Питьевая вода

 

 

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ИНСТИТУТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СГИПС)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

Питьевая вода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

ПЛАН

 

1. Химия воды

 

2. Санитарно-химический  анализ

 

3. Требования к качеству  воды

 

4. Обеззараживание воды

 

5. Устранение привкусов  и запахов воды

 

6. Очистка воды от  радиоактивных веществ

 

7. Биологическое значение  воды

 

8. Вода  - чудесный доктор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХИМИЯ ВОДЫ

 

   Обычно в учебниках рассматривают  воду, как соединение водорода  и кислорода (Н2О), т. е. 2 г водорода соединяется с 16 г кислорода. Вода, встречающая в природе, не отвечает этим требованиям, она является смесью 18 различных веществ.

    Вода - это удивительное  вещество - разделяется в зависимости  от распределения среди других  веществ на пять различных  групп:

    1) конституционная вода - ее молекулы входят в анион  или в катион              некоторых комплексов кобальта, железа, платины. Выделение такой  воды под действием нагревания  обычно вызывает разрушение кристаллической  структуры металла;

     2) кристаллизационная вода - соответствует определенному числу молекул Н2О, входящих в состав некоторых веществ; она может выделяться при нагревании, но вновь присоединяться  к безводному веществу, если его снова приблизить к воде; при этом образуются подлинные гидраты, кристаллическая структура которых отличается от кристаллической структуры безводного вещества;

     3) пропитывающаяся вода - находится в цеолитах, опалах, глинах;

     4) смачивающая вода, называемая иногда и адсорбционной  водой, -   встречается на поверхности стекла, кварца, ртути, в полостях железа;

     5) физиологически связанная  вода - находится в тканях живых  существ и очень отличается  от кристаллизационной воды.

    Таким образом, вода  является одним из достаточно  сложных веществ, как по физическим, так и по химическим показателям.

 

 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

 

          Чистая  вода представляет собой бесцветную  прозрачную жидкость. Плотность  воды при переходе ее из  твердого состояния в жидкое  не уменьшается, как почти всех  других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 40 ˚С плотность ее также увеличивается. Вода обладает аномально высокой теплоемкостью [1 кал /(г * град)]. Молекула воды имеет угловое строение;  входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине - ядро атома кислорода. Длина каждой связи. О - Н близка к 1 А, расстояние между ядрами атомов водорода равно около 1,5 А. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды две электронные пары образуют ковалентные связи О - Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.

Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии sp³ - гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,5) близок к тетраэдрическому (109,5). Электроны, образующие связи О - Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода, в результате чего атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды. Не поделенные электронные пары,

                                         

 

                                                 

                                                                      Схема строения молекулы воды

 

находящиеся на гибридных sp³ - орбиталях, смещены относительно ядра атома кислорода и создают два отрицательных полюса.

    В твердой воде (лед)  атом кислорода каждой молекулы  участвует в образовании двух  водородных связей с соседними  молекулами воды согласно схеме

 О О

 Н Н 

                                                         O

                                                  Н         H

                                                O    О

 

   

в которой водородные связи показаны пунктиром.

При нагревании воды часть  теплоты затрачивается на разрыв водородных  связей. Этим и объясняется высокая теплоемкость воды.

 

ХИМИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА

 Молекулы воды отличаются  большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 ⁰С водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород:

 

    Процесс разложения вещества в результате его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода.

    Вода - весьма реакционно-способное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.

    Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции, например, хлор не взаимодействует с металлами и т. д.

    Вода способна  образовывать соединения с рядом  веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии и обычно не обладающих большой химической активностью. Такие соединения образуются в результате заполнения молекулами газа межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды, и называются соединениями включения или клатратами.)

    В природной  воде, как было отмечено выше, всегда растворены различные  газообразные, твердые и жидкие  вещества, создающие по минеральному  составу большое разнообразие  природных растворов. По содержанию  растворенных веществ в 1 л  воды различают пресные (менее 1 г), минерализованные (1 - 50 г) и соленые (более 50 г) воды.

    Чтобы освободить  природную воду от взвешенных  в ней частиц, ее фильтруют  сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины  и т. п. При фильтровании  задерживается также большая часть бактерий. Кроме того, для обеззараживания  питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды. Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена.

    Чистая вода  является смесью легкой воды  Н₂О и очень малых количеств окисей Д₂О и Т₂О - тяжелой и сверхтяжелой воды. Жидкая вода является идеальным типом текучего тела и в то же время это жидкость, еще сохранившая некоторые свойства кристаллического льда, из которого она произошла.

    В природной  воде могут растворяться газы  как атмосферного, так и подземного  происхождения. Растворимость газов  в воде зависит от ряда факторов: температуры, давления, минерализации и присутствия в водном растворе других газов.

