается. Максимальная плотность отмечается при 40С. таким образом, для воды зависимость между объемом и температурой не однозначна (как в нормальных условиях для других веществ), а двузначна. Например, при 3 и 50С масса воды занимает один и тот же объем, так же как и при 0,2 и 80С и т.д. Несмотря на указанную аномалию, вода служит эталоном плотности при 40С, когда 1 см3 ее имеет массу 1 г.

Что же будет происходить с объёмом воды при дальнейшем понижении температуры? Оказывается, что ниже 00С он продолжает увеличиваться, но только при условии переохлаждения. Однако переохлаждение требует исключительных условий: полной неподвижности воды и отсутствия центров кристаллизации льда (пыли, кристалликов льда и т.п.).

Вода, лишенная растворенных газов, может быть переохлаждена до минус 700С без превращения в лед. При легком встряхивании либо при введении льдинки или другого центра кристаллизации она мгновенно превращается в лед и температура ее подскакивает (на 700С) до 00С. Вода также может быть доведена до 1500С без закипания. При введении в такую перегретую воду пузырька воздуха она мгновенно вскипает, и температура ее падает до 1000С.

С повышением температуры жидкой воды ее плотность понижается: на интервале от максимальной плотности при 40С, равной 1, до точки кипения воды 100 ″С – на 4 % (от 1 до 0,95838).

С повышением минерализации воды (т.е. количества содержащихся в ней минеральных веществ) повышается и температура, при которой вода имеет максимальную плотность. Так, на поверхности Мирового океана плотность воды 1,02813, а на глубине 10 км 1,07104 (разница 0,04291,

или 4 %). Таким образом, установившееся мнение о практической несжимаемости воды справедливо только для сравнительно малых давлений. Если бы вода была совершенно несжимаема, уровень океана поднялся бы на 30 м. В этом случае большая часть Ленинграда, например, была бы затоплена.

Важным обстоятельством в природе является то, что максимальная плотность воды, как отмечалось выше, наблюдается при 40С, а лед оказывается легче жидкой воды и поэтому плавает на ее поверхности. Если бы этого не было, то водоемы и водотоки промерзали бы зимой до самого дна, что было бы настоящей катастрофой для всего живого в них. Впрочем, эта особенность воды при некоторых условиях имеет исключения. Речь идет о возможности образования донного или внутреннего льда, о чем подробнее будет сказано в разделе о поверхностных водах.

2.3. Теплоемкость воды

Остановимся на следующей аномалии воды, которая связана ее теплоемкостью. Теплоемкость воды сама по себе не аномальна, но она в 5-30 раз выше, чем у других веществ. У всех тел, кроме ртути и жидкой воды, удельная теплоёмкость с повышением температуры возрастает. У воды же удельная теплоемкость в интервале температур от 0 до 350С падает, а затем начинает возрастать.

Только водород и аммиак обладают большей, чем вода, теплоемкостью. Удельная теплоемкость спирта и глицерина – 0,3 (в три раза меньше, чем у воды), железа – 0,1, платины – 0,03, дерева – 0,6, а каменной соли и песка – 0,2 кал/(г-0С). В связи со сказанным выше становится понятным, почему при одинаковом получении солнечного тепла вода в водоеме нагревается в b раз меньше, чем сухая песчаная почва на берегу, но при этом вода во столько же раз дольше будет сохранять тепло, нежели песок. Любопытно, что теплоемкость воды в переохлажденном состоянии (например, при – 7,50С) на 2 % выше, чем при той же температуре, но уже в кристаллическом состоянии.

Мы ежедневно слышим по радио сообщения об атмосферном давлении воздуха (наряду с сообщением о температуре, влажности, силе ветра и т.д.), нормальное значение которого для высоты Ленинграда над уровнем моря 760 мм рт. ст., а для Москвы, лежащей выше уровня моря на 124 мм рт. ст. Мы все привыкли к тому, что при падении давления ниже нормы можно ожидать дождя, а при подъёме выше нормы – сухой погоды. Хотя с метеорологической точки зрения сухая и влажная погода определяются комплексом условий, а не одним только давлением. Многие люди, вероятно, помнят, что на старых анероидах помимо шкалы с делениями на миллиметры ртутного столба, были надписи: «великая сушь», «сушь», что отвечало давлению, превышающему норму, для данной местности, «переменно» - для нормального давления, «дождь», «буря» - для давления ниже нормы.

