Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Пластичность воды химия: Особенности физических свойств воды — урок. Химия, 8–9 класс.

Содержание

Особенности физических свойств воды — урок. Химия, 8–9 класс.

При обычных условиях вода — прозрачная жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое она бесцветна, а при толщине более \(2\) м имеет голубой оттенок.

 

Плотность жидкой воды максимальна при \(4\) °С и равна \(1\) г/см³ (\(1000\) г/дм³). В отличие от других веществ твёрдая вода (лёд) легче жидкой. Плотность льда при \(0\) °С составляет \(0,92\) г/см³. Поэтому айсберги плавают по поверхности океанов, а пресноводные водоёмы зимой не промерзают до дна, и обитающие в них организмы выживают во время сильных морозов.

 

 

Температура плавления воды равна \(0\) °С, а температура кипения — \(100\) °С. Это аномально высокие значения для вещества с такой низкой молекулярной массой.

 

Эта и другие особенности свойств воды обусловлены образованием агрегатов из полярных молекул воды за счёт межмолекулярных водородных связей.

Водородная связь — это взаимодействие между положительно заряженными атомами водорода одной молекулы и отрицательно заряженными атомами кислорода, фтора или азота другой молекулы.

Эта связь слабее ковалентной. Но благодаря ей значительно повышаются температуры плавления и кипения веществ.

 

Водородными связями объясняется также способность воды образовывать при замерзании снежинки разной формы.

 

 

Из всех жидких и твёрдых веществ у воды самая высокая теплоёмкость. Она медленно нагревается и так же медленно остывает. Благодаря такому свойству вода влияет на климат Земли, сглаживая колебания температуры. Моря и океаны накапливают тепло в тёплое время, а в холодное — его освобождают.

 

У воды высокие значения теплоты плавления и теплоты парообразования. Поэтому процессы таяния льда и снега, испарения воды происходят постепенно и приводят к медленной смене сезонов года: зима — весна — лето — осень.

 

Ещё одна особенность воды — высокое поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение обуславливает капиллярные явления, собирает воду в капли, создаёт поверхностную плёнку и позволяет некоторым насекомым перемещаться по ней.

 

 

 

Высокая полярность молекул обуславливает способность воды растворять вещества с ионной или ковалентной полярной связью. Такие вещества часто называют гидрофильными. К ним относятся соли, щёлочи, некоторые кислоты и другие. Неполярные вещества в воде не растворяются. Их называют гидрофобными.

Урок 27. Состав и физические свойства воды – HIMI4KA

В уроке 27 «Состав и физические свойства воды» из курса «Химия для чайников» узнаем, что из себя представляет вода, выясним её состав, а также физические свойства.

Наиболее распространенным оксидом на Земле является оксид водорода H2O, или вода. Без воды, как и без кислорода, невозможна жизнь человека, животных и растений.

Вода — единственное вещество, существующее на Земле одновременно в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она является основным компонентом морей и океанов, ледников и айсбергов, облаков и тумана.

Около 70 % поверхности Земли покрыто океанами, морями, реками и озерами — природными хранилищами воды. Из космоса толстый слой воды имеет голубой цвет (рис. 104), вот почему нашу планету называют голубой. Вода входит в состав всех живых организмов, а также очень многих минералов.

земля

земля

Состав и строение воды

Как вы уже знаете, молекула воды состоит из трех атомов — двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 105). Относительная молекулярная масса воды равна:

Строение воды

Строение воды

Следовательно, молярная масса воды равна:

Вода — это вещество с молекулярным строением. В твердом (рис. 106) и жидком агрегатных состояниях молекулы воды прочно связаны друг с другом. Этим во многом объясняется целый ряд удивительных физических свойств воды.

кристаллики льда

кристаллики льда

Физические свойства воды

При комнатных условиях вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое вода не имеет цвета. Однако при толщине более 2 м она имеет голубой цвет. Совершенно чистая вода очень плохо проводит электрический ток.

На заметку: По тому, как проводит электрический ток вода, можно судить о ее чистоте — чем ниже электропроводность, тем чище вода.

У большинства веществ в твердом состоянии плотность выше, чем в жидком. В отличие от них вода в твердом агрегатном состоянии (лед) имеет более низкую плотность, чем в жидком. При 0 °С плотность льда равна примерно 0,92 г/см3, а плотность жидкой воды — примерно 1,00 г/см3. Это означает, что лед легче воды, поэтому он не тонет в ней (рис. 107). Такая особенность воды объясняет, почему водоемы начинают замерзать не со дна, а с поверхности и очень редко промерзают до самого дна. Это защищает живые организмы, обитающие в реках и морях, от гибели.

У воды высокая теплоемкость, поэтому она медленно нагревается, но и медленно остывает. Это позволяет морям и океанам накапливать тепло летом (и днем) и высвобождать его зимой (и ночью), что предотвращает резкие колебания температуры воздуха на нашей планете в течение года (и суток). Моря и океаны служат своеобразными аккумуляторами тепла на нашей планете.

лёд

лёд

При нормальном давлении (101,3 кПа) температура кипения воды равна 100 °С. При понижении давления температура кипения воды понижается. Например, в горах на высоте около 5000 м давление существенно ниже нормального (примерно в два раза), поэтому вода закипает в этих условиях при температуре около 84 °С. Понятно, что варить продукты до готовности в горах необходимо более длительное время. И наоборот, в скороварке, где создается высокое давление, вода закипает при температуре выше 100 °С, что позволяет быстрее приготавливать пищу.

Вода как растворитель

С совершенно чистой водой, не содержащей никаких других веществ, большинство людей никогда не встречается. Такая вода используется только в специальных целях.

Почти все жидкости, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и деятельности, представляют собой растворы различных веществ.

Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.

Одно из веществ, входящих в состав раствора, называется растворителем, а остальные — растворенными веществами. Очень часто растворителем является вода. Вода может растворять твердые, жидкие и газообразные вещества.

Все природные воды содержат растворенные соли. Их легко обнаружить экспериментально, выпарив воду на часовом стекле. Кроме солей, вода может растворять различные газы. Их присутствие (правда, не всегда) можно обнаружить экспериментально. Например, поместив пробирку с холодной водой из-под крана в теплое место, через некоторое время можно заметить у стенок пробирки пузырьки. Это растворенные газы (преимущественно кислород) выделяются из раствора при его нагревании до комнатной температуры (рис. 108).

Выпаривание

Выпаривание

Многие жидкости также хорошо растворимы в воде. Например, серная кислота и спирт неограниченно растворяются в воде. В таком случае говорят, что вещество смешивается с водой в любых соотношениях. Из-за хорошей растворимости многих веществ в воде ее иногда называют универсальным растворителем.

Краткие выводы урока:

  1. Вода не имеет вкуса, цвета (в тонком слое) и запаха, кипит при 100 °С, а переходит в твердое состояние при 0 °С.
  2. Плотность твердой воды меньше, чем жидкой.
  3. Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.
  4. Вода является универсальным растворителем — она хорошо растворяет многие твердые, жидкие и газообразные вещества.

Надеюсь урок 27 «Состав и физические свойства воды» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

строение в различных агрегатных состояниях

Вода является источником жизни для всех живых организмов.

Молекула воды имеет уникальное строение. В ней удивительным образом сочетаются прочность и устойчивость кристаллической структуры (льда), и подвижность жидкого вещества.

В статье мы подробно рассмотрим особенности строения молекулы воды в различных агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном.

Какое строение имеет молекула воды

Долгое время химики считали воду простым соединением, не вступающим в сложные реакции.

Состав воды как сложного вещества был установлен Лавуазье в 1783 г.

Одна молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Химическая формула: H₂O

Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость. Они определяют химические и физические свойства соединений.

молекула воды

Молекула воды, картинка № 1

По форме молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода.Связь между атомом кислорода и атомами водорода полярная, т.к. кислород притягивает электроны сильнее, чем водород.

Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связями Н—О—Н равен 104,5°.

Молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса и поэтому в большинстве случаев ведёт себя как диполь (т.е. на одной стороне – положительный заряд, на другой – отрицательный)

Значения эффективных зарядов на атомах составляет ±0,17 от заряда электрона.

Водородная связь

В жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты за счёт особой химической связи, которая называется водородной.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность.

Водородная связь также играет важную роль в процессах растворения, поскольку растворимость зависит и от способности соединения давать водородные связи с растворителем. В результате содержащие ОН-группы такие вещества, как сахар, глюкоза, спирты, карбоновые кислоты, как правило, хорошо растворимы в воде.

Димер воды с водородной связью

На картинке № 2 показано образование димера воды с одной водородной связью.

Димер — это две молекулы Н2О, соединенные водородной связью. Связь между молекулами воды водородная.

Каждая молекула способна образовать четыре водородные связи: две между неподеленными электронными парами её атома кислорода и атомами водорода соседних молекул и ещё две – между атомами водорода и атомами кислорода двух других молекул.

Энергия водородной связи может изменяться от 17 до 33 кДж/моль.

Строение молекулы в различных агрегатных состояниях

Вода может быть в нескольких состояниях:

  1. Жидком. Это ее преимущественное состояние в нормальных условиях. Жидкая вода образует многочисленные реки, ручьи, озёра, Мировой океан.
  2. Твердом – это лед, а его кристаллы часто образуют иней или снег.
  3. Газообразном — водяной пар.

Существуют также и переходные состояния жидкости, которые возникают при замерзании или испарении.

Примечательно, что различные формы воды могут одновременно находиться рядом и даже взаимодействовать, например реки с ледниками, айсберги с морской водой, облака на небе с водяным паром.

Строение молекулы воды, водородная связь способствует расположению молекул воды. Рассмотрим особенности каждого агрегатного состояния по отдельности.

Агрегатные состояния воды

Лед

Представляет собой твердое состояние воды.

Молекулы воды образуют слои, причём каждая молекула связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя. Расстояние между атомами кислорода ближайших молекул равно 0,276 нм.

Атом кислорода связан с четырьмя атомами водорода: с двумя, расположенными на расстоянии 0,096 — 0,102 нм посредством валентных связей, и с двумя другими, находящимися на расстоянии 0,174 — 0,180 нм посредством водородных связей.

Схема льда

Жидкая вода

В отличие от структуры льда структура жидкой воды исследована ещё недостаточно.

Предполагается, что жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

В результате изучения молекулы воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей было видно, что при температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах.

При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Водяной пар

Это газообразное агрегатное состояние воды.

При данном состоянии молекула воды не имеет структуры и состоит преимущественно из мономерных молекул воды, которые находятся на расстояние относительно друг друга.

Из чего состоит вода

При обычных условиях вода выглядит как прозрачная жидкость. У нее отсутствуют вкус и запах. При небольшой толщине слоя не наблюдается даже цвета.

Вода является отличным растворителем. В природе в ней постоянно находятся растворенные газы и соли. При соединении атомов кислорода с водородом получается молекула воды. Поскольку более сильными являются водородные соединения, то, когда происходит их разрыв, они прикрепляются к иным веществам, помогая тем растворяться.

Из-за своего малого размера каждую молекулу растворенного вещества окружают очень много молекул воды. Благодаря этому в ней присутствуют отрицательные и положительные ионы.

Чистая вода является еще и хорошим изолятором с концентрацией протонов и гидроксильных ионов в количестве 10-7 моль/л, это позволяет ей проводить электричество. Именно по ее электропроводности можно оценивать чистоту жидкости.

При взаимодействии с другими веществами состав воды не изменяется, что играет особую роль в жизни любого живого организма. Ведь очень важно, чтобы жидкостные растворы, через которые в организм поступают полезные вещества, не изменялись.

Кроме того, вода хорошо поглощает инфракрасное и микроволновое излучение, а также способна хранить в себе память о веществах, которые были в ней растворены.

Элементы

Проходя гидрологический цикл: испарение, конденсацию и выпадение в виде осадков вода может дополняться разными химическими элементами, которые можно разделить на 6 категорий. Рассмотрим информацию в таблице № 1.

Таблица № 1 «Элементы, которые могут входить в состав воды».

Ионы Na, K, Mg, Ca, анионы: Cl, HCO3 и SO4. Эти компоненты находятся в воде в наибольшем, по сравнению с другими, количестве.
Растворенные газы Кислород, азот, сероводород, углекислый газ и прочие. Количество каждого газа в воде напрямую зависит от ее температуры.
Биогенные элементы Главными из них являются фосфор и азот, которые поступают в жидкость из осадков
Микроэлементы Их насчитывается около 30 видов: бром, селен, медь, цинк и т. д. Показатели их в составе воды очень малы и колеблются от 0,1 до микрограмма на 1 литр.
Органические вещества Спирты, углеводы, альдегиды, фенолы, пептиды и прочее.
Токсины Тяжелые металлы и продукты нефтепереработки.

В настоящий момент доступны специальные методы очистки, которые эффективно борются с вредными химическими соединениями.

Вода также может содержать в себе магний и катионы кальция. В зависимости от этого ее подразделяют на мягкую и жесткую.

По изотопам водорода в молекуле воды можно говорить о легкой воде, тяжелой и сверхтяжелой воде.

Подводим итоги

Вода необходима для жизни всего живого на Земле. Она участвует в мировом круговороте воды в природе. Благодаря испарению с поверхности водоемов, почвы, растений образуются облака. Затем они выпадают в виде дождя, снега, града, питая собой подземные воды и родники. Родниковые воды по рекам попадает в море.

Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе.

Уникальное строение молекулы воды помогает ей трансформироваться в три агрегатных состояния.

При замерзании воды ее молекулы собираются в небольшие группы. При испарении находится на расстоянии относительно друг друга. Жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

Список литературы

  1. Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
  2. Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016

Вода и ее свойства физические и химические. Структура воды :: SYL.ru

Самое важное, уникальное по свойствам и составу вещество нашей планеты — это, конечно, вода. Ведь именно благодаря ей на Земле жизнь есть, в то время как на других известных сегодня объектах Солнечной системы ее нет. Твердая, жидкая, в виде пара — она нужна и важна любая. Вода и ее свойства составляют предмет изучения целой научной дисциплины — гидрологии.

