 |
|
ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ОЦЕНКА СВОЙСТВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.
ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИЧЕСКОМ СОСТАВЕ И
СВОЙСТВАХ ВОДЫ.
1. Свойства воды и особенности ее строения. Вода важнейшее вещество биосферы, без которого невозможна жизнь. Многие свойства воды уникальны (таблица 1) и не воспринимаются как необычные только из-за ее повсеместного распространения.
Эти аномалии воды объясняют структурой ее молекулы, в которой два атома водорода и атом кислорода образуют треугольник с углом при вершине (у атома кислорода) - 105° (рис.1 А); Хотя молекула в целом нейтральна, отрицательный суммарный заряд сосредоточен на одной стороне, а общий положительный заряд - на другой. Именно полярность молекулы воды в конечном итоге и обуславливает ее уникальные свойства. Притяжение атома водорода одной молекулы воды к отрицательно заряженной стороне другой молекулы создает водородную связь и обуславливает возможность образования полимеров и полиморфных превращении жидкой воды. Однако единой модели, которая могла бы описать все известные свойства воды и водных растворов при различных условиях, до сих пор еще не создано.
Рис. 1. Строение молекулы воды (А) и возможные варианты группировок
молекул в структуре жидкой воды (Б).
Всем известная формула воды (Н2О) соответствует молекулярному
весу водяного пара. В жидком состоянии вода вместе с простыми молекулами содержит и более сложные образования, соответствующие формуле (Н2О)n. Нередко воду представляют как смесь дискретных структурных группировок молекул воды (кластеров), отличающихся друг от друга состоянием водородных связей (рис. 1Б).
Экспериментальные данные свидетельствуют, что после обработки воды в автоклавах при температуре 300 – 400°С и давлениях около 100 Мпа усиливается растворяющая способность воды по отношению ко многим минералам, уменьшается рН, изменяется электропроводность. Такое состояние воды называют активированным. Строение кластеров воды изменяется и под действием других внешних условий: например, магнитных и электромагнитных полей. При этом «наведенные» свойства сохраняются некоторое время после снятия внешнего воздействия.
Таблица 1. Некоторые аномальные свойства воды и их биологическое значение (по Гречину П.И. и др., 2003. С изменениями.).
| Свойства воды | Сравнение со свойствами других веществ | Влияние на физико-биологическую характеристику среды. |
| Теплоемкость | Самая высокая для всех твердых и жидких веществ, кроме жидкого аммиака (NH3) |
|
| Теплота плавления | Самая высокая кроме NH3 | Эффект термостатирования (стабилизации температуры) в точке замерзания за счет поглощения или выделения теплоты |
| Теплота испарения | Самая высокая | Исключительно важна в процессах тепло-массопереноса организм/среда и в круговороте воды ватмосфере |
| Тепловое расширение | Температура, соответствующая максимальной плотности (+4ºС для чистой воды), при увеличении солености понижается | Пресная и разбавленная морская вода имеют максимальную плотность при температурах выше точки замерзания. Это важно для вертикальной циркуляции воды в водоемах. |
| Поверхностное натяжение | Наиболее высокое. по сравнению с другими жидкостями | Исключительно важно для физиологии растительных и животных клеток. Регулирует некоторые поверхностные эффекты на границе клетка/среда, образование капель и их свойства. |
| Растворяющая способность | Растворяет больше веществ, чем любая жидкость и в большей степени. | В организмах животных и растений является «универсальным растворителем». Влияет на физиологические и биологические явления. |
| Диэлектрическая проницаемость | Максимальная по сравнению со всеми жидкостями | Способствует сильной диссоциации растворенных неорганических веществ. |
| Электролитическая диссоциация | Очень мала | Нейтральное вещество, однако содержит ионы Н+ и ОН– |
| Прозрачность | Относительно велика | В ИК и УФ областях спектра велико поглощение энергии излучения. В видимой области мало селиктивное поглощение, отсюда «бесцветность» воды. |
Изменения квазикристаллической структуры воды оказывает значительное влияние на её биохимические свойства.
Омагниченную воду широко применяют при подготовке посадочного материала в сельском хозяйстве Вода, обладающая признаками активированности, обнаружена во многих термальных источниках. С этим, возможно, связаны целебные свойства, по крайней мере, некоторых типов минеральных вод.
Природная вода состоит из трех стабильных изотопов кислорода и двух стабильных изотопов водорода. Из 9 изотопных молекул абсолютно преобладает «нормальная (обычная) вода» Н216О (99.97% молекулярной концентрации). Особое внимание привлекает тяжелая вода – HDl6O (0.03%) и D2l6O (2,3 10-6%). В ней не прорастают семена, она смертельна для водных организмов и вообще она не поддерживает биохимические процессы. Тяжелая вода имеет плотность 1,1 г/см3 (максимальную при температуре +11,6°С); температура ее кипения - 101,4 ºС, а плавления льда - 3,8 ºС. По вязкости, поверхностному натяжения и другим признакам она также сильно отличается от простой воды.
Определение химического состава воды никаких трудностей не представляет, это простейшее химическое соединение двух объемов водорода с одним объемом кислорода - по весу она состоит из 11,11% водорода и 88,89% кислорода. Поэтому, когда говорят о химическом составе воды, то имеют в виду вовсе не соотношение химических элементов, входящих в ее формулу, а содержание посторонних для этой жидкости веществ, в том числе находящихся в растворенном состоянии
.
2. Основные компоненты и факторы формирования химического состава подземных вод.
2.1. Основные компоненты химического состава подземных вод:
· Собственно «вода» – соединение состава Н2О;
· Ионы - от «главных» до микроэлементов;
· Молекулы;
· Коллоиды (гидрооксиды железа, алюминия, кремния и другие);
· Органические (гуминовые) соединения - окрашивают воду в желтоватый цвет; это безвредная не ядовитая примесь.
· Механическая примесь (взвешенные частицы);
· Газы (в пресных и солоноватых водах это О2, Н2, СО2, N2; H2S, CH4, Rn, Аг).
· Живое вещество (представленное в основном бактериями).
Различные компоненты химического состава оказывают определенное влияние на вкусовые качества воды. Например, при значительном содержании углекислого газа вода имеет кислый вкус, ионов хлора – соленый, сульфатов – горьковатый. Гидрокарбонатные ионы придают воде приятный освежающий вкус, соединения железа – вяжущий, гуминовые соединения – сладковатый привкус и затхлый запах. Несмотря на субъективность оценки, по вкусу, во многих случаях, можно судить о химическом составе воды и преобладающих в ней ионах.