2.4. Испарение и конденсация

Общеизвестно, что испарение – переход вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное (в пар). Обычно под испарением жидкости понимают превращение ее в пар, а испарение твердых тел называется сублимацией (или возгонкой). Обратный процесс, т.е. переход вещества из газообразного состояния в жидкое, именуется конденсацией. Испарение воды с поверхности растений носит название транспирации.

При испарении молекулы переходят из жидкости в пар, преодолевая силы молекулярного сцепления в жидкости. Процесс испарения протекает изотермически, т.е. при постоянной температуре. Скорость испарения определяется массой жидкости, испаряющейся за единицу времени с единицы поверхности. Одной из количественных характеристик процесса испарения воды в атмосферу является дефицит влажности, определяемый разностью между предельной упругостью водяного пара для данной температуры и фактической упругостью.

Если воздух в помещении полностью насыщен парами воды или если из наполненного до краев стакана вода не убывает, но и не прибывает, это значит, что испарение отсутствует, т.е. мы имеем состояние динамического равновесия.

До последнего времени считалось, что лед может переходить в пар, минуя жидкую фазу, т.е. происходит процесс сублимации. Однако последние более детальные исследования показали, что это далеко не так. В действительности поверхность льда покрыта даже при отрицательных температурах переохлажденной квазижидкой пленкой связанной воды. Таким образом, испарятся не лед, а непрерывно пополняющаяся пленочная жидкая вода за счет подплавления льда. Это обстоятельство имеет очень большое народнохозяйственное значение при строительстве самых разнообразных подземных хранилищ в условиях многолетнемерзлых грунтов.

2.5. Серебряная вода и ее применение

Еще 2500 лет назад персидский царь Кир во время походов пользовался водой, сохраняемой в серебряных сосудах. В древней Индии для обезвреживания воды от патогенной микрофлоры в нее погружали раскаленное серебро. Многовековой опыт показал, что ионы серебра подавляют размножение многих бактерий.

Впервые научные наблюдения над серебряной водой в конце XIX в. провел швейцарский ботаник К.В.Негели. С тех пор во многих странах было выполнено значительное число работ по изучению эффективных способов ее получения и применения, выпущена обильная литература о серебряной воде. В нашей стране разработаны и выпущены в продажу специальные приборы для получения в домашних условиях электролитического раствора серебра. Серебряная вода использовалась при полетах космонавтов. В Японии и в США серебро применяется для обеззараживания воды в плавильных бассейнах, а в Китае – для производства минеральных и фруктовых вод. Серебряная вода может применяться для консервирования сливочного масла, маргарина, меланжа, молока, микстур и даже ускорения процессов старения вин и улучшения их вкусовых качеств.

Электролитический раствор серебра служит эффективным средством при лечении воспалительных и гнойных процессов, желудочно-кишечных заболеваний, язвенной болезни, холецистита, воспаления глаз, носоглотки, ожогов и т.п. Он применяется также в ветеринарии для профилактических и лечебных целей.

3. Вода как растворитель

3.1. Характеристика природной воды

До сих пор мы рассматривали особенности «чистой» воды, не существующей в природе. Теперь мы попытаемся дать пока краткую характеристику природной воды, в которой всегда растворены различные газообразные и твердые (а под час и жидкие) вещества, создающие громадное разнообразие (по минеральному составу) природных растворов.

По содержанию в 1 л воды растворенных веществ различают три группы вод:

Содержание в 1 л воды растворенных веществ

Количество растворенных веществ, г

Пресные Менее 1

Минеральные 1-50

Рассолы Более 50

В воде могут раствориться все элементы периодической системы, включая и такие почти не растворимые, как кремень (например, кварц – двуокись кремния SiO2). Все зависит от температуры, давления и присутствия в растворе других компонентов. Природные воды могут существовать в температурных пределах от близкой к абсолютному нулю (минус 2730С, или 00К) до примерно 20000С; могут испытывать давление от тысячных долей атмосферы (единицы миллиметров ртутного столба или единицы миллибар) до десятков тысяч атмосфер (порядка 30-40 кбар).