Количество воды на планете

Если рассматривать показатель количества данного оксида во всех агрегатных состояниях, то его на планете около 75% от общей массы. При этом следует учитывать связанную воду в органических соединениях, живых существах, минералах и прочих элементах.

Если учитывать только жидкое и твердое состояние воды, показатель падет до 70,8%. Рассмотрим, как распределяются эти проценты, где содержится рассматриваемое вещество.

  1. Соленой воды в океанах и морях, солончаковых озерах на Земле 360 млн км2.
  2. Пресная вода распределена неравномерно: ее в ледниках Гренландии, Арктики, Антарктиды заковано во льды 16,3 млн км2.
  3. В пресных реках, болотах и озерах сосредоточено 5,3 млн км2 оксида водорода.
  4. Подземные воды составляют 100 млн м3.

Именно поэтому космонавтам из далекого космического пространства видно Землю в форме шара голубого цвета с редкими вкраплениями суши. Вода и ее свойства, знание особенностей строения являются важными элементами науки. К тому же, в последнее время человечество начинает испытывать явную нехватку пресной воды. Может быть, такие знания помогут в решении данной проблемы.

Состав воды и строение молекулы

Если рассмотреть эти показатели, то сразу станут понятны и свойства, которые проявляет это удивительное вещество. Так, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, поэтому имеет эмпирическую формулу Н2О. Кроме того, при построении самой молекулы большую роль играют электроны обоих элементов. Посмотрим, что собой представляют структура воды и ее свойства.

Очевидно, что каждая молекула ориентирована вокруг другой, и все вместе они формируют общую кристаллическую решетку. Интересно то, что оксид построен в форме тетраэдра — атом кислорода в центре, а две пары электронов его и два атома водорода вокруг асимметрично. Если провести через центры ядер атомов линии и соединить их, то получится именно тетраэдрическая геометрическая форма.

Угол между центром атома кислорода и ядрами водородов составляет 104,5 0С. Длина связи О-Н = 0,0957 нм. Наличие электронных пар кислорода, а также его большее в сравнении с водородами сродство к электрону обеспечивают формирование в молекуле отрицательно заряженного поля. В противовес ему ядра водородов образуют положительно заряженную часть соединения. Таким образом, выходит, что молекула воды — диполь. Это определяет то, какой может быть вода, и ее физические свойства также зависят от строения молекулы. Для живых существ эти особенности играют жизненно важную роль.

Основные физические свойства

К таковым принято относить кристаллическую решетку, температуры кипения и плавления, особенные индивидуальные характеристики. Все их и рассмотрим.

  1. Строение кристаллической решетки оксида водорода зависит от агрегатного состояния. Оно может быть твердым — лед, жидким — основная вода при обычных условиях, газообразным — пар при повышении температуры воды свыше 100 0С. Красивые узорные кристаллы формирует лед. Решетка в целом рыхлая, но соединение очень прочное, плотность низкая. Видеть ее можно на примере снежинок или морозных узоров на стеклах. У обычной воды решетка не имеет постоянной формы, она изменяется и переходит из одного состояния в другое.
  2. Молекула воды в космическом пространстве имеет правильную форму шара. Однако под действием земной силы тяжести она искажается и в жидком состоянии принимает форму сосуда.
  3. То, что по структуре оксид водорода — диполь, обуславливает следующие свойства: высокая теплопроводность и теплоемкость, которая прослеживается в быстром нагревании и долгом остывании вещества, способность ориентировать вокруг себя как ионы, так и отдельные электроны, соединения. Это делает воду универсальным растворителем (как полярным, так и нейтральным).
  4. Состав воды и строение молекулы объясняют способность этого соединения образовывать множественные водородные связи, в том числе с другими соединениями, имеющими неподеленные электронные пары (аммиак, спирт и прочие).
  5. Температура кипения жидкой воды — 1000С, кристаллизация наступает при +40С. Ниже этого показателя — лед. Если же увеличивать давление, то температура кипения воды резко возрастет. Так, при высоких атмосферах в ней можно растопить свинец, но она при этом даже не закипит (свыше 3000С).
  6. Свойства воды весьма значимы для живых существ. Например, одно из самых важных — поверхностное натяжение. Это формирование тончайшей защитной пленки на поверхности оксида водорода. Речь идет о воде в жидком состоянии. Эту пленку разорвать механическим воздействием очень сложно. Учеными установлено, что понадобится сила, равная весу в 100 тонн. Как ее заметить? Пленка очевидна, когда вода капает из крана медленно. Видно, что она словно в какой-то оболочке, которая растягивается до определенного предела и веса и отрывается в виде круглой капельки, слегка искаженной силой тяжести. Благодаря поверхностному натяжению многие предметы могут находиться на поверхности воды. Насекомые, имеющие особые приспособления, могут свободно передвигаться по ней.
  7. Вода и ее свойства аномальны и уникальны. По органолептическим показателям данное соединение — бесцветная жидкость без вкуса и запаха. То, что мы называем вкусом воды, — это растворенные в ней минералы и другие компоненты.
  8. Электропроводность оксида водорода в жидком состоянии зависит от того, сколько и каких солей в нем растворены. Дистиллированная вода, не содержащая никаких примесей, электрический ток не проводит.

Лед — это особое состояние воды. В структуре этого ее состояния молекулы связаны друг с другом водородными связями и формируют красивую кристаллическую решетку. Но она достаточно неустойчива и легко может расколоться, растаять, то есть деформироваться. Между молекулами сохраняется множество пустот, размеры которых превышают размеры самих частиц. Благодаря этому плотность льда меньше, чем жидкого оксида водорода.

Это имеет большое значение для рек, озер и прочих пресных водоемов. Ведь в зимний период вода в них не замерзает полностью, а лишь покрывается плотной коркой более легкого льда, всплывающего наверх. Если бы данное свойство не было характерно для твердого состояния оксида водорода, то водоемы промерзали бы насквозь. Жизнь под водой была бы невозможна.

Кроме того, твердое состояние воды имеет большое значение как источник огромного количества питьевых пресных запасов. Это ледники.

Особенным свойством воды можно назвать явление тройной точки. Это такое состояние, при котором лед, пар и жидкость могут существовать одновременно. Для этого требуются такие условия, как:

  • высокое давление — 610 Па;
  • температура 0,010С.

Показатель прозрачности воды варьируется в зависимости от посторонних примесей. Жидкость может быть полностью прозрачной, опалесцентной, мутной. Поглощаются волны желтого и красного цветов, глубоко проникают лучи фиолетовые.

Химические свойства

Вода и ее свойства — важный инструмент в понимании многих процессов жизнедеятельности. Поэтому они изучены очень хорошо. Так, гидрохимию интересуют вода и ее химические свойства. Среди них можно назвать следующие:

  1. Жесткость. Это такое свойство, которое объясняется наличием солей кальция и магния, их ионов в растворе. Подразделяется на постоянную (соли названных металлов: хлоридов, сульфатов, сульфитов, нитратов), временную (гидрокарбонаты), которая устраняется кипячением. В России воду перед использованием смягчают химическим путем для лучшего качества.
  2. Минерализация. Свойство, основанное на дипольном моменте оксида водорода. Благодаря его наличию молекулы способны присоединять к себе множество других веществ, ионов и удерживать их. Так формируются ассоциаты, клатраты и прочие объединения.
  3. Окислительно-восстановительные свойства. Как универсальный растворитель, катализатор, ассоциат, вода способна взаимодействовать с множеством простых и сложных соединений. С одними она выступает в роли окислителя, с другими — наоборот. Как восстановитель реагирует с галогенами, солями, некоторыми менее активными металлами, с многими органическими веществами. Последние превращения изучает органическая химия. Вода и ее свойства, в частности, химические, показывают, насколько она универсальна и уникальна. Как окислитель она вступает в реакции с активными металлами, некоторыми бинарными солями, многими органическими соединениями, углеродом, метаном. Вообще химические реакции с участием данного вещества нуждаются в подборе определенных условий. Именно от них и будет зависеть исход реакции.
  4. Биохимические свойства. Вода является неотъемлемой частью всех биохимических процессов организма, являясь растворителем, катализатором и средой.
  5. Взаимодействие с газами с образованием клатратов. Обычная жидкая вода может поглощать даже неактивные химически газы и располагать их внутри полостей между молекулами внутренней структуры. Такие соединения принято называть клатратами.
  6. Со многими металлами оксид водорода формирует кристаллогидраты, в которые он включен в неизменном виде. Например, медный купорос (CuSO4*5H2O), а также обычные гидраты (NaOH*H2O и другие).
  7. Для воды характерны реакции соединения, при которых происходит образование новых классов веществ (кислот, щелочей, оснований). Они не являются окислительно-восстановительными.
  8. Электролиз. Под действием электрического тока молекула разлагается на составные газы — водород и кислород. Один из способов получения их в лаборатории и промышленности.

С точки зрения теории Льюиса вода — это слабая кислота и слабое основание одновременно (амфолит). То есть можно сказать о некоей амфотерности в химических свойствах.

Вода и ее полезные свойства для живых существ

Сложно переоценить то значение, которое имеет оксид водорода для всего живого. Ведь вода и есть сам источник жизни. Известно, что без нее человек не смог бы прожить и недели. Вода, ее свойства и значение просто колоссальны.

  1. Это универсальный, то есть способный растворять и органические, и неорганические соединения, растворитель, действующий в живых системах. Именно поэтому вода — источник и среда для протекания всех каталитических биохимических преобразований, с формированием сложных жизненно важных комплексных соединений.
  2. Способность образовывать водородные связи делает данное вещество универсальным в выдерживании температур без изменения агрегатного состояния. Если бы это было не так, то при малейшем снижении градусов она превращалась бы в лед внутри живых существ, вызывая гибель клеток.
  3. Для человека вода — источник всех основных бытовых благ и нужд: приготовление пищи, стирка, уборка, принятие ванны, купание и плавание и прочее.
  4. Промышленные заводы (химические, текстильные, машиностроительные, пищевые, нефтеперерабатывающие и другие) не сумели бы осуществлять свою работу без участия оксида водорода.
  5. Издревле считалось, что вода — это источник здоровья. Она применялась и применяется сегодня как лечебное вещество.
  6. Растения используют ее как основной источник питания, за счет чего они продуцируют кислород — газ, благодаря которому существует жизнь на нашей планете.

Можно назвать еще десятки причин того, почему вода — это самое широко распространенное, важное и необходимое вещество для всех живых и искусственно созданных человеком объектов. Мы привели только самые очевидные, главные.

Гидрологический цикл воды

Иными словами, это ее круговорот в природе. Очень важный процесс, позволяющий постоянно пополнять исчезающие запасы воды. Как он происходит?

Основных участников трое: подземные (или грунтовые) воды, поверхностные воды и Мировой океан. Важна также и атмосфера, конденсирующая и выдающая осадки. Также активными участниками процесса являются растения (в основном деревья), способные поглощать огромное количество воды в сутки.

Итак, процесс происходит следующим образом. Грунтовые воды заполняют подземные капилляры и стекаются к поверхности и Мировому океану. Затем поверхностные воды поглощаются растениями и транспирируются в окружающую среду. Также происходит испарение с огромных площадей океанов, морей, рек, озер и прочих водоемов. Попав в атмосферу, вода что делает? Конденсируется и проливается обратно в виде осадков (дождь, снег, град).

Если бы не происходили эти процессы, то запасы воды, особенно пресной, давно бы уже закончились. Именно поэтому охране и нормальному гидрологическому циклу уделяется людьми большое внимание.

Понятие о тяжелой воде

В природе оксид водорода существует в виде смеси изотопологов. Это связано с тем, что водород формирует три вида изотопа: протий 1Н, дейтерий 2Н, тритий 3Н. Кислород, в свою очередь, также не отстает и образует три устойчивые формы: 16О, 17О, 18О. Именно благодаря этому существует не просто обычная протиевая вода состава Н2О (1Н и 16О), но еще и дейтериевая, и тритиевая.

При этом устойчива по структуре и форме именно дейтериевая (2Н), которая включается в состав практически всех природных вод, но в малом количестве. Именно ее называют тяжелой. Она несколько отличается от обычной или легкой по всем показателям.

Тяжелая вода и ее свойства характеризуются несколькими пунктами.

  1. Кристаллизуется при температуре 3,82 0С.
  2. Кипение наблюдается при 101,42 0С.
  3. Плотность составляет 1,1059 г/см3.
  4. Как растворитель в несколько раз хуже легкой воды.
  5. Имеет химическую формулу D2O.

При проведении опытов, показывающих влияние подобной воды на живые системы, было установлено, что жить в ней способны лишь некоторые виды бактерий. Для приспособления и акклиматизации колониям потребовалось время. Но, приспособившись, они полностью восстановили все жизненно важные функции (размножение, питание). Кроме того, стали очень устойчивы к воздействию радиоактивного излучения. Опыты на лягушках и рыбах положительного результата не дали.

Современные области применения дейтерия и образованной им тяжелой воды — атомная и ядерная энергетика. Получить в лабораторных условиях такую воду можно при помощи электролиза обычной — она образуется как побочный продукт. Сам дейтерий формируется при многократных перегонках водорода в специальных устройствах. Применение его основано на способности замедлять нейтронные синтезы и протонные реакции. Именно тяжелая вода и изотопы водорода — основа для создания ядерной и водородной бомбы.

Опыты на применении дейтериевой воды людьми в небольших количествах показали, что задерживается она недолго — полный вывод наблюдается через две недели. Употреблять ее в качестве источника влаги для жизни нельзя, однако техническое значение просто огромно.

Талая вода и ее применение

Свойства такой воды издревле были определены людьми как целебные. Давно было замечено, что при таянии снега животные стараются напиться водой из образовавшихся лужиц. Позже были тщательно исследованы ее структура и биологическое воздействие на организм человека.