    Процесс растворения  твердых веществ в воде рассматривается  как борьба электростатических  сил с противоположными зарядами, присущими ионам твердого вещества, с одной стороны, и ионам, и молекулам воды, с другой. Вода является таким электролитом; в ней растворяется и тонизируется ряд веществ. Многие соединения в контакте с водой принимают коллоидную форму, поэтому вода, которая сама по себе не имеет никакой питательной ценности, является главной составной частью тканей живых веществ.

    При комнатной  температуре вода становится  причиной образования ржавчины  на железе, однако при высоких  температурах она сама разлагается  под действием железа.

    Химический  состав природных вод по преобладающему ионному составу делится на три класса: хлоридный, сульфатный и гидрокарбонатный.

   Каждый класс  подразделяется, в свою очередь,  на три группы: кольцевую, магниевую  и натриевую, т. е. классификация  проводится по катионам.

   Одной из основных характеристик воды является концентрация ионов водорода, обозначаемая как рН. ( Морская вода имеет щелочную реакцию, и ее средняя рН=8).

   Первый, благодаря  кому стал известен состав  воды, был Г.Кавендиш. Затем Лавуазье, усомнившись в результатах исследований Кавендиша и Пристли, провел тот же эксперимент в 1783 г. в присутствии Лапласа. Правильность заключения Кавендиша о том, что при сгорании горючего воздуха (водорода) образуется вода, подтвердилась: полученная жидкость, исследованная по всем правилам, оказалась чистой водой. Вода, как продукт сгорания водорода, была получена также французским ученым Монтажам. Опыты Лавуазье по теории горения окончательно утвердили представления о ее составе, как соединении двух специфических газов: водорода и кислорода.

   

 

 

САНИТАРНО – ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

 

   Для оценки  качества воды ее подвергают  физико-химическому анализу. Последний  делится на физические и химические  определения. 

    ФИЗИЧЕСКИЕ  ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ. К ним  относятся: температура, запах,  вкус, прозрачность, мутность, плотность и т. д.

Температура. Оптимальная температура воды, идущей для питья, должна быть не выше 11˚С и не ниже 7˚С. Вода с такой температурой имеет наиболее приятный и освежающий вкус. Вода с высокой температурой содержит в себе мало растворимых газов, поэтому она плохо утоляет жажду и не приятна на вкус.

Запах и вкус воды зависит от температуры растворимых в воде газов и от химического состава примесей.

 

 

 

 

 

Сравнительная таблица предельной концентрации солей, вызывающих

вкусовые ощущения

 

 

соль	Концентрация, мг/л
	Вкус (без ясного представления) едва ощутимый	Вкус воспринимается как плохой, отталкивающий
NaCl MgCl2 MgSO4 CaSO4 KCl FeSO4 MnCl2 FeCl2	150 100 200 70 350 1,5 2,0 0,3	500-соленый 400-горький 500-горький 150-вяжущий 700-горький 5,0-железистый 4,0-болотный 0,5-болотный

 

Причина запаха и привкуса воды объясняется присутствием, например, сероводорода и продуктов разложения растительных организмов, которые образуются при цветении водоемов, т. е. массовом развитии взвешенных водорослей. Со временем водоросли отмирают, осаждаются на дно и разрушаются там гнилостными микробами с выделением неприятно пахнущих веществ.

   Приятный и  освежающий вкус воде придают  растворенные в ней газы (кислород и углекислота), а также небольшие количества гидрокарбоната кальция.

   Различают четыре  вида вкуса: соленый, горький,  сладкий и кислый. Остальные виды  вкусовых ощущений называют привкусами. Вкус и привкус определяют  в сырой воде, за исключением воды  открытых водоемов и источников, сомнительных в санитарном отношении, вкус которых определяют после кипячения и охлаждения воды до комнатной температуры, что должно быть отмечено в записи анализа («вкус, привкус кипяченой воды»). Хлорированная вода определяется на вкус через 30 мин после введения в нее хлора.

   Качественная  характеристика привкуса определяется  по соответствующим признакам:  хлорный, рыбный, металлический и  др.

 

 

 

Определение характера  запаха

 

символ	Характер запаха	Примерный род запаха
А Б Г Д З Р С Т Н	Ароматический Болотный Гнилостный Древесный Землистый Рыбный Сероводорода Травянистый Неопределенный	Огуречный, цветочный Илистый, тинистый Фекальный, сточной воды Запах мокрой щепы, древесины Прелый, свежевспаханной  земли Рыбьего жира, рыбы Тухлых яиц Сена Запах естественного  происхождения, не подходящий под предыдущие определения

 

Интенсивность вкуса  и привкуса определяют по пятибалльной системе.

Оценка интенсивности  запаха

 

балл	Интенсивность запаха	Описание определения
0	Никакого	Отсутствие ощутимого  запаха
1	Очень слабый	Запах, обнаруживаемый опытным  исследователем
2	Слабый	Запах, не привлекающий внимания потребителя, но такой, который можно  заметить, если указать на него
3	Заметный	Запах, легко обнаруживаемый и могущий дать повод относится к воде с неодобрением
4	Отчетливый	Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной  для питья
5	Очень сильный	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для  питья