3.2. Растворимость газов в воде

В природной воде могут быть растворены газы как воздушного (атмосферного), так и подземного происхождения. В наиболее пресной дождевой воде, прежде всего, растворяются кислород и азот. Как известно, воздушная смесь газов земной атмосферы в основном состоит из 79 частей азота и 21 части кислорода. Хотя растворимость кислорода почти в два раза выше растворимости азота, все же в воде азота растворяется почти в два раза больше, чем кислорода (рис. 8).

Растворимость в воде газов различна и зависит от ряда факторов: температуры, давления, минерализации, присутствия в водном растворе других газов. С повышением температуры до 900С растворимость газов в воде снижается, а затем возрастает. Так, в 1 л воды при температуре 200С растворяется 665 мл 4630, аммиака –I 300000. Как видно из этих примеров, растворимость зависит и от состава самого газа.

Повышение давления влечет за собой увеличение растворимости газов. Например, при давлении 25атм в 1 л воды растворяется углекислого газа 16,3 л, а при 53 атм – 26,9.

При повышении минерализации воды растворимость газа падает. Так, при 00С растворимость кислорода в 1 л воды с минерализацией менее 1 г/л составляет 49 мл, а при минерализации 30 г/л* - только 15, т.е. в три раза меньше.

Из всего сказанного можно сделать вывод о том, что растворимость газа в природной воде при постоянных температуре и степени минерализации прямо пропорциональна давлению газа на жидкость, для газовых смесей она пропорциональна давлению каждого газа в отдельности. Но это справедливо для сравнительно небольших давлений. При значительных давлениях, например на больших глубинах в океане, где давление подчас достигает сотен и даже тысячи атмосфер, на растворимость газов в воде влияет не парциальное давление отдельных газов, а общее давление всего столба воды, но об этом речь впереди.

В растворенном газе дождевой воды углекислоты в 33 раза больше, чем в воздухе, а кислорода в два раза больше.

Углекислый газ поступает в атмосферу (наземную и подземную) преимущественно за счет окисления, брожения и гниения органических остатков и дыхания водных организмов. В атмосфере его содержание при парциальном давлении 0,0003 атм невелико – около 0,03 %.

В 1 л чистой воды при таком давлении и температуре 150С может раствориться всего лишь 0,59 мг углекислого газа. В земных недрах на значительных глубинах его содержание может достигать очень больших значений, и источником этого газа чаще служат глубинные процессы выделения его из вещества мантии и нижней литосферы.

3.3. растворимость твердых веществ в воде

Процесс растворения твердых веществ в воде можно рассматривать как борьбу двух электростатических сил с противоположными зарядами, присущих ионам твердого вещества, с одной стороны, и онами и молекулами воды – с другой.

Растворы представляют собой сложные промежуточные системы между физическими смесями и химическими соединениями. Процесс растворения – процесс диффузионный. При достижении предела растворения (при известных температуре и давлении) наступает динамическое равновесие между количествами как растворяемого вещества, так и выпадающего из раствора, образуется насыщенный, или концентрированный, раствор. Д.И.Менделеев относил процесс растворения не к физическим, а к химическим процессам на том основании, что нередко при растворении выделяется тепло. Это происходит вследствие химического взаимодействия между растворяемым веществом и растворителем. Процентное содержание воды в некоторых минералах очень велико.

Химический состав природных растворов весьма разнообразен. Существует множество классификаций их, простроенных по разным принципам. Форма выражения результатов анализов может быть различной: солевая, окисная, атомная и ионная. Последняя, хотя, как и другие, условна, однако в настоящее время признана наиболее удобной, поскольку позволяет выражать все, что содержится в воде, вплоть до живых организмов. Именно так и стремился поступать автор классической монографии о природных водах академик В.И.Вернадский. По его классификации природные воды разделялись на 485 видов минералов группы воды (гидридов), причем общее их количество, по его мнению, в действительности должно превысить 1500. Конечно, для практических целей такая классификация затруднительна.