Талая вода, ее признаки и свойства находятся посередине между обычной легкой и льдом. Изнутри она образована не просто молекулами, а набором кластеров, сформированных кристаллами и газом. То есть внутри пустот между структурными частями кристалла находятся водород и кислород. По общему виду строение талой воды сходно со строением льда — сохраняется структурность. Физические свойства такого оксида водорода незначительно меняются в сравнении с обычным. Однако биологическое воздействие на организм отличное.

При замораживании воды первой фракцией превращается в лед более тяжелая часть — это дейтериевые изотопы, соли и примеси. Поэтому эту сердцевину следует удалять. А вот остальная часть — чистая, структурированная и полезная вода. Каково воздействие на организм? Учеными Донецкого НИИ были названы следующие виды улучшений:

  1. Ускорение восстановительных процессов.
  2. Укрепление иммунитета.
  3. У детей после ингаляций такой водой происходит восстановление и излечение простудных заболеваний, проходит кашель, насморк и прочее.
  4. Улучшается дыхание, состояние гортани и слизистых оболочек.
  5. Общее самочувствие человека, активность повышаются.

Сегодня существует ряд сторонников лечения именно талой водой, которые пишут свои положительные отзывы. Однако есть ученые, в том числе медики, которые эти взгляды не поддерживают. Они считают, что вреда от такой воды не будет, но и пользы мало.

Энергетика

Почему свойства воды могут изменяться и восстанавливаться при переходе в разные агрегатные состояния? Ответ на этот вопрос следующий: у данного соединения существует своя информационная память, которая записывает все изменения и приводит к восстановлению структуры и свойств в нужное время. Биоэнергетическое поле, через которое проходит часть воды (та, что поступает из космоса), несет в себе мощный заряд энергии. Эту закономерность часто используют при лечении. Однако с медицинской точки зрения не каждая вода способна оказать благоприятный эффект, в том числе и информационный.

Структурированная вода — что это?

Это такая вода, которая имеет несколько иное строение молекул, расположение кристаллических решеток (такое, которое наблюдается у льда), но это все же жидкость (талая также относится к этому типу). В этом случае состав воды и ее свойства с научной точки зрения не отличаются от тех, что характерны для обычного оксида водорода. Поэтому структурированная вода не может иметь такого широкого лечебного эффекта, который ей приписывают эзотерики и сторонники нетрадиционной медицины.

плотность, жесткость, сопротивление, температура замерзания и кипения, другие параметры

Дистиллированная вода отличается от обычной питьевой и даже фильтрованной. Благодаря особому способу очищения, она обладает уникальными свойствами.

Физические и химические параметры позволяют использовать дистиллят и как питьевой ресурс, и в качестве технического средства.

Нормы соответствия дистиллята

Полученная методом дистилляции вода, должна соответствовать по своим свойствам, определенным, принятым в РФ нормам.

Только при этом условии, допустимо ее применение для человека и для технических целей.

Для некоторых производств применяются повышенные требования к составу и качеству готового продукта.

Например, в медицине, при производстве пищевой и косметической продукции. При использовании в этих областях, очищенная вода может проходить дополнительную процедуру обеззараживания ультрафиолетом.

ГОСТ 6709-72

Требования к качеству дистиллята отражено в межгосударственном стандарте ГОСТ 6709-72. В соответствии с документом, свойства итогового продукта должны отвечать следующим критериям по физическим и химическим показателям:

Наименование показателя (не более указанного значения) Норма (мг/дм)
1. Остаток после выпаривания 5
2. Аммиак и аммонийные соли (NH) 0,02
3. Нитраты (NО) 0,2
4. Сульфаты (SО) 0,5
5. Хлориды (Сl) 0,02
6. Алюминий (Аl) 0,05
7. Железо (Fе) 0,05
8. Кальций (Са) 0,8
9. Медь (Сu) 0,02
10. Свинец (Рb) 0,05
11. Цинк (Zn) 0,2
12. Вещества восстанавливающие KМnO (O) 0,08

Согласно нормативно-правовому акту, для достижения требуемых стандартов должны соблюдаться правила приемки, которые отражены в ГОСТ-3885. Готовый продукт должен храниться в герметически закрытых емкостях, которые способны обеспечить стабильное качество продукта.

Полная информация о составе дистиллированной воды согласно ГОСТу здесь.

ТУ 2389-041-72427804-2011

ТУ 2389-041-72427804-2011 определяет свойства дистиллированной воды для применения в кислотных аккумуляторах, при разведении антифриза, в бытовых приборах и других целях, предусмотренных документом.

В соответствии с ТУ, очищенный состав должен обладать следующими свойствами:

  • Прозрачный.
  • Бесцветный.
  • Без запаха.
  • Молекулярная масса H2O – 18,01.
  • Ph- 5,4-6,6.
  • Удельная электропроводимость при t=20˚С, См/м – не более 5*10-4.
  • Физико-химические свойства соответствуют ГОСТ 6709-72.

Документом прописаны требования к таре для разлива дистиллята, она должна быть:

  1. Из фторопласта или полиэтилена.
  2. Обеспечивать сохранность качества готового продукта.
  3. Прочной.
  4. Сухой.
  5. Чистой.
  6. Не иметь посторонних запахов.
  7. Не пропускать пропускание влаги.

Что такое физические характеристики дистиллированной воды?

К физическим свойствам дистиллята относятся:

  • Температура (в том числе кипения и замерзания).
  • Плотность.
  • Вязкость.
  • Диэлектрическая проницаемость.
  • Твердость.
  • Пластичность.

Данный продукт не отличается от обычной воды по характеристикам, то есть не имеет вкуса, цвета и запаха.

Физические характеристики дистиллята

Физические свойства дистиллята отличаются от аналогичных параметров обычной воды. Это связано, прежде всего, с высокой чистотой вещества.

Плотность

Максимальная плотность состава достигается при температурах 3,8-4,2°C.  При повышении температуры более 4 °C, значение данного показателя снижается. То есть удельная масса вещества при нормальных условиях значительно ниже плотности при высоких температурах:

t, °C p, г/мл
0 0,9998
0,1 0,9998
2 0,9999
4 1
10 0,9997
20 0,9982
30 0,9957
50 0,988
100 0,9584
150 0,9168
200 0,8647
300 0,7122
350 0,5745
374,12 0,3178

Температура кипения и замерзания

Одним из феноменов дистиллята считается проявление такого свойства, как кипение и замерзание.

Уникальность заключается в том, что благодаря отсутствию примесей в составе, при нагреве до 100°C она не будет кипеть.

Но если в таком состоянии в воду добавить, например, сахар, она тут же забурлит.

То же самое происходит и при замерзании – возможно переохлаждение ниже точки образования льда (0°C), до минус 10°C. При этом вода не переходит в твердое состояние.

Переход из обычного состояния в замерзшее или кипящее, возможен двумя путями:

  1. При добавлении примесей.
  2. При взбалтывании.

Если в охлажденную до 0°C воду бросить кубик льда, она тут же затвердеет.

Сопротивление

Одними из параметров, определяющим степень качества дистиллята, служат электрическая проводимость и сопротивление (R). Чем чище состав, тем меньше проводимость и выше сопротивление. По нормам показатель R должен быть не менее 200 кОМ*см.

Жесткость

Степень жесткости воды определяется содержанием в ней растворенных солей, в том числе кальция и магния.

Соответственно при высоком удельном весе элементов вода жесткая, при незначительном – мягкая.

Дистиллированная вода  обладает значением показателя, соответствующему мягкому составу – до 2 мг-экв./л. Благодаря этому свойству ее используют в лечебных и профилактических целях.

PPM

Показатель  PPM характеризует качество воды с точки зрения содержания частиц солей на миллион молекул воды, то есть 1 мг частиц на 1 л вещества. Не рекомендована к употреблению вода с PPM=1000.

Дистиллят является идеальным питьевым ресурсом с этой точки зрения, содержание солей и микроэлементов может быть от 0 до 5 мг/л.

Коэффициент преломления

Показатель преломления (n) отражает изменение направления светового луча при переходе из одной среды в другую. В нашем случае это значение рассматривается относительно пограничного состояния с воздухом, n=1,333.

Электропроводность

Способность вещества проводить электрический ток называется электропроводностью.

Значение показателя определяется содержанием в составе очищенной воды растворенных веществ (неорганических и органических) и температуры.

Очищенная вода является диэлектриком, проводимость тока очень низкая. Согласно ГОСТу данный показатель дистиллята не должен быть более 5*104 см/м при t=20°C.

О проводимости электрического тока еще больше информации в этой статье.

Микробиологические показатели

Микробиологический показатель отражает содержание в составе дистиллята бактерий. Благодаря этому коэффициенту можно определить степень безопасности потребления воды для населения. В соответствии с нормативными актами, дистиллированный напиток должен приравниваться по содержанию бактерий к воде питьевой.

То есть на 1 мл должно присутствовать не более 100 микроорганизмов, при том, что в составе не должны содержаться бактерии:

  1. Еntегоbасtеriасеае.
  2. Р.аегuginosa.
  3. аuгеus.

Для соблюдения требуемого уровня значения, должны выполняться установленные ГОСТом правила очищения, хранения, контроля качества и транспортировки дистиллята.

Уровень PH

Согласно законодательному акту, устанавливающему требования к качеству дистиллированной воды, уровень PH может быть в пределах 5,4-6,6.

Такой показатель кислотности вызван содержанием в составе дистиллята растворенного углекислого газа.

При таком значении вода является слабокислой. Для получения щелочного или ионизированного состава достаточно удалить CO2 кипячением на протяжении 30 минут.

Подробную статью об уровне ph читайте здесь.

Сферы применения

Характеристики, отличающие дистиллят от обычной воды, позволяют применять его в различных сферах производства и жизнедеятельности человека.

Она может использоваться  для:

  • пополнения водного баланса,
  • как техническое средство,
  • в быту,
  • в промышленности и др.

В быту

Применение очищенного состава в домашних условиях достаточно разнообразно и очень полезно:

  1. Мягкая вода при нагреве не образует накипи. Это свойство обеспечивает долговечность электроприборов, использование которых предполагает применение воды:
  2. Еще один вариант применения в быту – для аквариумов. Но при условии растворения в ней специального по составу наполнителя, который подойдет обитателям водного царства.
  3. Флористы утверждают, что применение дистиллированной воды полезно для цветов, так как она не содержит вредных микроорганизмов и бактерий. Но чтобы восполнить недостаток минеральных веществ, необходима тщательная подкормка зеленых домашних любимцев.
  4. Каждая хозяйка сталкивается с проблемой – мытье стекол без разводов. Дистиллят – прекрасный способ очищения поверхностей и удаления жировых следов.
  5. Можно использовать для очистки контактных линз.

 В медицине и фармацевтике

Особенно широкое применение дистиллята приходится на фармакологию. Это объясняется тем, что свойства очищенной воды способствуют растворению множества лекарственных препаратов.

В медицине очищенный состав используют как техническое средство:

  • Лабораторные и измерительные приборы, требующие точности, после эксплуатации погружаются в очищенный состав воды по инструкции, для продления срока службы и сохранения достоверности измерений.
  • При калибровке медоборудования нельзя применять обычную воду, она может отразиться на степени погрешности показателей. Поэтому используется очищенное средство.
  • Для предотвращения развития инфекций при обработке перевязочного материала.
  • Требуется для приготовления физрастворов и водных растворов антибиотиков.
  • Применяется для растворения гормонов и алкалоидов.
  • Очищенная вода способствует усилению гидролиза активных веществ.
  • Для ухода за оптикой.

В лечебно-профилактических целях очищенный состав применяется по рекомендации врача и под строгим наблюдением реакции организма на проводимые мероприятия:

  • Для лечения заболеваний ЖКТ.
  • Для выведения из организма шлаков, токсинов, песка и др. вредных веществ.
  • Для нормализации работы печени и выделительной системы.
  • При различного рода отравлениях (пищевых, алкогольных, наркотических).
  • Для восстановления обменных процессов в организме, метаболизма.

Для автомобилей

В технических целях дистиллированная вода применяется для автомобилей. Это связано с такими ее свойствами, как чистота, низкая температура замерзания, мягкость.

Основные способы применения:

  1. Для аккумуляторов. Примеси в обычной воде влияют на протекание электрохимических реакций. Поэтому для разбавления серной кислоты в приборе подходит дистиллятор. Он позволяет продлить срок службы агрегата.
  2. Очищенным составом разбавляют концентрированный антифриз.
  3. Дистиллят входит в состав стеклоомывателей.
  4. Автокосметика, средства для обслуживания ТС, содержат в составе очищенную воду.

Заключение

Благодаря отличительным свойствам дистиллированной воды от обычной, ее применение широко распространено в различных сферах.

Очищенный состав обладает такими качествами, как отсутствие :

  • примесей,
  • бактерий,
  • микроорганизмов.

Это делает его идеальным по показаниям ppm и микробиологическим свойствам. Уникальность при кипении и замерзании, вызванная отсутствием осадка, позволяет применять состав в промышленности, медицине, обслуживании автомобилей.

