Влияние давления на растворимость веществ.

На растворимость газов больше влияние оказывает давление. При конкретных температуре и давлении газ растворяется до тех пор, пока скорость отрыва молекул газа от поверхности не станет равной скорости, с которой молекулы газа проникают в жидкость. В этот момент устанавливается равновесие, и жидкость становится насыщенным газом.

Зависимость растворимости газов описывается законом Генри:

При постоянной температуре растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью:

C(X) = Kr·P(X),

где С(Х) – концентрация газа в насыщенном растворе, моль/л;

Kr – постоянная Генри, моль·л^-1·Па^-1;

Р(Х) – давление газа над раствором, Па.

 

Также вещества могут взаимно влиять друг на друга. Если раствор содержит электролиты, то вещества растворяются намного хуже, чем в простой воде.

Уменьшение растворимости газов в присутствие электролитов объясняется гидратацией ионов, вследствие чего понижается концентрация свободных молекул воды.

Растворимость большинства твердых веществ повышается при увеличении температуры. При растворении твердого вещества протекают два процесса:

1)  процесс разрушения кристаллической решетки. Этот процесс требует затраты энергии, поэтому является эндотермическим;

2)  процесс образования гидратов (сольватов) протекает с выделением энергии.

Общая теплота растворения складывается из теплот этих двух процессов, поэтому растворение может проходить как с повышением, так и с понижением температуры.

Раствором называется гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов. Необходимыми компонентами раствора являются растворитель и растворенное вещество, например, растворенный в воде сахар. В одном растворителе может находиться несколько растворенных веществ. Например, при приготовлении маринада в воде растворены сахар, соль и уксусная кислота. Растворенными веществами при одинаковом агрегатном состоянии компонентов обычно считаются компоненты, находящиеся в недостатке, в то время как компонент, находящийся в избытке, считается растворителем. При разных агрегатных состояниях компонентов раствора растворителем обычно считается компонент, агрегатное состояние которого совпадает с агрегатным состоянием раствора. Например, в случае жидких растворов твердых и газообразных веществ растворителем всегда считается жидкий компонент, независимо от концентрации растворенных веществ. Если при приготовлении раствора используют две жидкости, растворителем является та, которая находится в избытке. Если при приготовлении раствора используют воду, то растворителем является вода.

Водные ресурсы Земли

Водные ресурсы — это все воды гидросферы: т.е. воды рек, озер, каналов, водохранилищ, морей и океанов, подземные воды, почвенная влага, вода (льды) горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы.

Общий объем (единовременный запас) водных ресурсов составляет 1390 млн км³, из них около 1340 млн км³ — воды Мирового океана. Менее 3% составляют пресные воды, из них технически доступны для использования — всего 0,3%.

Пресная вода оказывается доступной человеку в результате участия в гидрологическом цикле, или круговороте воды в природе. Ежегодно в круговорот воды в результате ее испарения и выпадения осадков в виде дождя или снега вовлекается приблизительно 500 000 км³ воды. По теоретическим подсчетам максимальное количество пресной воды, доступное для использования, составляет приблизительно 40 ООО км³ в год. Речь идет о той воде, которая стекает с поверхности земли в моря и океаны (так называемый сток).

Использование пресной воды принято подразделять на многократное использование и безвозвратное расходование. В соответствии с этим пресную воду также иногда подразделяют на используемую многократно и расходуемую безвозвратно. Многократное использование воды может быть проиллюстрировано на таких примерах, как навигация, рыбоводство и получение гидроэлектроэнергии. Безвозвратно расходуемая пресная вода становится уже недоступной для повторного использования. К ней относится пресная вода, которая после употребления оказалась потерянной в результате испарения (в том числе листьями растений); вода, вошедшая в состав продуктов, а также вода стока, достигшая моря (океана) и смешавшаяся с соленой водой. Безвозвратный расход пресной воды во всем мире составляет от 2500 до 3000 км³ в год, причем из этого количества приблизительно 10% расходуется в бытовых целях, 8*% в промышленности, а подавляющее большинство — 82% — идет на ирригацию в сельском хозяйстве.

Поскольку вода — хороший растворитель, она редко встречается в абсолютно чистом виде. Пригодность воды для питья и наполнения плавательных бассейнов зависит от ее качества. Ниже приведены некоторые характеристики, которыми определяется качество воды

Характеристики воды:

•  прозрачность;

•  наличие растворенных неорганических веществ, например нитратов, хлоридов, железа;

•  температура;

•  наличие растворенных органических веществ, например фенолов;

•  вкус;

•  наличие микроорганизмов, например бактерий;

•  запах;

•  наличие флоры и фауны,

•  pH;

•  электропроводность;

•  жесткость.

Загрязнение воды — это понижение ее качества в результате попадания в реки, ручьи, озера, моря и океаны различных физических, химических или биологических веществ. Степень загрязнения можно определить по наличию в воде микроорганизмов, которое определяется в результате измерения ее биохимической потребности в кислороде (БПК). С этой целью определяют содержание кислорода в воде до и после выдерживания ее в темноте в течение пяти суток при температуре 20 °С. БПК измеряется в мг/дм³.