В настоящее время все природные воды по преобладающему аниону делят на три класса:

1). Хлоридные;

2). Сульфатные;

3). Гидрокарбонатные.

Каждый класс подразделяется в совою очередь на три группы:

1). Кальциевую; 2). Магниевую; 3). Натриевую, т.е. классификацию рассматривать не будем. По преобладающему растворенному газу воды могут быть подразделены на азотные, сероводородные, углекислые и т.д.

Самыми главными и наиболее распространенными компонентами в природных растворах являются хлор, а затем натрий, далее следуют ионы сульфатный SO4 2-, гидрокарбонатный НСО-3 и карбонатный СО32-, кальций Са2+, магний Mg2+ и др.

Насколько возрастает растворимость солей с повышением температуры и давления, рассмотрим на примере самого распространенного в водной среде вещества – хлористого натрия NaCl. При температуре 100С и давлении 1 бар он растворяется предельно – 257 г/кг (насыщенный раствор), а при температуре 5000С и давлении 1 кбар – в 1571 раз больше (561000 г/кг), т.е. по массе вода как растворитель в 56 раз легче, чем растворяемая соль. В большинстве случаев то же самое происходит и с другими солями. Однако встречаются и исключения. В качестве примера можно привести хромовокислый кальций CaCrO4, растворимость которого при температуре 00С 15,4, а при 1000С – только 7,1 г/кг. Так же ведут себя гипс CaSO4 • 2H2O в интервале температур 40-1000С, сульфат натрия NaSO4 при 25-1000С и некоторые другие соли.

3.4. Взаимодействие воды с растворенным в ней веществом

Выше было сказано, что при некоторых условиях вода способна расщепляться на два иона: положительно заряженный гидратированный катион Н+ (Н3О+) и отрицательно заряженный анион ОН- (называемый также гидроксилом). Но вода способна не только расщепляться сама, но и расщеплять другие вещества, в ней растворенные, вступая при этом в обменные реакции с присоединением элементов воды (ОН- и Н+). Этот процесс носит название гидролиза. В качестве одного из примеров можно привести гидролиз хлористого железа, протекающий по следующей схеме:

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl.

В результате гидролиза мы получаем гидроксид железа и соляную кислоту.

Гидролизом объясняются белящие свойства хлора, моющее действие мыла. Гидролиз имеет большое применение в промышленности: в паточном производстве, при получении спирта из древесины и во многих других областях производства.

Учитывая тесный контакт подземной воды с вмещающими ее породами и ее высокую растворяющую способность, естественно ожидать влияния на формирование химического состава вмещающих воду пород. Это иногда и наблюдается в верхних горизонтах литосферы до глубин, различных в разных местах, но не превышающих зоны возможного проникновения в породы современных поверхностных вод. Разумеется, многое здесь зависит от растворимости пород и от целого ряда привходящих факторов, таких, как температура, давление, биохимические процессы, наличие тех или иных уже растворенных веществ, в частности растворенных или свободных (называемых спонтанными) газов.

Содержание главных компонентов в водах мирового океана

Компоненты Содержание

мг/кг

Катионы

Na+ 10722

Mg+ 1297

Ca2+ 417

K+ 382

Всего 12818

Анионы

Cl- 19337

SO4- 2705

HCO3- 97

Br2- 66

CO3- 6

Всего 22211

4. Использование воды. Круговорот вода в природе

4.1. Морская вода в промышленности

Без воды Мирового океана немыслима жизнь на Земле, невозможен круговорот веществ, энергии в природе.