пластичность — Химическая энциклопедия


Источник:
Химическая энциклопедия
на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. ПЛАСТИЧНОСТЬ —
    ПЛАСТИЧНОСТЬ (от греч. plastikos — годный для лепки, податливый) — свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием механических нагрузок. Пластичность определяет возможность обработки материалов давлением (ковки, прокатки и др.).
    Большой энциклопедический словарь
  2. Пластичность —
    Такое свойство твердых тел, которое дает возможность при посредстве давления давать им ту или другую форму, сохраняемую ими более или менее продолжительное, иногда даже неопределенно долгое время.
    Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
  3. пластичность —
    Пласт/и́ч/н/ость/.
    Морфемно-орфографический словарь
  4. Пластичность —
    В физиологии — свойство клеток, органов и тканей изменять в известных пределах уровень своего функционирования для поддержания гомеостаза при изменениях условий окружающей среды.
    Медицинская энциклопедия
  5. ПЛАСТИЧНОСТЬ —
    ПЛАСТИЧНОСТЬ, способность металлов и некоторых других материалов растягиваться без уменьшения прочности. Говорят, что медь обладает тягучестью, поскольку она легко вытягивается в проволоку, а золото и серебро являются еще более тягучими.
    Научно-технический словарь
  6. пластичность —
    [< гр.: см. пластичный] – способность твёрдого тела (глины, воска, металла, размягчённого нагревом, и т. п.) принимать под давлением и сохранять приданные ему формы при неизменяемом объёме
    Большой словарь иностранных слов
  7. пластичность —
    Пластичность, пластичности, пластичности, пластичностей, пластичности, пластичностям, пластичность, пластичности, пластичностью, пластичностями, пластичности, пластичностях
    Грамматический словарь Зализняка
  8. пластичность —
    ПЛАСТ’ИЧНОСТЬ, пластичности, мн. нет, ·жен. ·отвлеч. сущ. к пластичный. Пластичность движений. Пластичность художественного изображения. Пластичность раскаленного добела железа.
    Толковый словарь Ушакова
  9. Пластичность —
    I Пласти́чность (от греч. plastikós — годный для лепки, податливый, пластичный) свойство твёрдых тел необратимо изменять свои размеры и форму (т. е. пластически деформироваться) под действием механических нагрузок.
    Большая советская энциклопедия
  10. ПЛАСТИЧНОСТЬ —
    (от греч. plastikos — годный для лепки, податливый), свойство материалов тв. тел сохранять часть деформации при снятии нагрузок, к-рые её вызвали. Пластич.
    Физический энциклопедический словарь
  11. пластичность —
    орф. пластичность, -и
    Орфографический словарь Лопатина
  12. пластичность —
    пластичность ж. Отвлеч. сущ. по прил. пластичный 2., 3., 4., 5.
    Толковый словарь Ефремовой
  13. пластичность —
    См. пластика
    Толковый словарь Даля
  14. пластичность —
    -и, ж. Свойство по знач. прил. пластичный. Пластичность статуи. Пластичность движений. Пластичность глины. □ Простота, лаконизм и пластичность Чехова изумляли его читателей. Бондарев, «Романы» Чехова.
    Малый академический словарь
  15. Пластичность —
    (от греч. plastikуs — годный для лепки, податливый, пластичный), качество, присущее скульптуре, художественная выразительность объёмной формы, гармоничное соотношение выразительности моделировки с весомостью, внутренней наполненностью…
    Художественная энциклопедия
  16. пластичность —
    сущ., кол-во синонимов…
    Словарь синонимов русского языка

Классификация и состав пластовых вод

Пластовые воды классифицируют по нескольким показателям:

  • месту залегания;
  • химическому составу;
  • содержанию солей и концентрации.

Классификация по месту залегания

Подземные воды разделяют на ненапорные, пластовые напорные и технические. Ненапорные — это грунтовые воды, обычно слабоминерализованные или пресные, которые залегают выше первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на водоупорном слое. Пластовые напорные воды бывают:

  • краевые, располагаются по внешнему и внутреннему краю продуктивного пласта;
  • подошвенные, залегают в плоскости под залежью нефти;
  • промежуточные, расположены внутри нефтеносного пласта;
  • верхние и нижние, находятся над и под нефтеносным пластом и никак не взаимодействуют с ним;
  • тектонические, движутся из области высокого давления в низкое по геотектоническим трещинам земной коры.

Классификация по химическому составу

В зависимости от места залегания, пластовые воды характеризуются неоднородным химическим составом. Среди химических элементов, которыми насыщены воды месторождений, преобладают натрий, калий, магний, кальций, железо, алюминий, хлор, сера, азот, бром, йод, кислород, углерод, водород. Эти элементы присутствуют в водах в виде солей:

  • хлоридов натрия, калия, магния, кальция;
  • сульфатов кальция, магния, натрия;
  • карбонатов натрия, калия, кальция, магния;
  • гидрокарбонатов натрия, калия;
  • сульфидов железа и кальция.

Также в пластовых водах содержатся растворенные газы, основными из которых являются азот, углекислый газ и сероводород.

Классификация по солевому составу и минерализации

Пластовые воды характеризуются большой концентрацией солей. По степени минерализации воды месторождений делятся на пять групп:

  • Хлоридно-натриевые, концентрация > 100 г/л.
  • Хлоридно-кальциевые, концентрация > 100 г/л.
  • Хлоридно-натриевые, концентрация 100-50 г/л.
  • Хлоридно-натриевые, концентрация 50-10 г/л.
  • Хлоридно-натриевые, концентрация 10-1 г/л.

Они содержат большое количество хлора, натрия, йода, брома, аммония, сероводорода, соли нафтеновых кислот и растворенные углеводородные газы.

Характеристики и состав пластовой воды

К базовым характеристикам пластовых вод, по которым следует ориентироваться при их дальнейшей обработке, является общая минерализация воды, содержание основных ионов и прочие показатели. Минерализация и химический состав воды в большой степени влияет на ее физические свойства.

Таблица 1. Состав пластовых вод

Характеристика Показатели
Плотность воды при 20 °С 1,121 г/см³
рН 5,7
Минерализация 172,3 г/дм³
HCO₃⁻ 73,33 мг/дм³
Cl⁻ 105506,12 мг/дм³
SO₄²⁻ 267,58 мг/дм³
Са²⁺ 11664,78 мг/дм³
Mg²⁺ 3145,8 мг/дм³
Na⁺ + K⁺ 51413 мг/дм³
Fе общ. 1,30 мг/дм³

Высокая степень минерализации придает водам способность к вымыванию, что делает их особенно эффективными для закачивания обратно в пласт. С другой стороны, высоко минерализованная вода вызывает осадок солей в призабойной зоне пласта, чем снижает его проницаемость.

Справочник по воде — Источники воды, примеси и химический состав

Обильные запасы пресной воды необходимы для развития промышленности. Огромные количества требуются для охлаждения продуктов и оборудования, для технологических нужд, для питания котлов, а также для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

ПЛАНЕТАРНЫЙ ВОДНЫЙ ЦИКЛ

Промышленность — небольшой участник глобального круговорота воды. Конечное количество воды на планете участвует в очень сложной схеме рециркуляции, которая предусматривает ее повторное использование.Такой оборот воды называется «гидрологическим циклом» (см. Рис. 1-1).

Испарение под действием солнечного света переводит воду из жидкой фазы в газообразную. Вода может конденсироваться в облака при понижении температуры в верхних слоях атмосферы. Ветер переносит воду на большие расстояния, прежде чем выпустить ее в виде осадков. Когда вода конденсируется и падает на землю, она поглощает газы из окружающей среды. Это основная причина кислотных дождей и кислотного снега.

ВОДА КАК РАСТВОРИТЕЛЬ

Чистая вода (h30) не имеет цвета, вкуса и запаха. Он состоит из водорода и кислорода. Поскольку вода загрязняется веществами, с которыми она контактирует, ее нельзя использовать в чистом виде. В некоторой степени вода может растворять все естественные вещества на Земле. Из-за этого свойства воду называют «универсальным растворителем». Несмотря на свою пользу для человечества, платежеспособность воды может представлять серьезную угрозу для промышленного оборудования.Реакции коррозии вызывают медленное растворение металлов водой. Реакции осаждения, которые приводят к образованию накипи на теплопередающих поверхностях, представляют собой изменение растворяющей способности воды при изменении ее температуры. Борьба с коррозией и накипью является основным направлением технологии очистки воды.

ПРИМЕСЕЙ ВОДЫ

Примеси воды включают растворенные и взвешенные твердые частицы. Бикарбонат кальция — растворимая соль. Раствор бикарбоната кальция прозрачен, потому что кальций и бикарбонат присутствуют в виде ионов с атомными размерами, которые недостаточно велики для отражения света.Некоторые растворимые минералы придают раствору цвет. Растворимые соли железа дают бледно-желтые или зеленые растворы; некоторые соли меди образуют сильно синие растворы. Хотя эти решения окрашены, они прозрачны. Взвешенные твердые вещества — это вещества, которые не полностью растворяются в воде и присутствуют в виде частиц. Эти частицы обычно придают воде видимую мутность. Растворенные и взвешенные твердые частицы присутствуют в большинстве поверхностных вод. Морская вода очень богата растворимым хлоридом натрия; взвешенный песок и ил делают его слегка мутным.Обширный список растворимых и взвешенных примесей, содержащихся в воде, приведен в Таблице 1-1.

Таблица 1-1. Общие примеси, содержащиеся в пресной воде.

Окалина

Учредительный

Химическая формула

Возникшие трудности

Средства лечения

Мутность не выражается в анализе в единицах придает воде неприглядный вид; отложения в водопроводах, технологическом оборудовании и т. д.; мешает большинству процессов использования коагуляция, отстаивание и фильтрация
Твердость соли кальция и магния, выраженные как CaCO 3 главный источник накипи в теплообменном оборудовании, котлах, трубопроводах и т.д .; образует творог с мылом, препятствует окрашиванию и т. д. умягчение; деминерализация; внутренняя очистка котловой воды; поверхностно-активные вещества
Щелочность

бикарбонат (HCO 3 ), карбонат (CO 3 2- ) и гидроксид (OH ), выраженные как CaCO 3

пена и унос твердых частиц паром; охрупчивание котельной стали; бикарбонат и карбонат производят CO 2 в паре, что является источником коррозии в конденсатопроводах известковое и известково-содовое умягчение; кислотная обработка; умягчение водородного цеолита; деминерализация и дещелачивание анионным обменом
Свободная минеральная кислота H 2 SO 4 , HCI.и т.д., выраженные как CaCO 3 коррозия нейтрализация щелочами
Двуокись углерода CO 2 Коррозия в водяных линиях, особенно в линиях пара и конденсата аэрация, деаэрация, нейтрализация щелочами
PH Концентрация ионов водорода, определяемая как: pH варьируется в зависимости от кислых или щелочных твердых веществ в воде; pH большинства природных вод составляет 6.0-8,0 pH может быть увеличен щелочами и уменьшен кислотами
сульфат СО 4 2- увеличивает содержание твердых веществ в воде, но само по себе обычно не является значительным, соединяется с кальцием с образованием отложений сульфата кальция деминерализация, обратный осмос, электродиализ, испарение
Хлорид Класс увеличивает содержание твердых частиц и увеличивает коррозионный характер воды деминерализация, обратный осмос, электродиализ, испарение
Нитрат НЕТ 3 увеличивает содержание твердых веществ, но обычно не имеет большого промышленного значения: высокие концентрации вызывают метгемоглобинемию у младенцев; применяется для контроля охрупчивания металла котла деминерализация, обратный осмос, электродиализ, испарение
фторид ф. причина пятнистой эмали зубов; также используется для борьбы с кариесом: в промышленных масштабах обычно незначительно адсорбция гидроксидом магния, фосфатом кальция или костной сажей; коагуляция квасцов
Натрий Na + увеличивает содержание твердых частиц в воде: в сочетании с OH вызывает коррозию в котлах при определенных условиях. деминерализация, обратный осмос, электродиализ, испарение
кремнезем SiO 2 в котлах и системах водяного охлаждения; нерастворимые отложения на лопатках турбины из-за испарения кремнезема горячее и теплое технологическое удаление солями магния; адсорбция высокоосновными анионообменными смолами в сочетании с деминерализацией, обратным осмосом, испарением
Утюг Fe 2+ (железо)
Fe 3+ (железо)
обесцвечивает воду при выпадении осадков; источник отложений в водопроводах, котлах.так далее.; мешает окрашиванию, дублению, производству бумаги и т. д. аэрация; коагуляция и фильтрация; умягчение извести; катионный обмен; контактная фильтрация; поверхностно-активные вещества для удержания железа
Марганец млн 2+ то же, что и утюг то же, что и железо
Алюминий AI 3+ обычно присутствует в результате уноса хлопьев из осветлителя; может вызывать отложения в системах охлаждения и способствовать образованию сложных отложений на котле Улучшенная работа очистителя и фильтра
Кислород О 2 Коррозия водоводов, теплообменного оборудования, котлов, обраток и др. деаэрация; сульфит натрия; ингибиторы коррозии
Сероводород H 2 S причина запаха «тухлого яйца»; коррозия аэрация; хлорирование; высокоосновной анионообменник
Аммиак NH 3 Коррозия сплавов меди и цинка за счет образования комплексного растворимого иона катионный обмен с водородным цеолитом; хлорирование; деаэрация
Растворенные твердые вещества нет относится к общему количеству растворенного вещества, определяемому испарением; высокие концентрации нежелательны из-за вмешательства в процесс и как причина пенообразования в котлах умягчение и катионный обмен извести водородным цеолитом; деминерализация, обратный осмос, электродиализ, испарение
Взвешенные вещества нет относится к количеству нерастворенных веществ, определенному гравиметрически; отложения в теплообменном оборудовании, котлах, водопроводах и т. д. просадок; фильтрация, обычно предшествующая коагуляции и отстаиванию
Всего твердых веществ нет означает сумму растворенных и взвешенных твердых частиц, определенную гравиметрически. см. «Растворенные твердые вещества» и «Взвешенные твердые вещества».

Поверхностные воды

Окончательное течение дождя или тающего снега зависит от характера местности, по которой он течет. На участках, состоящих из плотно утрамбованной глины, очень мало воды проникает в землю.В этих случаях вода образует «сток». Сток собирается в ручьи и реки. Реки впадают в заливы и эстуарии, а вода в конечном итоге возвращается в море, завершая одну из основных фаз гидрологического цикла, показанного на рис. 1-1.

По мере того, как вода стекает по поверхности, она поднимает и поднимает частицы песка и почвы, образуя ил в поверхностных водах. Кроме того, поток разрушает скалистые поверхности, производя больше песка. Когда поверхностная вода каскадирует по камням, она аэрируется.Сочетание кислорода, неорганических питательных веществ, вымываемых из почвы, и солнечного света поддерживает самые разные формы жизни в воде, включая водоросли, грибы, бактерии, мелких ракообразных и рыбу.