Загрязнение воды имеет много причин

Источники загрязнения воды.

1.   Населенные пункты. Наиболее известным источником загрязнения воды, коюрому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды.

2.   Промышленность. В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Промышленные стоки в реки по объему в 3 раза превышают коммунально-бытовые. Более половины стоков, поступающих в водоемы, дают четыре основные отрасли промышленности: целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, промышленноегь органического синтеза и черная металлургия (доменное и сталелитейное производства). Из-за растущего объема промышленных отходов нарушается экологическое равновесие многих озер и рек, хотя большая часть стоков нетоксична и несмертельна для человека.

3.   Тепловое загрязнение. Наиболее масштабное однократное употребление воды — производство электроэнергии, где она используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого турбинами тепловых электростанций. При этом вода нагревается в среднем на 7 °С, после чего сбрасывается непосредственно в реки и озера, являясь основным источником дополнительного тепла, который называют «тепловым загрязнением». Против употребления этого термина имеются возражения, поскольку повышение температуры воды иногда приводит к благоприятным экологическим последствиям.

4. Сельское хозяйство. Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Стекающая с них вода насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности. К ним относятся инсектициды; фунгициды, которые распыляют над фруктовыми садами и посевами; гербициды, знаменитое средство борьбы с сорняками; и прочие пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы. Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясо-молочный крупный рогатый СК01, свиньи или домашняя птица. Много органических огходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов и консервов и т.д.).

3. Очистка и подготовка воды

Для использования воды из рек, ручьев, озер и других источников в питьевых и промышленных целях ее сначала необходимо подвергнуть очистке и привести в соответствие с требованиями существующих стандартов на питьевую воду. Эта подготовка воды осуществляется с помощью целого ряда физических и химических процессов.

Физические процессы водоочистки и водоподготовки

Решечение. Первая стадия водоочистки заключается в удалении из воды больших плавающих предметов и взвешенного мусора. На последующих стадиях обработки воды используются более тонкие решета, позволяющие удалить из нее мелкий взвешенный материал.

Аэрирование — насыщение газами. Аэрирование воды может осуществляться разными способами, например в водопадных каскадах. Этот процесс приводит к удалению из воды диоксида углерода, сероводорода и летучих масел, которые могут придавать воде какой-либо вкус или запах. При аэрировании также происходит окисление растворимых в воде ионов железа и марганца.

Флоккуляция. Этот процесс включает осторожное взбалтывание воды, приводящее к конгломерации мелких частиц с образованием более крупных, быстро оседающих на дно.

Седиментация. В этом процессе происходит удаление взвешенных в воде частиц в результате их оседания на дно

Фильтрование. В этом процессе происходит удаление из воды мелкого взвешенного материала в результате ее пропускания через слой песка (чистого или смешанного с молотым древесным углем), который находится на подложке из гравия.

Химическая подготовка воды производится по-разному, в зависимости от качества воды, забираемой из реки или другого резервуара. Ниже указаны наиболее употребительные формы химической подготовки воды.

Коагуляция. Для коагуляции взвешенных в воде мелких и коллоидных частиц в нее добавляют специальные коагулянты, под действием которых в воде образуются легкие взвеси. Для удаления щелочных веществ, содержащихся в воде, обычно используются такие коагулянты, как алюминат натрия и сульфат алюминия.

Дезинфекция. Для разрушения микроорганизмов, содержащихся в воде, ее дезинфицируют, как правило, хлором. Хлорирование обычно является последней стадией водоподготовки.

Умягчение воды. Жесткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жесткость волжской воды в марте — 4,3 мг-экв/л, в мае — 0,5 мг-экв/л). В подземных водах жесткость обычно выше (до 80—100 мг-экв/л) и меньше изменяется в течение года.

В процессе умягчения воды устраняется ее жесткость. С этой целью на водопроводных станциях в воду обычно добавляют гидроксид кальция либо карбонат натрия.

Добавление гашеной извести:

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃ + 2Н₂О;

Mg(HCO₃)₂ + 2Са(ОН)₂ = Mg(OH)₂ + 2СаСО₃ + 2Н₂О.

Добавление соды:

СаСl + Na₂CO₃ = СаСO₃ + 2NaCI;

MgSO₄ + Na₂C0₃ = MgCO₃ + Na₂SO₄.

В целях одновременного устранения обоих видов жесткости применяют смесь гашеной извести и соды — содово-известковый метод.

Для умягчения воды могут использоваться также ионообменные смолы, действие которых основано на процессе адсорбции

Временную жесткость воды, вызванную содержанием в воле растворимых гидрокарбонатов кальция и магния, можно устранить кипячением. При этом происходят реакция:

Са(НС0₃)₂ = CaCO₃ + Н₂O + СO₂.