Долгое время солевую воду океана рассматривали только как «агрессивную» среду, которую в процессе производства следует нейтрализовать, ибо ее невозможно использовать. Однако изменение технологии с учетом физических и химических свойств морской воды позволяет применять ее в качестве полезного компонента. В промышленности морская вода используется при производстве ряда продуктов охлаждения агрегатов, обогащения полезных ископаемых, транспортировке сырья и отходов, в качестве питательной воды в парогенераторах, для поддержки пластового давления на нефтегазопромыслах и т.д. Круг ее применения непрерывно расширяется. Уже в 2000 году в США за счет морского водопотребления удовлетворяется одна треть промышленных потребностей. Растут масштабы использования морской воды в других странах, в том числе в Японии, где ожидаемый дефицит водных ресурсов предполагается покрывать за счет морской воды.

В нашей стране доля морской воды в общем, промышленном потреблении воды составляет пока что всего 5 %. Несмотря на в основном внутриконтинентальный характер размещения производства имеется возможность и необходимость развития морского водоснабжения, особенно, например, в южном экономическом районе России, где назревает дефицит водных ресурсов, и в других приморских регионах. Промышленные предприятия Одесской и Крымской областей уже теперь покрывают свои потребности в воде за счет морской на 33-35 %, а отдельные предприятия – до 99,4 %.

Чаще всего вода используется как теплоноситель при охлаждении продукта или конструкций агрегатов. Морской водой охлаждаются ядерные реакторы. Широко применяется оборотная морская вода также на нефтеперерабатывающих заводах. Большая экономика пресной воды достигается от применения морской для охлаждения барометрических конденсаторов на сахарных заводах.

Все чаще морская вода используется в технологических процессах. Разработаны способы приготовления бетона на морской воде, флотации в морской воде серы из вулканогенных руд Камчатки и Курильских островов. Доказана возможность автоклавной плавки с использованием морской воды.

Широкое распространение получает использование морской воды при добыче полезных ископаемых суши и морского дна. Созданы гидроагрегаты, обеспечивающие выдачу угля на гора, повышающие производительность труда в несколько раз. Перспективна разработка рассыпных месторождений шельфа, в том числе песков, содержащих золото, олово, титан и другие элементы , гидроспособом.

4.2. Морская вода в сельском хозяйстве.

Все более широкое применение морская вода получает в сельском хозяйстве. Существует много видов растений – галофитов, - устойчивых к большим содержаниям солей, хорошо приспособленных к поливам морской водой. Известны мангровые деревья растущие на побережье тропических морей и образующие мощные заросли. Из других галлофилов широко распространены ячмень, пырей, ситник, тандриск. Высокая солеустойчивость у сахарной свеклы, репы, кормовой капусты. Ржи, сахарного тростника, спаржи, лука-порея, чеснока, редиса и др. Эти растения могут переносить поливы солоноватой и даже водой соленостью 10-15 %. Селекционные работы позволяют вывести новые солеустойчивые сорта растений. Так, американские ученые получили сорт ячменя, который орошается только морской водой с высокой концентрацией солей, и солеустойчивый сорт помидоров.

4.3. Круговорот воды в природе

Вода на Земле вовлекается в постоянный круговорот, и убыль ее в одном звене сразу же восполняется поступлениями из другого.

Круговорот воды в природе происходит за счет солнечной энергии. Под действием солнечных лучей вода океанов и суши нагревается, испаряется и поступает в атмосферу.

Часть воды сразу возвращается с дождями обратно в океан, а часть переносится ветрами на сушу, где выпадает в виде дождей или снега.

Попадая в почву, вода частично впитывается в нее, пополняя запасы почвенной влаги и подземных вод, и частично стекает, по поверхности в реки и подъемы. Некоторое количество почвенной влаги переходит в растения, которые снова испаряют ее в атмосферу. А другая часть тоже стекает в реки.

Реки, питающиеся из ручьёв, несут влагу в Мировой океан. Восполняя ее убыль. Вода, испаряясь с его поверхности, снова оказывается в атмосфере и круговорот замыкается.

5. Использование воды в хозяйственной деятельности человека

5.1. Значение воды в хозяйственной деятельности человека

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли, она незаметна.

Впервые человечество ощутило недостаток в пресной воде после окончания второй мировой войны. Тогда промышленность Европы первой почувствовала приступ жажды.