Часто русла рек покрыты деревьями, а водосборные бассейны, питающие реки, засажены деревьями. Листья и хвоя сосны составляют большую часть биологической составляющей воды. После растворения в воде этот материал становится основной причиной загрязнения ионообменной смолы, используемой при очистке воды.

Физические и химические характеристики загрязнения поверхностных вод значительно меняются со временем. Внезапный шторм может вызвать резкое краткосрочное изменение состава водоснабжения. В течение более длительного периода времени химический состав поверхностных вод меняется в зависимости от времени года. В периоды обильных дождей наблюдается обильный сток. Это может иметь благоприятное или неблагоприятное влияние на характеристики воды в зависимости от геохимии и биологии местности.

Химический состав поверхностных вод также меняется в зависимости от многолетних или многолетних циклов засухи и осадков.Продолжительные периоды засухи серьезно влияют на доступность воды для промышленного использования. Там, где реки впадают в океан, вторжение соленой воды вверх по реке в периоды засухи создает дополнительные проблемы. Промышленные пользователи должны учитывать изменчивость поверхностных вод при проектировании водоочистных сооружений и программ.

Подземные воды

Вода, попадающая на пористые поверхности, такие как песок или супеси, стекает или просачивается в землю.В этих случаях вода встречает большое количество минералов, расположенных сложными слоями или пластами. Минералы могут включать гранит, гнейс, базальт и сланец. В некоторых случаях под непроницаемой глиной может находиться слой очень проницаемого песка. Вода часто движется по сложной трехмерной траектории в земле. Наука гидрология подземных вод включает в себя отслеживание этих движений воды.

Таблица 1-2. Сравнение характеристик поверхностных и подземных вод.

Характеристика

Поверхностные воды

Грунтовые воды

Мутность высокая низкий
Растворенные минералы низкий-средний высокая
Биологическое содержание высокая низкий
Временная изменчивость очень высокий низкий

В отличие от поверхностных вод, подземные воды относительно свободны от взвешенных загрязняющих веществ, поскольку они фильтруются по мере движения через пласт.Фильтрация также удаляет большую часть биологического загрязнения. Некоторые подземные воды с высоким содержанием железа содержат сульфатредуцирующие бактерии. Они являются источником загрязнения и коррозии в промышленных системах водоснабжения.

Химический состав подземных вод имеет тенденцию быть очень стабильным с течением времени. Подземные воды могут содержать нежелательный уровень твердых частиц, образующих накипь, но благодаря довольно стабильному химическому составу их можно эффективно очистить.

Минеральные реакции: Когда грунтовые воды сталкиваются с различными минералами, они растворяют их в соответствии с их характеристиками растворимости.В некоторых случаях происходят химические реакции, повышающие растворимость минералов.

Хороший пример — реакция грунтовых вод с известняком. Вода, просачивающаяся с поверхности, содержит атмосферные газы. Одним из этих газов является диоксид углерода, который при растворении в воде образует угольную кислоту. Разложение органического вещества под поверхностью — еще один источник углекислого газа. Известняк представляет собой смесь карбоната кальция и магния. Минерал, который является основным, мало растворяется в нейтральной воде.Слабокислые грунтовые воды вступают в реакцию с основным известняком в реакции нейтрализации, в результате чего образуется соль и вода нейтрализации. Соль, образующаяся в результате реакции, представляет собой смесь бикарбоната кальция и магния. Оба бикарбоната хорошо растворимы. Эта реакция является источником наиболее распространенных проблем, связанных с отложениями и коррозией, с которыми сталкиваются промышленные пользователи. Кальций и магний (жесткость) образуют накипь на поверхностях теплопередачи, если грунтовые воды не обрабатываются перед использованием в промышленных системах охлаждения и котельных.В системах подачи питательной воды котла термическое разложение бикарбоната в котле приводит к высокому уровню диоксида углерода в системах возврата конденсата. Это может вызвать сильную коррозию системы.

Структурно известняк пористый. То есть в нем есть небольшие отверстия и каналы, называемые «пустотами». Большое известняковое образование может удерживать в своей структуре огромное количество грунтовых вод. Образования известняка, которые содержат такое большое количество воды, называются водоносными горизонтами — термин, образованный от латинского корня, означающего водоносность.

Если пробурить скважину в известняковом водоносном горизонте, вода может непрерывно забираться в течение десятилетий и использоваться для бытовых и промышленных целей. К сожалению, вода очень жесткая из-за описанных выше реакций нейтрализации / растворения. Это требует обширной обработки воды для большинства применений.

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

Необходимо провести многочисленные химические тесты, чтобы гарантировать эффективный контроль программы очистки воды. Большинство этих тестов подробно рассматривается в главах 39-71.Из-за их важности для многих систем здесь также обсуждаются три теста: pH, щелочность и диоксид кремния.

Контроль pH

Хороший контроль pH необходим для эффективного контроля отложений и коррозии во многих водных системах. Поэтому важно хорошо понимать значение pH и факторы, которые на него влияют.

Чистый h3O существует как равновесие между разновидностью кислоты H + (более правильно выраженной как протонированная молекула воды, ион гидроксония, h40 +) и гидроксильным радикалом OH -.В нейтральной воде концентрация кислоты равна концентрации гидроксила, и при комнатной температуре они оба присутствуют в количестве 10-7 грамм-эквивалентов (или молей) на литр.

Функция «p» используется в химии для обработки очень малых чисел. Это отрицательный логарифм выражаемого числа. Считается, что вода, имеющая 10-7 грамм-эквивалентов на литр ионов водорода, имеет pH 7. Таким образом, нейтральный раствор показывает pH 7. В таблице 1-3 приведена концентрация H + на 14 порядков.При изменении концентрация OH — также должна изменяться, но в противоположном направлении, так что произведение двух остается постоянным.

Таблица 1-3. Соотношение pH.

pH a

H + Концентрация в экспоненциальном представлении, грамм-моль / л

H + Концентрация, нормальность

OH Концентрация, нормальность

OH Концентрация, экспоненциальная запись, грамм-моль / л

pOH

0

10 0

1 0.00000000000001

10 -14

14
1

10 -1

0,1 0,0000000000001

10--13

13
2

10 -2

0,01 0,000000000001

10--12

12
3

10 -3

0.001 0,00000000001

10 -11

11
4

10 -4

0,0001 0,0000000001

10 -10

10
5

10 -5

0,00001 0,000000001

10 -9

9
6

10 -6

0.000001 0,00000001

10 -8

8
7

10 -7

0,0000001 0,0000001

10 -7

7
8

10 -8

0,00000001 0,000001

10 -6

6
9

10 -9

0.000000001 0,00001

10 -5

5
10

10 -10

0,0000000001 0,0001

10 -4

4
11

10 -11

0,00000000001 0,001

10 -3

3
12

10 -12

0.000000000001 0,01

10 -2

2
13

10 -13

0,0000000000001 0,1

10 -1

1
14

10 -14

0,00000000000001 1

10 0

0

a pH + pOH = 14.

Путаница относительно pH возникает из двух источников:

  • обратный характер функции
  • шкала pH-метра

Важно помнить, что по мере увеличения концентрации кислоты значение pH уменьшается (см. Таблицу 1-4).

Таблица 1-4. Сравнительные уровни pH обычных растворов.

12 OH — щелочность 500 ppm как CaCO 3
11 OH — щелочность 50 ppm по CaCO 3
Columbus.OH, питьевая вода, a
10 OH — щелочность 5 ppm как CaCO 3
9 Сильноосновные анионообменные стоки
8 конечная точка фенолфталеина
7 нейтральная точка при 25 ° C
6 Weymouth, NIA, питьевая вода, a
5 конечная точка метилового оранжевого
4 FMA 4 ppm как CaCO 3
3 FMA 40 частей на миллион в виде CaCO 3
стоки из сильнокислых катионитов
2 FMA 400 ppm как CaCO 3

a Экстремальные значения pH питьевой воды

Измеритель pH может быть источником путаницы, потому что шкала pH на измерителе линейна и простирается от 0 до 14 с равномерным шагом.Поскольку pH является логарифмической функцией, изменение единицы pH соответствует 10-кратному изменению концентрации кислоты. Уменьшение на 2 единицы pH означает 100-кратное изменение концентрации кислоты.

Щелочность

Испытания на щелочность используются для контроля процессов известково-содового умягчения и продувки котла, а также для прогнозирования возможности образования накипи кальция в системах охлаждающей воды. Для большинства водных систем важно распознавать источники щелочности и поддерживать надлежащий контроль щелочности.

Двуокись углерода растворяется в воде в виде газа. Растворенный диоксид углерода реагирует с молекулами растворителя воды и образует угольную кислоту в соответствии со следующей реакцией:

CO2 + h3O = h3CO3

Образуется лишь следовое количество угольной кислоты, но она достаточно кислая, чтобы понизить pH с нейтральной точки 7. Угольная кислота является слабой кислотой, поэтому она не снижает pH ниже 4,3. Однако этот уровень достаточно низок, чтобы вызвать значительную коррозию металлов системы.

Если начальная загрузка CO2 поддерживается постоянной, а pH повышается, происходит постепенное превращение в бикарбонат-ион HCO3-. Это показано на Рисунке 1-2.

Превращение завершено при pH 8,3. Дальнейшее повышение pH вызывает второе превращение в карбонат, CO32-. Угольная кислота, бикарбонат и карбонат трех видов могут быть преобразованы из одного в другой посредством изменения pH воды.

Колебания pH могут быть уменьшены за счет «буферизации» добавления кислоты (или каустика).Когда кислота (или каустик) добавляется в воду, содержащую карбонат / бикарбонат, pH системы не изменяется так быстро, как в чистой воде. Большая часть добавленной кислоты (или каустика) расходуется при изменении соотношения карбонат / бикарбонат (или бикарбонат / угольная кислота).

Щелочность — это способность природной воды нейтрализовать кислоту (т. Е. Снижать снижение pH, ожидаемое от сильной кислоты посредством упомянутого выше буферного механизма). Путаница возникает из-за того, что щелочные условия pH существуют при pH выше 7, тогда как щелочность в природной воде существует при pH выше 4.4.

Щелочность измеряется двойным титрованием; кислота добавляется к образцу до конечной точки фенолфталеина (pH 8,3) и конечной точки метилового оранжевого (pH 4,4). Титрование до конечной точки фенолфталеина (Р-щелочности) измеряет ОН- и 1/2 СО32-; титрование до конечной точки метилового оранжевого (М-щелочности) измеряет OH , CO 3 2- и HCO 3 .

Кремнезем

При неправильном контроле кремнезем образует хорошо изолирующие, трудно удаляемые отложения в системах охлаждения, котлах и турбинах.Понимание некоторых возможных вариаций в испытании диоксида кремния очень важно.

Большинство солей, хотя и присутствуют в виде сложных кристаллических структур в твердой фазе, принимают в растворе довольно простые ионные формы. Кремнезем имеет сложную структуру даже в растворе.

Кремнезем существует в широком диапазоне структур, от простого силиката до сложного полимерного материала. Полимерная структура может сохраняться, когда материал растворяется в поверхностных водах.

Размер кремнеземного полимера может быть значительным, вплоть до коллоидного состояния.Коллоидный кремнезем редко присутствует в грунтовых водах. Чаще всего он присутствует в поверхностных водах в периоды большого стока.

Полимерная форма диоксида кремния не дает цвета в стандартном колориметрическом тесте на основе молибдата для диоксида кремния. Эта форма кремнезема называется «инертной». Полимерная форма кремнезема не является термически стабильной и при нагревании в бойлере превращается в основной силикатный мономер, который вступает в реакцию с молибдатом.

В результате молибдатные испытания питательной воды котла могут выявить небольшое количество кремнезема или его отсутствие, в то время как измерения продувки котла показывают уровень кремнезема, превышающий контрольные пределы.Высокий уровень содержания диоксида кремния в котловой воде и низкие показатели питательной воды часто являются первым признаком того, что в подпитке присутствует коллоидный диоксид кремния.

Одним из методов выявления проблем с коллоидным диоксидом кремния является использование атомной эмиссии или абсорбции для измерения диоксида кремния в питательной воде. Этот метод, в отличие от химии молибдата, позволяет измерять общее содержание кремнезема независимо от степени полимеризации.

Узнайте больше о различных отраслях промышленности, обслуживаемых различными системами очистки воды SUEZ.

Рисунок 1-1.Глобальный водный цикл. (Источник: Геологическая служба США)

.
Икс

Рисунок 1-2. Распределение угольной кислоты, бикарбоната и карбоната в зависимости от pH.

Икс

.

Учебник по химии

Учебник по химии

Химия воды

Полярность воды

Вода имеет простую молекулярную структуру. Он состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
Каждый атом водорода ковалентно связан с кислородом через общую пару электронов.
Кислород также имеет две неподеленные пары электронов. Таким образом, есть 4 пары электронов, окружающих
атом кислорода, две пары, участвующие в ковалентных связях с водородом, и две неподеленные пары на
противоположная сторона атома кислорода.Кислород — это «электроотрицательный» или «любящий электроны» атом по сравнению с водородом.

Вода — это «полярная» молекула, что означает неравномерное распределение.
электронной плотности. Вода имеет частичный отрицательный заряд ()
вблизи атома кислорода из-за неподеленных пар электронов и частичного
положительные заряды () рядом
атомы водорода.

Электростатическое притяжение между частичным положительным зарядом около атомов водорода и
частичный отрицательный заряд вблизи кислорода приводит к образованию водородной связи, как показано на
иллюстрация.

Способность ионов и других молекул растворяться в воде обусловлена ​​полярностью. Например,
на иллюстрации ниже хлорид натрия показан в его кристаллической форме и растворен в воде.

