Тема 1. Химические и физические свойства природных вод

Материалы и оборудование:

- Миллиметровка (15 х 15 см) – 2 шт;

• Простой карандаш, ластик, линейка, циркуль;

• Калькулятор.

Понятия и определения.

Вода (Н₂О) – слабый электролит, молекула которого состоит из одного водородного (Н⁺) и одного гидроксильного (ОН^-) ионов. Вода является хорошим растворителем химических соединений. Суммарное содержание в воде растворенных неорганических веществ выражают в виде минерализации (М, мг/л, г/л) либо в виде солености (S, ⁰/₀₀).

По содержанию солей (минерализации или солености) природные воды подразделяют на 4 группы: пресные – менее 1⁰/₀₀, солоноватые – 1-25⁰/₀₀, соленые (морской солености) – 25-50⁰/₀₀, высокосоленые (рассолы) – более 50⁰/₀₀.

К числу главных ионов солей, находящихся в природных водах, относятся отрицательно заряженные ионы (анионы) – НСО₃^- - гидрокарбонатный, SO₄^-2 – сульфатный, Cl^- - хлоридный и положительно заряженные ионы (катионы) – кальция Са⁺², магния Mg⁺², натрия Na⁺, калия К⁺.

Вода в природе может находиться в твердом (лед), жидком (собственно вода) и газообразном (водяной пар) агрегатных состояниях. Температура, при которой происходит кристаллизация воды, называется температурой замерзания. Изменения температуры замерзания воды связаны с влиянием давления и/или солености. Температура, при которой вода имеет максимальную плотность, называется температурой наибольшей плотности. Она составляет 3,98⁰С. Увеличение солености на каждые 10⁰/₀₀ снижает температуру наибольшей плотности примерно на 2⁰С. Соотношения между температурами наибольшей плотности и замерзания влияют на характер процесса охлаждения воды и вертикальной конвекции.

Задание 1. С помощью круговой диаграммы и прямоугольника Роджерса (рис. 1, А, Б) изобразить в тетради химический состав воды, приведенный в таблице 1.

Таблица 1

Данные о химическом составе природных вод

Методические указания.

1. Для показа химического состава воды на круговой диаграмме (рис. 1, А) следует разделить окружность на две равные части горизонтальной линией, проходящей через ее центр. В верхней части полукруга показать катионный состав, в нижней – анионный.

Рис. 1. Графические методы показа химического состава воды

А – круговая диаграмма, Б – прямоугольник Роджерса, В – график Дурова. Катионы: 1 – Са, 2 – Mg, 3 – Na+K. Анионы: 4 – HCO₃, 5 – SO₄, 6 – Cl

2. Каждое из полукружий разбить на три части пропорционально процентному составу катионов и анионов. Следует помнить, что 100% катионов или анионов на диаграмме соответствуют 180⁰ или 1% - 1,8⁰.

3. Выделенные на диаграмме сектора заштриховать согласно самостоятельно разработанной легенде.

4. При построении прямоугольника Роджерса в первом и третьем столбцах расположить катионы и анионы снизу вверх в последовательности, определяемой относительной реактивной силой (рис. 1, Б).

5. Во втором столбце прямоугольника Роджерса указать состав солей в воде, выписать их процентное содержание.

Задание 2. С помощью графика Дурова (рис. 1, В) определить химический состав смеси, образующейся при смешивании воды «а» (один из вариантов таблицы 1) с водой «б» (табл. 1) в пропорции 1:1.

1. Построить на миллиметровке макет графика Дурова (рис. 1, В).

2. На катионном и анионном треугольниках определить местоположение точек «а», соответствующих химическому составу воды выбранного варианта.

3. Спроецировать положения точек на квадрат путем проведения горизонтального пунктира из катионного и вертикального пунктира из анионного треугольников.

4. Аналогично определить на квадрате положение точки «б».

5. Исходя из пропорции смешивания 1:1 найти положение точки «с» (смеси вод «а» и «б»), для чего соединить «а» и «б» отрезком и разделить его пополам.

6. Из точки «с» провести пунктирные проекции на отрезки «а-б» в катионном и анионном треугольниках и определить химический состав полученной смеси, выписав в тетради процентное содержание основных ионов.

Задание 3. По данным таблицы 3 построить график изменения температуры замерзания и температуры наибольшей плотности воды в зависимости от солености и проанализировать его, объяснив различия в ходе замерзания пресной и соленой воды.

Таблица 3

Данные для построения графика Хелланд-Хансена

Методические указания.

1. На оси абсцисс отложить значения солености, на оси ординат – температуры замерзания и наибольшей плотности. Масштабы выбрать самостоятельно.

2. По данным таблицы 3 отстроить точки и провести через них прямые. Найти координаты точки пересечения прямых.

3. Показать на графике область распространения пресных, солоноватых и соленых морских вод.

4. Используя материалы учебника [13, с.25, 28-35] и лекционный материал объяснить различия в ходе замерзания солоноватых и соленых морских вод, изложив их в тетради.