Вода для промышленности является столько же необходимым элементом в производстве, как уголь, медь, железо и другие природные ресурсы. Современные крупные теплоэлектростанции потребляют огромное количество воды. Только одна станция мощностью 300 тыс. кВт расходует до 120 м3/с воды, или более 300 млн. м3 в год.

Сельское хозяйство является одним из наиболее значительных водопотребителей. В системе водного хозяйства нашей страны это самый крупный потребитель. И характерно, что около ¾ воды в сельском хозяйстве расходуется безвозвратно.

Особое место в использовании водный ресурсов занимает водопотребление для нужд населения. На хозяйственно питьевые цели в нашей стране приходится около 10 % общего водопотребления.

В нашей стране осуществляется огромное строительство жилых домов со всеми видами благоустройства, строительство коммунальных и водно-спортивных сооружений требует резкого увеличения мощности источников водоснабжения населенных мест.

Исключительно большие водные ресурсы требуется для дальнейшего развития рыбного хозяйства. Многочисленно и разнообразны рыбохозяйственные водоёмы нашей страны.

Таким образом, значение водных ресурсов для нашей страны огромно.

5.2. Загрязнение и очистка водных ресурсов

Самоочищение в гидросфере

Самоочищение в гидросфере связано с круговоротом веществ. Напряженность, направляемость и полнота самоочищения регулируются биотическим круговоротом, которые в свою очередь определяется географическими особенностями его расположения, влиянием геофизических и антропогенных воздействий.

Самоочищение в пресных водоемах

Самоочищение в пресных водоёмах обеспечивается совокупной деятельностью населяющих их организмов. Поэтому одна из важнейших природоохранных задач состоит, в том чтобы поддерживать эту способность.

Факторы самоочищения водоёмов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Самоочищение в морях и океанах

Помимо вышеуказанных факторов, большую роль в самоочищении морской воды играет планктон. Например, планктонные организмы Черного моря – первое звено, с которого начинается длинная цепь превращения неорганического вещества в органическое. Прекрасные фильтраторы морской воды – моллюски.

Загрязнение водных ресурсов сточными водами

Основная причина загрязнения водных ресурсов – сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, а также предприятиями коммуникабельного и сельского хозяйства. Загрязнению водных источников также способствует нерациональное ведение сельского хозяйства: остатки удобрений и ядохимикатов, вымывание из почвы, попадают в водоёмы и загрязняют их.

Все это приносит большой ущерб морскими экосистемами, нарушает газовый и энергетический обмен между океаном и атмосферой. Этот эффект сильнее всего сказывается в полярных областях океана, где при низких температурах скорость разложения нефтепродуктов чрезвычайно низка.

Подземные воды

Воды, скрытые под землей, чище поверхностных, менее подвластных капризам погоды, не иссякают даже в засушливые периоды. Но подземная гидросфера все же весьма уязвима к загрязнениям. Особенно опасно просачивание в них с полей химических удобрений ядохимикатов, которые могут сделать подземные источники вообще непригодными к использованию.

Почти две трети наших городов расходуют на свои нужды воду, добываемую из под земли, еще 20 % используют наполовину с речной. Что бы предотвратить падение уровня грунтовых вод, применяют методы искусственного восполнения запасов грунтовых вод за счет перевода части поверхностного стона в подземной. В ряде районов создают единые закольцованные системы водозаборов подземных вод, позволяющие при интенсивном отборе рационально регулировать их использование.

5.3. Использование и очистка водных ресурсов

5.3.1. Характеристика водоисточника

Особенностью реки Ловать, поверхностного источника ОСВ г. Великие Луки, является малая глубина (до 0,8 м) и небольшой расход воды, составляющий в среднем 55 т м3/сут.

Река берет свое начало из озера Ловатец и впадает в озеро Ильмень. Протяженность Ловати 530 км. На значительной части площади водосбора не имеется плотной заселенности и крупных промышленных объектов, в следствие чего основное влияние на качество воды в реки оказывают, принести природного происхождения.

В целом, по своему составу вода реки Ловать относится к маломутным высокоцветным водам. В последние годы цветность воды реки Ловать значительно повысилась. То же относится и к показателю окисляемости. Наибольшее увеличение этих показателей наблюдается в августе месяце, что связано с поступлениями в реку притоков болотного происхождения и воды пойменных лугов.