Многие другие уникальные свойства воды связаны с водородными связями. Например, льды поплавки
потому что водородные связи удерживают молекулы воды
в твердом теле больше, чем в жидкости, где на молекулу приходится на одну водородную связь.Уникальные физические свойства, включая высокую теплоту испарения, сильное поверхностное натяжение, высокую удельную теплоемкость и почти универсальные свойства растворителя воды.
также связаны с водородными связями. Гидрофобный эффект или исключение соединений, содержащих
углерод и водород (неполярные соединения) — еще одно уникальное свойство воды, обусловленное водородными связями. Гидрофобный эффект особенно
важен в формировании клеточных мембран. Лучшее описание — сказать, что вода «сжимает» неполярные молекулы вместе.

Кислоты и основания, ионизация воды

  • Кислотное выделение H +
  • Основания принимают H +

Мы определяем pH раствора как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода.

  • при pH 7,0, раствор нейтральный
  • при более низком pH (1-6) раствор кислый
  • при более высоком pH (8-14) раствор щелочной


Биологический проект

Кафедра биохимии и молекулярной биофизики
Аризонский университет
Исправлено: 28 января 2003 г.
Связаться с командой разработчиков

http: // www.biology.arizona.edu

Авторское право на все содержимое © 1997-2003. Все права защищены.

.

Пластичность

Весь глоссарий

Пластичность (в керамике) — свойство мягкой глины. Приложенная сила вызывает изменение формы, и глина не проявляет тенденции к возвращению к старой форме. Эластичность — наоборот.

Детали

Этот термин используется в отношении глин (или, чаще, тел, которые представляют собой смесь частиц глины, полевого шпата и кремнезема) и их способности принимать новую форму без какой-либо тенденции к возвращению к старой (эластичность).Пластичность является продуктом электролитического характера плоских частиц глины (у них противоположные заряды на гранях и краях), она придает им сродство к воде, вода становится как клеем, удерживающим частицы вместе, так и смазкой, которая придает пластичность. Есть много более тонких моментов в понимании динамики пластичности, и их трудно измерить с помощью испытательного оборудования. Только после большой кропотливой работы по тестированию множества комбинаций материалов можно начать понимать сложные факторы, которые взаимодействуют, создавая различные виды пластичности, которые мы можем обнаружить, и как они соотносятся с другими свойствами тела или материала. (е.г. прочность в сухом состоянии, усадка при сушке, твердость, LOI и т. д.). Когда человек хорошо разбирается в своих материалах (особенно доступных ему шариках из глины, каолинов и бентонитов), можно создавать тела большей пластичности, которые имеют меньшую усадку при сушке и лучшие характеристики сушки.

В промышленности пластичность часто измеряют просто по тому, как глина ведет себя в формовочных машинах, как она сохнет и по ее липкости. Чтобы экстраполировать пластичность, технические специалисты обращаются к информации о размере, форме и площади частиц в технических паспортах.Однако гончары считают, что просто бросить два образца глины на гончарный круг более практичный способ сравнить пластичность. Сотрудники лабораторий производственных компаний рассматривают пластичность как числа на бумаге, они часто предполагают, что пластичность зависит только от размера частиц (а не от их идентичности), и поэтому часто не так хорошо осведомлены об этом, как гончары. Пластиковые глины отзывчивы, большие тонкие куски можно изготавливать (и изготавливать быстрее), мокрые куски можно перемещать без чрезмерной деформации, а пластмассовые глины легче центрируются во время метания.Непластиковые глины имеют тенденцию раскалываться по краям во время расклинивания и раскатывания, они создают много скольжения, их труднее центрировать во время метания, они более дряблые и нечувствительные и требуют более тщательной обработки на последних стадиях процесса.

Опять же, пластичность в основном, но не только, зависит от размера частиц (обычно глины с более мелкими конечными размерами частиц более пластичны). Его природа также является продуктом того, как выражаются химический состав поверхности и электролитический заряд частиц, форма частицы, минералогия частиц и присутствие примесных непластичных частиц в матрице.Можно продемонстрировать тот факт, что идентичность частиц (а не их размер) является ключевым фактором пластичности. Шаровая мельница неглинистого материала до субмикронных размеров частиц не делает его пластичным. Измельчение каолина в шаровой мельнице до размеров частиц бентонита не даст ему пластичности даже близко к бентониту. Другой пример, который демонстрирует, что природа частиц такая же или более важная, как их размер: вы можете пластифицировать силикат циркония или кальцинированный оксид алюминия, используя только 3-4% Veegum! Ясно, что природа частиц смеси основного материала, к которой добавляется глина, имеет большое значение в том, насколько эффективно пластифицирующее действие.

Для пластификации частиц глины разного размера требуется разное количество воды. Но частицы разной природы, то есть чьи электролитические поверхности по-разному реагируют с водой, также требуют разного количества воды. Это еще одна область, в которой гончар видит пластичность иначе, чем техник в лаборатории керамической компании. Первый ищет значения WOPL (вода с пластичностью) в технических паспортах (показатель количества воды, необходимого для изготовления пластика исходного материала, например.г. 26 грамм на 100 грамм глины). Однако гончар видит в содержании воды просто показатель жесткости глиняного тела, ему все равно, содержит ли тело 21% или 23% воды, при условии, что это та жесткость, которая ему нужна. Если посмотреть на показатели WOPL для различных глин, можно предположить, что для фарфора требуется гораздо больше воды, чем для керамики и фаянса. Но это не так, этот автор заметил, что почти все глиняные тела, от грубого керамогранита до тонкого фарфора, требуют около 20-22% воды для броска.Также, что числа WOPL не являются отличным показателем пластичности. В этом можно убедиться, просто набросив на гончарный круг различные глиняные, каолиновые, керамические и фаянсовые материалы. Степень наблюдаемой пластичности не будет хорошо соотноситься с числами WOPL в технических паспортах (например, резкие различия в пластичности будут лишь небольшими различиями в WOPL).

Обычно для создания тела или фарфора для пластической формовки требуется 50% или более глины (под «пластической формовкой» мы подразумеваем тело, достаточно пластичное, чтобы гончар мог без труда вытащить его в высокий тонкий цилиндр).Добавление бентонитов может снизить потребность в глине до 40% от общего количества.

Бентониты — самая пластичная обычная глина. Каолины наименее пластичны. Глины разной пластичности обладают совершенно разными свойствами. Например, шарики из глины очень пластичны, но они дают усадку, так как чистый материал часто так сильно высыхает, что невозможно предотвратить образование трещин. Бентониты обладают таким высоким сродством к воде, что на сушку образца может уйти неделя, и он может уменьшиться вдвое.Каолины могут высыхать за короткое время и иметь небольшую усадку, но они могут иметь гораздо меньшую прочность в сухом состоянии (доступны некоторые пластиковые каолины, но их пластичность обычно обусловлена ​​тем, что они содержат бентонит или имеют минералогический состав, близкий к шариковой глине). Таким образом, типичное тело из белой горящей глины может использовать как можно больше каолина для белизны, достаточно шариковой глины для достижения необходимой пластичности и, возможно, небольшую добавку бентонита для обеспечения точного контроля или минимизации необходимого количества шариковой глины.Керамическая глина из белого керамогранита может содержать как можно больше шариковой глины для достижения большой пластичности, но будет присутствовать некоторое количество каолина, чтобы уменьшить усадку при обжиге и улучшить водопроницаемость и высыхающие свойства. Белый фарфор для литья обычно изготавливается только из каолина (поскольку он не требует большой пластичности).

Два глиняных тела могут иметь одинаковую пластичность, но требуют различной обработки во время формования. Например, пластичность x (в фарфоровом корпусе) может быть достигнута с использованием всей глины и небольшого количества бентонита (в рецепте для составления глиняной части смеси), в то время как пластичность y может быть результатом использования только каолина с высоким процентным содержанием бентонит.Хотя можно вытащить кусок одинаковой высоты и одинаковой толщины стенки из обоих, есть важные аспекты второго, которые требуют рассмотрения. Этот тип смеси не может перемещаться так быстро при центрировании и вытягивании (во время бросания), особенно когда он более жесткий. За ручки нужно тянуть с осторожностью, чтобы не порвать. Хотя это не всегда так, этот тип тела часто дает очень небольшое скольжение во время броска.

Пластиковые глины обычно очень липкие. Термин «гамбо» относится к глинам, которые очень липкие (и поэтому накапливаются на шинах автомобилей).Однако верно и то, что некоторые непластичные глины также могут быть очень липкими. Новозеландский каолин является примером этого.

Гончары часто говорят о старении для улучшения пластичности глиняных тел. Но автор заметил, что старение важно только в том случае, если фарфор, например, настолько непластичен, что кто-то готов сделать что угодно, чтобы немного улучшить его. Но, как уже отмечалось, теперь у нас есть прекрасные бентониты, поэтому любое тело может быть настолько пластичным, насколько это необходимо. Прямо из мельницы.

Пластичность материала иногда упоминается в контексте его использования в рецептах глазури или керамических суспензиях. Это связано с тем, что пластиковые материалы содержат очень крошечные частицы, которые обладают электролитической активностью (например, крошечные магниты). Это свойство позволяет им взаимодействовать в суспензии, образуя сеть, которая удерживает другие частицы. А частицы глины затвердевают при высыхании кашицы. Интересно отметить, что свойства пластичных глин при высыхании и затвердевании обратимы. Сырую глазурь можно соскрести, снова смочить и снова нанести, она будет работать и во второй раз.И третий раз. Точно так же можно повторно использовать глиняные тела. В отличие от керамических порошков, которые отверждаются с использованием органических связующих, их можно формировать или наносить только один раз.

Испытания Аттерберга на пластичность и предельное содержание жидкости проводятся на почвах, но обычно не применимы к большинству керамических глин (поскольку они намного пластичнее).

Дополнительная информация

Невероятная пластичность бентонита. И урок это преподает.

20-сантиметровая ваза слева выброшена из того, что я считал очень пластичным, я добился почти такой же толщины сверху вниз (5 мм).Тот, что справа, был той же исходной высоты, 20 см. Но он высох всего до 18 см, сжимается на 14% (против 6% у другого). Самая тонкая часть стены у низа, всего 2мм! Как можно так тонко накинуть? Корпус состоит на 50% из шаровой глины и на 50% из бентонита. Сам по себе бентонит нельзя смешивать с водой, но можно смешать в сухом виде с мелкодисперсной шаровой глиной. На обезвоживание моего гипсового стола ушло около 4 дней. Это самый плохой сушильный корпус, который можно было бы использовать.Но вот урок: даже это можно сушить без трещин. Как? Один месяц под тканью и пластиком для обеспечения полного содержания воды! Это означает, что любое другое тело можно высушить без трещин, если сделать это достаточно равномерно.

Нелепо пластик! Как?

Ого, только что выкинул эту кружку из фарфора с 10% пластификатором Veegum (конечно, никто не мог себе этого позволить, это 15 долларов за фунт). Но в любом случае я испытывал крайности. Эти кружки при броске не перекручивались, можно было бы стенку посередине и сверху натянуть потоньше.Толщина стенок внизу составляет 2,3 мм (менее 3/32 дюйма)! Эта кружка имеет высоту 15 см (6 дюймов). Одна проблема: для высыхания требуется вечность.

Пластичность турбонаддува с использованием бентонита, гекторита, смектита.

Это полоски для испытаний на пористость и обожженную усадку, код которых пронумерован для записи данных в нашу групповую учетную запись на Insight-live.com. Plainsman P580 (вверху) содержит 35% глины и 17% американского каолина. H570 (ниже) содержит 10% шаровидной глины и 45% каолина, поэтому он горит белее (но имеет более высокую усадку в огне).P700 (третий вниз) содержит 50% каолина Grolleg и не содержит глины, он самый белый и имеет еще большую усадку при обжиге. В фарфоре из кризантоса (внизу, из Китая) также используется только каолин, но в гораздо меньшем количестве, поэтому он почти не пластичен (подходит только для машинного формования). Неужели H570 и P700 жертвуют пластичностью, чтобы быть белее? Нет, с добавлением бентонита они пластичнее, чем P580. Может ли этот нижний быть суперзаряженным? Да, 3-4% VeeGum или Bentone (смектит, гекторит) сделали бы его самым пластичным из всех (конечно, с высокой стоимостью).

Солнце. Принесено вам Plainsman Polar Ice!

Стенки очень тонкие, но для их тонкой подрезки не делалось. Почему? Это супер пластик. Другие утверждают, что они пластичны, но используют это слово в относительном смысле. Они имеют в виду немного менее дряблый, чем этот другой действительно дряблый фарфор! Полярный лед, если в нем правильное содержание воды (при необходимости, обезвожить его с помощью летучей мыши), достаточно прочен, чтобы бросить его размером с даже самые пластиковые керамические изделия. Может показаться невозможным, что такое полупрозрачное тело может быть таким же пластичным, как оно есть, прочтите его технический паспорт, чтобы узнать, как они это сделали.

Плитка № 6 Каолин — самый пластичный каолин, доступный в Северной Америке

Это дизайнерский каолин, при производстве в материал добавляют бентонит. Ваза изготовлена ​​из чистого материала, она очень тонкая и легкая. Обожженный цвет светлее, чем тот, который вы получаете, когда вы добавляете обычный сырой бентонит к другим менее пластичным каолинам (чтобы довести их до такой же степени пластичности).

Шариковая глина против каолинового фарфора на конусе 6

Слева: фарфор, пластифицированный с использованием только шариковой глины (Spinx Gleason и Old Hickory # 5).Справа: только каолин (в данном случае Grolleg). Каолины гораздо менее пластичны, поэтому для получения хорошей пластичности обычно требуется бентонит (например, 2-5%). Цвет может быть намного белее, если использовать чистый каолин, но есть и недостатки. Каолины имеют вдвое больший LOI, чем шаровые глины, поэтому существует больше газов, которые потенциально должны пузыриться через глазурь (фарфор из шаровой глины может давать блестящие стеклянные и чистые результаты в прозрачной глазури даже при быстром огне, в то время как чистые каолины могут образовывать крошечные ямочки в глазури. поверхность глазури, если обжигы не пропитались достаточно долго).Каолины, пластифицированные бентонитом, часто сохнут не так хорошо, как шаровые глины, хотя усадка при сушке обычно меньше. Как ни странно, даже несмотря на то, что шариковые глины намного тверже и прочнее в сухом состоянии, фарфор, изготовленный с использованием только шариковых глин, часто все еще нуждается в некотором количестве бентонита. Если вам не нужен очень белый результат, кажется, что гибрид, использующий оба варианта, по-прежнему является лучшим универсальным и недорогим решением.