 

4. Способы выражения состава раствора

Количество растворенного вещества в определенном количестве раствора или растворителя, которое может колебаться в очень широких пределах, называется концентрацией раствора. Концентрация растворов выражается отношением массы, числа молей или числа эквивалентов растворенного вещества, приходящегося на массу, общее количество молей или объем всего раствора или только растворителя

Существует несколько способов выражения концентрации растворов:

Массовая доля (процентная концентрация) - отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора:

%

Молярная концентрация (молярностъ) — показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в объеме раствора:

 [моль/м³, моль/л, М]

 

Домашнее задание:

1. Ссылка на материал

- опыт 1, - опыт 2, - опыт 3,

2. Выполнить задание

Задание: Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции

1. CaO + H₂O =

2. SO₂ + H₂O =

3. Li + H₂O =

4. Cu + H₂O =

5. ZnO + H₂O =

6. Al + H₂O =

7. Ba + H₂O =

8. K₂O + H₂O =

9. Mg + H₂O =

10. N₂O₅ + H₂O =

3. Написать эссе на тему: Вода в моей профессиональной деятельности.

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Тема: Вода в природе, быту, технике и на производстве. Физические и химические свойства воды.

Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, присоединившихся к нему под углом 104,5°.

Данную схему можно найти в учебнике, стр. 44

Химические свойства воды

1. Кислотно-основные реакции. Вода обладает амфотерными свойствами. Это означает, что она может выступать как в роли кислоты, так и в роли основания. Ее амфотерные свойства обусловлены способностью воды к самоионизаиии:

2Н₂О (ж.) = Н₃О⁺ (водн.) + ОН^-(водн.).

Это позволяет воде быть, с одной стороны, акцептором протона:

НС1 + Н₂О=. Н₃О⁺ + С1^-

а с другой стороны — донором протона:

NH₃ + Н₂О= NH₄⁺ + ОН^-

2. Окислительно-восстановительные реакции. Вода обладает способностью выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше олова. Например, в реакции между натрием и водой

2Na + 2Н₂О = 2NaOH + Н₂

происходит следующий окислительный процесс:

Na (тв.) = Na⁺(водн.) + е.

В этой реакции вода играет роль восстановителя:

2 Н₂О (ж.) + 2е =20Н^- (водн.) + Н₂(г.).

Другим примером подобной реакции является взаимодействие между магнием и водяным паром:

Mg (тв.) + Н₂О 0 (г.) = MgO (тв.) + Н₂(г.).

Вода действует как окислитель в процессах коррозии. Например, один из процессов, протекающих при ржавлении железа, заключается в следующем:

2 Н₂О + O₂ + 4е = 4 ОН^-

Вода является важным восстановителем в биохимических процессах. Например, некоторые стадии цикла лимонной кислоты включают восстановление воды:

2Н₃O = О₃ + 4Н⁺ + 4 е.

Этот процесс электронного переноса имеет также большое значение в восстановлении органических фосфатных соединений при фотосинтезе. Цикл лимонной кислоты и фотосинтез представляют собой сложные процессы, включающие ряд последовательно протекающих химических реакций. В обоих случаях процессы электронного переноса, происходящие в них, еще не полностью выяснены.

3.   Гидратация. Молекулы воды способны сольватировать как катионы, так и анионы. Этот процесс называется гидратацией. Гидратная вода в кристаллах солей называется кристаллизационной водой. Молекулы воды обычно связаны с сольватируемымими катионом координационными связями. Обозначают содержание гидратной воды в формуле вещества: CuSO₄ • 4Н₂O.

4.   Гиролиз. Гидролиз представляет собой реакцию какого-либо иона или молекулы с водой. Примером реакций этого типа может быть реакция между хлороводородом и водой с образованием соляной кислоты. Другой пример-гидролиз хлорида железа(III):

FeCl₃ (води.) + ЗН₂O (ж.) = Fe(OH)₃ (тв.) + 3HCl (водн.).

5.  Взаимодействие с оксидами активных металлов: СаО + Н₂O = Са(ОН)₂.

6.  Взаимодействие с оксидами неметаллов: Р₂O₅ + Н₂O = 2НРO₃

Водные ресурсы Земли

Водные ресурсы — это все воды гидросферы: т.е. воды рек, озер, каналов, водохранилищ, морей и океанов, подземные воды, почвенная влага, вода (льды) горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы.

Общий объем (единовременный запас) водных ресурсов составляет 1390 млн км³, из них около 1340 млн км³ — воды Мирового океана. Менее 3% составляют пресные воды, из них технически доступны для использования — всего 0,3%.

Пресная вода оказывается доступной человеку в результате участия в гидрологическом цикле, или круговороте воды в природе. Ежегодно в круговорот воды в результате ее испарения и выпадения осадков в виде дождя или снега вовлекается приблизительно 500 000 км³ воды. По теоретическим подсчетам максимальное количество пресной воды, доступное для использования, составляет приблизительно 40 ООО км³ в год. Речь идет о той воде, которая стекает с поверхности земли в моря и океаны (так называемый сток).

 

Влияние температуры на растворимость веществ.

Существует основное правило: с повышением температуры растворимость всех твердых веществ повышается.

 

Примеры растворимости газов при различных температурах.