Мутность реки Ловать незначительна. Такое сочетание качества воды, как высокая цветность и малая мутность, создают значительные трудности при ее дальнейшей очистке и обуславливает необходимость помимо традиционной технологии применять дополнительно специальные методы ее обработки.

5.3.2. Общая характеристика водоочистных сооружений.

На территории ОСВ города Великие Луки расположились 2 блока: старый блок и новый блок. Оба блока работают по двух ступенчатой схеме очистки воды: оттаивание фильтрирование. Кроме того, для улучшения качества речной воды применяется смешанные подземной речной воды в соотношении 1:3.

5.3.3. Водоснабжение города Великие Луки

Водоснабжение города Великие Луки осуществляется двумя водопроводными станциями, питающимися водами подземного и поверхностного источников.

Вода подземного источника очищается от сероводорода биохимическим методом. Расчетного производительность станции 28000 м3/сут. из них 15 % тратится на собственные нужды. Вода поверхностного происходит очистку на 2-х блоках очистных сооружений в количестве 10000 м3/сут. питьевой воды и 5000 м3/сут. технической воды.

Заключение

Цель реферата – обратить внимание на самое главное, самое важное, самое распространенное, самое таинственное вещество – природную воду и показать при этом ее с различных точек зрения.

Стоит ли говорить о роли воды в истории человеческой цивилизации. Вся практическая деятельность человека с самой глубокой древности связана с использованием воды: вода нужна сельскому хозяйству, промышленности, она – самый используемый источник энергии. Можно сказать, что жизнь – это вода, а вода – это жизнь, или, как писал Леонардо да Винчи, «воде дана волшебная власть стать соком жизни на Земле».

Если собрать все научные исследования о воде и процессах, идущих с ее участием, получается огромная библиотека. Но и тогда далеко не все мы узнаем об этом интереснейшем, знакомом, но во многом загадочном, таком обильном и таком дефицитном веществе – о прекрасной воде. Все ли свойства воды понятны? Конечно нет!

Вода – загадочное вещество. До сих пор ученые не могут еще понять и объяснить очень многие ее свойства.

Многие наблюдения и факты говорят о том, что талая вода обладает особыми свойствами – она более благоприятна для развития живых организмов. Почему – неизвестно.

Недавно было обнаружено загадочное явление. Оказалось, что вода на Земле изменяет свою природу в зависимости от того, что происходит на Солнце и в космосе.

Было замечено, что космические причины влияют на характер протекания в воде некоторых химических процессов, например, на скорость появления осадков. Почему – неизвестно.

Можно не сомневаться, что все подобные загадки будут успешно разрешены наукой. Будет открыто еще немало новых, более удивительных и загадочных свойств воды – самого необыкновенного вещества в мире.

Список использованной литературы

1. Белоусов В.В. Земная кора и верхняя мантия материков. М., 1966.

2. Блох А.М. Структура воды и геологические процессы. М., 1969.

3. Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. М., 1967.

4. Гавриленко Е.С., Дерп-еольц В.Ф. глубинная гидросфера Земли. Киев, 1971.

5. Гинзбург В.Л. Как устроена Вселенная и как она развивается во времени. М., 1968.

6. Дерпгольц В.Ф. минеральные воды Ленинградской, Псковской и Новгородской областей. – Тр. ВНИИГ, 1964, вып. 11.

7. Джеффрис Г. Земля, ее происхождение, история и строение. М., 1960.

8. Кульский Л.А. серебряная вода. Киев, 1968. Лепешков И.Н. Минеральные дары моря. М., 1972. Макаренко Ф.А. Вода под Землей – В кн.: Круговорот воды. М., 1966, с.86-95.

9. Личков Б.Л. Формирование подземных вод и единство природных вод. – Тр. Лаб. гидрогеол. Проблем АН СССР, 1985, т. 16, с. 27-33.

10. посохов Е.В. Формирование химического состава подземных вод. Изд. 2-е Л., 1969.