Два пластификатора, два результата

Сравнение пластичности Volclay 325 Bentonite: Silica 25:75 (вверху) и Hectalite 200: Silica 50:50.Оба смешаны с порошком кремнезема. Последний (высокоочищенный бентонит) гораздо менее пластичен, хотя его процент в рецепте вдвое выше.

Тело из талька с низким воспламенением не обладает пластичностью при перемешивании, но не при отталкивании

Эту глину перемешали в миксере, а затем вылили на гипсовый стол для обезвоживания. Во время броска при растяжении она трескается, а при разрезании основы отслаивается. Тем не менее, когда эту же глину смешивают с водой и забрасывают в вакуумную мельницу для удаления воздуха, она работает хорошо.Можно подумать, что миксер для суспензии смачивает все поверхности частиц лучше, чем мельница, но кажется, что энергия, которую последний вкладывает в смесь, необходима для развития пластичности, когда в рецепте присутствует высокий процент талька.

У фарфора плохая пластичность ухудшается на этапе твердости кожи

Этот фарфор становится довольно хрупким из-за того, что он становится жестче, что затрудняет выполнение этих надрезов в кольце для ног. Это создает дополнительную работу по нанесению губки, когда она высохнет.Это также означает, что прочность в сухом состоянии будет низкой. Фарфор не обязательно должен быть таким, доступно множество бентонитов белого горения (хотя они увеличивают стоимость).

Тестер пластичности Пфефферкорна

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

Основанный на теории Пфефферкорна, это устройство измеряет деформацию образца пластичной глины при падении металлической пластины. Результаты обычно выражаются в виде графиков, показывающих уменьшение высоты в зависимости от содержания влаги. Проведение теста требует серьезной подготовки, ведения записей и умения эффективно измерять содержание воды.Интересно, что после компиляции данных для данного глиняного тела (которое, как считается, обладает постоянной пластичностью), результаты этого теста могут приблизительно соответствовать содержанию воды. Этот тестер также может быть полезен для глазурей, поскольку в них используется глина (что в большинстве случаев есть), они обладают пластичностью (именно поэтому они затвердевают при сушке и суспендируют в суспензии). Степень пластичности находится на грани между достаточной для обеспечения необходимой твердости в сухом состоянии, но не слишком высокой для образования трещин при высыхании.

Когда глиняные тела слишком липкие и пластичные, они не отделяются от летучих мышей

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

Это брошенное судно простояло на гипсовой бите почти 24 часа, но до сих пор не вышло.Летучая мышь была сухой. Его нужно было медленно отколоть плоским скребком (что несколько деформировало). Когда глиняные тела содержат много шаровидной глины и бентонита, они сохнут медленнее. Если довести это до крайности, это может замедлить производство.

Недостаточная пластичность приводит к растрескиванию поверхности при сушке

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

Этот товар изготовлен в Индии. Их гончарные традиции предполагают, что посуду можно сушить на солнце сразу после ее изготовления. Чтобы сделать это возможным, их глиняные тела обладают низкой пластичностью и большим размером частиц.Они научились работать с ними и считают их нормальными. Однако гончары на западе сочли бы такие тела непригодными для использования (они привыкли проявлять большую осторожность при сушке в обмен на большую пластичность). Однако, если индийские гончары позволят тонкой пластичной глиняной части рецепта тела слишком сильно упасть, тогда может возникнуть проблема с растрескиванием поверхности.

Albany Slip DFAC сухой диск

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

На нем показаны растворимые соли в материале и характерная картина растрескивания испытательного диска DFAC, изготовленного из глины с низкой пластичностью.Обратите внимание на то, что края сильно отслоились во время резки, это характерно для глин с очень низкой пластичностью.

Можно ли бросить циркопакс на гончарный круг? Да!

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

Эти тигли изготовлены из смеси 97% Zircopax (силикат циркония) и 3% Veegum T. Консистенция материала хороша для катания и изготовления плитки, но не достаточно пластична, чтобы бросать очень тонкие (поэтому я бы попробовал 4 % Veegum в следующий раз). Для обезвоживания гипсовой биты требуется много времени. Но это не похоже ни на что, что я мог бы сделать из любого другого материала.Они невероятно тугоплавкие (при обжиге по конусу 10 они выглядят как бисквитный фарфор). Однако у меня были смешанные результаты по устойчивости к тепловому удару.

Можно ли бросить глазурь Gerstley Borate? Да!

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

Worthington Clear — это популярная рецептура прозрачной глазури при слабом огне. Он содержит 55% бората Герстли плюс 30% каолина (борат Герстли плавится при очень низкой температуре, поскольку он является источником большого количества бора). ГБ тоже очень пластичен, как глина. Я забросила кастрюлю по этому рецепту! Это объясняет, почему глазури с высоким содержанием бората Gerstley часто сохнут так медленно и дают усадку и трескаются во время высыхания.Когда рецепты также содержат пластиковую глину, ширинкаге еще хуже. GB также малорастворим, со временем образует гель с глазурью. Бесчисленные гончары борются с рецептами Герстли Бората. Как мы могли это исправить? Во-первых, полностью или частично замените кальцинированный каолин неочищенным каолином (используя на 10% меньше, потому что у него нулевой LOI). Во-вторых: можно рассчитать рецепт, имеющий такой же химический состав, но получающий волшебный плавящийся оксид, бор, вместо этого из фритты.

Восемнадцать кружек Plainsman M390 из полбокса глины!

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

Ящики по 20 кг (22.68 фунтов). Плюс обрезков достаточно, чтобы сделать еще два. Это примерно 500 г глины на кружку. Они были обрезаны и покрыты ангобом (с использованием нашего стандартного ангоба Cone 6) и сушатся. Обратите внимание, что я обработал воском внешние поверхности некоторых ручек, чтобы замедлить их высыхание (чтобы они синхронизировались с самой кружкой). M390 скорее всего самый пластиковый родной корпус Plainsman. Хотя он не был слишком мягким, я на десять минут укрепил глину на гипсовой бите, чтобы сделать ее идеальной для меня при броске.

Сколько фарфоровых кружек в одной глиняной коробке?

A plasticity testing device, a weighted plate falls and deforms a plastic specimen

Это из пол коробки! 21 кружка от 10 кг ((весь лом сдан).Фарфор Polar Ice в два раза дороже других. Зачем это нужно? Потому что он настолько пластичен, что вы можете сделать больше деталей, гораздо больше, достаточно, чтобы с лихвой заплатить дополнительную стоимость глины. И вы можете брать больше за каждую штуку. Их отношение веса к вместимости составляет 1,09. Это означает, что сама кружка легче, чем вес воды, которую она может вместить (каждый 1 грамм обожженного фарфора может содержать 1,09 грамма воды). Это намного лучше, чем у большинства других глиняных тел.

Насколько пластик представляет собой чистый каолин? Можно ли использовать его в чистом виде для гончарного дела?

A small bowl thrown from pure kaolin

Чистые каолины — это глина.Кажется логичным, что «чистая глина» пластична. Однако большинство каолинов не пластичны (по сравнению с обычной глиной для метания или лепки). Это связано с тем, что они имеют сравнительно большой размер частиц (по сравнению с шариковыми глинами, бентонитами и т. Д.). Эта маленькая чаша была выброшена из каолина Плитки №6. Это, безусловно, самый пластичный каолин, доступный в Северной Америке. Его метательные свойства настолько хороши, что можно ввести в заблуждение, полагая, что из него можно делать гончарные изделия. К сожалению, если бы он пережил высыхание без трещин, он не прошел бы обжиг без этого.Он был выстрелен неглазурованным до конуса 6. Частицы чистого каолина плоские, и в процессе метания они располагаются концентрично к центру. Таким образом, усадка больше поперек, чем вдоль них. Для отделения частиц каолина нужен наполнитель. Все чистые каолины также являются огнеупорными, поэтому, даже если эта чаша не потрескалась, пористость этой детали очень высока, что совершенно непрактично для функциональной посуды (для развития обожженной зрелости нужен флюс, подобный полевому шпату).

Как может только 5% мелкого тела грога подходить для таких больших кусков?

A small bowl thrown from pure kaolin

Луиза Солецки Вейр работает над одной из своих больших скульптур.Скульпторы могут быть увлечены глиной, которую они используют. Не зря им есть что терять. Хотя может показаться, что Луизу больше всего беспокоят усадка при сушке и характеристики сушки (устойчивость к трещинам при высыхании), но это не так. Для нее первостепенное значение имеет возможность повторно смачивать высыхающие участки. И она научилась преодолевать проблемы сушки, связанные с высокой пластичностью, чтобы получить выгоду от гладкой текстуры, обрабатываемости и способности к повторному смачиванию. Насколько это пластик? Это смесь из пяти равных частей кварцевого песка / грога, шаровой глины, шамота Линкольна, слабо-красной глины и средней огненно-красной глины (без полевого шпата или кремнезема).Все четыре глины от высокой до суперпластичности. Усадка корпуса при высыхании составила бы 8%, если бы не 20% заполнителя (смесь мелкого песка 75 меш с небольшой добавкой мелкого грога 40 меш), который уменьшил бы его до 6,5%. Они имеют гораздо большую площадь поверхности, чем грубый грог, и обеспечивают каналы для возврата воды. Если вам нужен рецепт этого тела (непроизводственный), свяжитесь с нами.

Ссылки

Глоссарий Глина

Что такое глина? Чем отличается обычная грязь? Для керамики ответ лежит на микроскопическом уровне, определяя форму, размер частиц и то, как поверхности взаимодействуют с водой.
Глоссарий Усадка при высыхании

Глины, используемые в керамике, сжимаются при высыхании из-за упаковки частиц, возникающей при испарении воды между частицами. Избыточная или неравномерная усадка вызывает трещины.
Глоссарий Вода в керамике

Вода — важнейший керамический материал, она присутствует в каждом теле, глазури или ангобе и либо способствует, либо участвует почти во всех керамических процессах и явлениях.
Глоссарий Расщепление

Глоссарий Абсолютные частицы

Керамические частицы атлима мельче, чем можно измерить даже на сите 325 меш. Эти частицы играют ключевую роль в физическом присутствии материала.
Глоссарий Фарфор

Стандартный фарфор, используемый гончарами и для производства сантехники и столовой посуды, имеет удивительно похожие рецепты.Но их пластичность сильно различается.
Глоссарий Костяной фарфор

Керамика, приоритетами которой являются прозрачность, белизна, прочность в огне и устойчивость к разрушению при тепловом ударе.
URL

Тесты на предел пластичности и жидкости Аттерберга
URL http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/nbstechnologic/nbstechnologicpaperT234.pdf

Методы измерения пластичности глин
Статьи Как найти и протестировать собственные самородные глины

Некоторые ключевые тесты, необходимые для того, чтобы действительно понять, что такое глина и для чего ее можно использовать, можно выполнить с помощью недорогого оборудования и простых процедур. Эти практические тесты могут дать вам лучшую картину, чем лист данных, полный цифр.
Проекты Свойства

Проекты Минералы

Материалы Каолин
Материалы Ball Clay
Материалы Бентонит

Тони Хансен A small bowl thrown from pure kaolin

Авторские права 2008, 2015, 2017 https: // digitalfire.com, Все права защищены

.

Очистка воды — Химия LibreTexts

Очистка воды — это процесс доведения воды до пригодности для ее применения или возвращения ее естественного состояния. Таким образом, очистка воды необходима до и после ее нанесения. Необходимое лечение зависит от приложения. Например, обработка серой воды (из ванны, посуды и воды для мытья) отличается от очистки черной воды (из туалетов со смывом). Компостирование туалета в городских жилищах запрещено. Тем не менее, компостные туалеты используются в офисном комплексе площадью 30 000 квадратных футов в Институте азиатских исследований Университета Британской Колумбии.

Очистка воды — это наука, техника, бизнес и искусство. Лечение может включать механические, физические, биологические и химические методы. Как и в случае с любой другой технологией, наука является основой, а инженерия гарантирует, что технология работает, как задумано. Появление и нанесение воды — это искусство.

С точки зрения бизнеса, RGF Environmental, Water Energy Technologies, Aquasana Store, Vitech, Recalyx Industrial SDN BHD и PACE Chemicals ltd — вот некоторые из многих компаний, которые предлагают различные процессы для очистки воды.Millipore, партнер Fisher Scientific, предлагает множество линий продуктов для производства сверхчистой воды , используя комбинацию мембран с активированным углем и фильтра обратного осмоса. Интернет-сайты этих компаний предлагают полезную информацию о воде.

Ученый-эколог или консультант подбирает поставщика услуг, при необходимости изменяет его в соответствии с требованиями.

Общая очистка сточных вод

Вода — возобновляемый ресурс. Все водные процедуры включают удаление твердых частиц, бактерий, водорослей, растений, неорганических и органических соединений.Удаление твердых частиц обычно осуществляется фильтрацией и осадком. Переваривание бактерий — важный процесс удаления вредных загрязнителей . Преобразование использованной воды в экологически приемлемую воду или даже питьевую воду — это очистка сточных вод

«Вода в районе Великих озер» — это организация, занимающаяся водными ресурсами. Агентство чистой воды Онтарио (OCWA) — провинциальная корпорация, занимающаяся вопросами водоснабжения и водоотведения, обеспечивающих экологически ответственные и рентабельные услуги.В настоящее время он управляет более чем 400 объектами в 200 муниципалитетах. Этот веб-сайт предоставляет информацию о воде и водоподготовке.

В апреле 1993 года 403 000 человек в Милуоки заболели в результате заражения воды Cryptosporidium из-за весеннего стока. Эта вспышка привела к введению более строгих правил в системе общественного водозабора. Мероприятия были направлены на удаление криптоспоридиума.

В мае 2000 года из-за проливного ливня поверхностные воды попали в неглубокие колодцы в небольшом городке Уокертон, Онтарио, Канада.17 мая некоторые жители жаловались на жар, кровавый понос и рвоту. Это было известно как вспышка болезни Walkerton E. Coli . Заболела почти половина населения города, несколько человек умерли от инфекции E. Coli O157: H7. Общественное расследование рекомендовало множество мер для предотвращения подобных вспышек. Эти меры были направлены на устранение кишечной палочки.

Очистка сточных вод

В качестве общего обсуждения давайте рассмотрим типичный процесс очистки сточных вод.Блок-схема установки общей очистки сточных вод от Департамента образования в области информатики Университета Эксетера, Великобритания, показана ниже:

Сточные воды просеиваются для удаления крупных твердых кусков, которые вывозятся на ПЛОЩАДКУ ЗАГРУЗКИ. Он перетекает в ОТДЕЛЕННЫЙ БАК, чтобы дать возможность мелким частицам осесть. Поселок называется активированным SLUDGE. Затем супернатант подвергается ПЕРКОЛЯЦИОННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ и / или АЭРАЦИИ. Воду можно снова профильтровать, а затем продезинфицировать (в большинстве случаев хлорированную).Когда нет других осложнений, вода возвращается природе обратно в экологический цикл.

ИЛИ, вывезенные из поселения, состоят из живого биологического материала. Часть его может быть возвращена в БАК ДЛЯ АЭРАЦИИ, но неочищенный осадок переваривается обоими микроорганизмами. Используют анаэробное (без кислорода) и аэробное (с воздухом) переваривание бактерий. На стадии разложения выделяются углекислый газ, аммиак и метан. Объем сброженного осадка уменьшается, и он приемлем в качестве добавки к удобрениям в сельском хозяйстве.

Очистка сточных вод

Хотя сточные воды могут быть сброшены обратно в экологическую систему после ПИЩЕВОЙ ПИЩЕВОЙ ПИТАНИЯ и ПЕРКОЛЯЦИОННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ, но в некоторых случаях требуется дополнительная очистка. Ниже приведены некоторые общие соображения по очистке воды.

Сравнительно недавняя книга Химия водоочистки С.Д. Фауст и О. Али, 2-е изд. (1998) [TD433 F38 1998] рассматривает проблему качества природной и очищенной воды.

В первых трех главах обсуждаются критерии и стандарты качества питьевой воды, органических соединений в воде, вкуса и порядка воды.Понятно, что стандарты меняются с годами. Таковы стандарты очищенной воды. Инструкции доступны в государственных учреждениях, таких как Environment Canada, что эквивалентно Службе общественного здравоохранения США и Агентству по охране окружающей среды (EPA). Мы говорили о питьевой воде в водной биологии.

Следующие семь глав посвящены удалению следующего:

  • органические и неорганические вещества активированным углем
  • твердые частицы путем коагуляции
  • твердые частицы путем фильтрации и осаждения
  • твердость и другие накипеобразующие вещества
  • неорганические загрязнители
  • коррозионные вещества
  • патогенных (болезнетворных) бактерий, вирусов и простейших (микроорганизмов).

Есть глава, посвященная аэрации

Эти предметы охватывают химию, биологию и физику, связанные с очисткой воды. Некоторые из этих тем обсуждались в химии воды, физических свойствах воды, биологии воды и природной воде. Ниже будут представлены некоторые избранные темы.

Обработка активированным углем

Обработка активированным углем в основном происходит за счет адсорбции или абсорбции.Когда химическое вещество прилипает к поверхности твердого тела, это адсорбция . Когда между адсорбированными частицами образуются частичные химические связи или когда абсорбент попадает в каналы твердых частиц, мы называем это поглощением . Однако эти два термина часто используются для обозначения одного и того же, потому что отличить один тип от другого очень сложно.

Применение активированного угля для устранения нежелательного порядка и привкуса в питьевой воде было признано на заре цивилизации.Использование костного угля и обугленной растительности, гравия и песка для фильтрации воды в бытовых целях практикуется на протяжении тысяч лет. Активные исследования и производство активированного угля были ускорены во время двух мировых войн. Использование ядовитого газа побудило к разработке масок. Они все еще используются сегодня.

Древесный уголь поглощает множество веществ, от окрашенных органических частиц до неорганических ионов металлов. Древесный уголь использовался для удаления цвета сахара-сырца из различных источников.

Древесный уголь состоит из микрокристаллитов графита. В древесном угле частицы настолько малы, что считались аморфными. Кристаллическая структура графита состоит из слоев гексагональной сетки, уложенных друг на друга. Сегодня производство активированного угля — новая и широко разнообразная отрасль. Другие молекулы прикрепляются к пористой поверхности и свисающим атомам углерода в этих микрокристаллитах.

Углеродосодержащие вещества обугливаются при температуре менее 900 К для получения углерода при производстве активированного угля .Однако уголь активируют при 1200 К с использованием окислителя для избирательного окисления частей обугленного материала с образованием пор в материале. Из-за особого процесса производства эти материалы с высоким отношением поверхности к массе называются активированным углем , , а не активированным углем. Факторами, влияющими на абсорбцию, являются размер частиц, площадь поверхности, структура пор, кислотность (pH), температура и природа абсорбируемого материала. Обычно для эффективного применения необходимо учитывать адсорбционное (абсорбционное) равновесие и скорость адсорбции.

Коагуляция, флюкуляция и седиментация

Природные и сточные воды, содержащие мелкие частицы. Они взвешены в воде, образуя коллоид . Эти частицы несут одинаковые заряды, и отталкивание предотвращает их объединение в более крупные частицы для осаждения. Таким образом, чтобы помочь им осесть, применяются некоторые химические и физические методы. Это явление известно как коагуляция . Хорошо известным методом является добавление электролита. Заряженные частицы соединяются с ионами, нейтрализующими заряды.Нейтральные частицы объединяются, образуя более крупные частицы, и, наконец, оседают.

Другой метод заключается в использовании высокомолекулярного материала для притягивания или улавливания частиц и их совместного оседания. Такой процесс называется флокуляцией . Часто используют крахмал и многозарядные ионы.

Исторически грязная вода очищалась с помощью квасцов, Al 2 (SO 4 ) 3 . 12 H 2 O и известь Ca (OH) 2 .Эти электролиты вызывают изменение pH воды в результате следующих реакций:

Al2 (SO4) 3,12 h3O, -> Al (водн.) 3+ + 3 SO4 (водн.) 2- + 12 h3O
SO4 (водн.) 2- + h3O -> HSO4 (водн.) — + OH- (вызывая изменение pH )
Ca (OH) 2 -> Ca (aq) 2+ + 2 OH- (вызывает изменение pH)

Слегка щелочная вода вызывает выпадение в осадок Al (OH) 3 , Fe (OH) 3 и Fe (OH) 2 , принеся с собой мелкие частицы, и вода становится прозрачной. Было обнаружено, что египтяне и римляне использовали эти методы еще в 2000 году до нашей эры.

Суспензия частиц оксида железа и гуминовых органических веществ в воде придает воде желтый мутный вид. Как частицы оксида железа, так и органические вещества могут быть удалены при коагуляции и флокуляции. Приведенное здесь описание слишком упрощено, и для обработки воды было применено множество других методов. Коагуляция — это одно из основных применений извести при очистке сточных вод.

Другие соли, такие как сульфаты железа Fe 2 (SO 4 ) 3 и FeSO 4 , сульфат хрома Cr 2 (SO 4 ) 3 и некоторые специальные полимеры.Другие ионы, такие как натрий, хлорид, кальций, магний и калий, также влияют на процесс коагуляции. То же самое касается температуры, pH и концентрации.

Однако утилизация осадка коагуляции вызывает беспокойство.

Седиментация дайте воде отстояться, чтобы дать осесть флокулированным или коагулированным частицам. Он лучше всего работает с относительно плотными частицами (например, илом и минералами), в то время как флотация лучше работает с более легкими частицами (например, водорослями, цветными). Отстойник должен быть достаточно большим, чтобы его прохождение занимало много времени (в идеале 4 часа +).Входные и выходные отверстия сконструированы таким образом, чтобы вода в резервуаре двигалась медленно. Устанавливаются длинные и узкие каналы, позволяющие воде пробираться сквозь резервуар. Осевшие частицы, отстой, необходимо периодически удалять из резервуаров. Затем вода готова к фильтрации. Седиментация используется при предварительной очистке и очистке сточных вод.

Фильтрация

Фильтрация — это процесс удаления твердых частиц из жидкости путем пропускания ее через пористую среду. В зависимости от требований использовались крупнозернистые, средние и мелкопористые среды.В качестве фильтрующих материалов используются искусственные мембраны, сетки, песочные фильтры и высокотехнологичные фильтрующие системы. Выбор фильтров зависит от требуемой скорости фильтрации и требования чистоты . Поток, необходимый для фильтрации, может быть достигнут за счет силы тяжести или давления. При фильтрации под давлением одна сторона фильтрующей среды находится под более высоким давлением, чем другая, так что в плоскости фильтра наблюдается перепад давления. Некоторая часть этого типа фильтра должна быть заключена в контейнер.

Процесс удаления забитой части фильтрующего слоя путем реверсирования потока через слой и вымывания твердого вещества называется обратной промывкой .Во время этого процесса твердые частицы должны быть удалены из системы, но в противном случае фильтры необходимо либо заменить, либо вывести из эксплуатации для очистки.

Aqua-Rain производит фильтры для воды, как показано здесь. Этот блок состоит из четырех фильтров. Что касается системы фильтрации, ее техническая информация дает следующее утверждение.

В основе системы фильтрации воды AquaRain ™ лежат ультрасовременные керамические элементы Marathonr, использующие проверенный более 100 лет процесс фильтрации, который безопасно удаляет опасные патогенные микроорганизмы, передающиеся через воду, такие как цисты (Cryptospordium, Giardia lamblia) и бактерии (E.coli, тиф Samonelli и т. д.). Эти инновационные керамические элементы Marathonr также заполнены высококачественным посеребренным гранулированным активированным углем (GAC). GAC уменьшает количество пестицидов, химикатов, хлора, вкуса и запаха, не затрагивая естественные минералы, содержащиеся в воде.

Агрегаты предназначены для аварийных и, возможно, неразвитых стран.

AquaSelect of Mississauga имеет кувшинную систему фильтрации воды, а картридж содержит сотни высокоэффективных активированных углей и ионообменных гранул , заявляет его веб-сайт.Фильтры Brita очень популярны.

Аэрация

Приведение воздуха в тесный контакт с водой с целью обмена определенными компонентами между двумя фазами называется аэрация . Оксигенация — одна из целей аэрации. Другие — удаление летучих органических веществ, сероводорода, аммиака и летучих органических соединений.

Газ или вещество, растворенные в воде, могут далее реагировать с водой. Такая реакция называется гидратация .{-} (водн.)} \]

Эти реакции обратимы, и аэрация может также вызвать обезвоживание, приводящее к выделению газа из воды. Закон Генри применим к этому типу равновесия для рассмотрения. Способы аэрации

  • Диффузная аэрация — пузырьки воздуха в воде.
  • Распылительная аэрация — Вода распыляется через воздух.
  • Аэрация с несколькими лотками — вода проходит через несколько лотков для смешивания с воздухом.
  • Каскадная аэрация — Вода стекает вниз по многим ступеням в виде тонких водопадов.
  • Удаление воздуха — комбинация многоканальной и каскадной техники плюс случайно упакованные блоки, заставляющие воду тщательно смешиваться с воздухом.

Система фильтрации воды обратного осмоса

В нижеследующем обсуждении рассматриваются разбавленный раствор и концентрированный раствор. Разбавленный раствор может быть чистой водой, тогда как концентрированный раствор содержит нежелательные растворенные вещества (электролит или другие).

Когда отделение, содержащее разбавленный раствор, соединяется с другим отделением, содержащим концентрированный раствор, полупроницаемой мембраной, молекулы воды перемещаются из разбавленного раствора в концентрированный раствор.Это явление называется осмосом. Свиньи пузыри представляют собой естественные полупроницаемые мембраны. Когда молекулы воды мигрируют через полупроницаемую мембрану, уровень воды в растворе будет увеличиваться до тех пор, пока (осмотическое) давление не предотвратит чистую миграцию молекул воды в одном направлении. Давление, эквивалентное разнице высот, называется осмотическим давлением. На иллюстрации справа изображена PurePro, одна из многих компаний, производящих устройства для фильтрации воды с обратным осмосом.Millipore также использует эту технику.

При приложении давления в растворе с более высокой концентрацией молекулы воды мигрируют из раствора с высокой концентрацией в раствор с низкой концентрацией. Этот метод называется системой фильтрации воды обратного осмоса . Принцип обратного осмоса проиллюстрирован на диаграмме от PurePro.

В этом методе мембрана должна выдерживать высокое давление и препятствовать прохождению молекул растворенного вещества. Что касается мембран, PurePro сделала следующее заявление:

Полупроницаемые мембраны прошли долгий путь от натуральных свиных пузырей, которые использовались в более ранних экспериментах по осмосу.До 1960-х годов эти мембраны были слишком неэффективными, дорогими и ненадежными для практического применения вне лаборатории. Современные достижения в области синтетических материалов в целом решили эти проблемы, позволив мембранам стать высокоэффективными при удалении загрязнений и сделав их достаточно прочными, чтобы выдерживать большее давление, необходимое для эффективной работы.

Эта технология определенно работает, и ее использовали для преобразования соленой (морской или морской) воды в пресную.С помощью этого метода сбрасывается вода с более высокой концентрацией. Таким образом, эта технология является дорогостоящей в регионах, где стоимость воды высока. Бесплатная питьевая вода также использует систему фильтров обратного осмоса для бытовых нужд.

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments