Склад природної води. Ізотопи води

Струкутура побудови H2O

Найпростіша модель побудови молекули H₂O — тетраедр. В дійсності в природи не існують окремі одиничні молекули H₂O при нормальних Т та Р. Молекулу H₂O пов’язують різними асоціатами, в природі яких і в будові існує декілька гіпотез. Єдиного підходу до опису будови асоціату води не існує. Існує декілька моделей (гіпотез) структури чистої H₂O. Є представлення, що струкура H₂O побудована простішими асоціатами, існує модель желепобідна, льодоподібна.

Існує як безкінченно і безпосередньо розгалуження гелю зі швидко утворюючими і зникаючими водневими зв’язками.

Вибір моделі залежить від вивчених властивостей.

До більшої кількості експериментальних даних відповідає льодоподібна модель або модель Самойлова, згідно якої ближня упорядкованість розположення молекул представляє собою тетраедний каркас, який порушений тепловим рухом молекул. Ті пустоти, які утворюються в каркасі, заповнюються одиночними молекулами H₂O, які мають іншу енергію, чим молекули у вузлах тетраедра молекули H₂O, що розташовуєтсья навкруги центрального тетраедра вистроюються по принципу тетраедичного окруження. При цьому три сусідні молекули розташовуються в одному шарі і знаходяться на відстані одне від одного 10.294 нм, а четверта молекула — у наступному шарі на відстані 0.276 нм. Представлення у тетраедичній будові H₂O привело до поняття ажурності будови, появи пустот розміри яких дорівнюють чи перевищують розміри молекули H₂O.

Подальший розвиток про структуру H₂O призводять до поняття кластеру H₂O. Зелені н виявив довго живучі кластери в об’ємі H₂O. Розрахунки показують, що H₂O представляє собою ієрархічно правильну об’ємну структуру (певна впорядкованість).

В основі ієрархії лежать кристалоподібні утворення, що складаються з 57 молекул, що взаємодіють одне з одним за рахунок вільних водневих зв’язків. Це призводить до утворення структур другого порядку у вигляді шестигранників, які складаються з 912 молекул H₂O. Конфігурація молекули H₂O реагує на будь яку взаємодію і любі домішки. Це пред’являє лабільний характер взаємодії кластерів. Статистичний розрахунок показав, що у звичайній H₂O сукупність окремих молекул H₂O і асоціатів складає 60 %, а 40 % — кластери (структурована H₂O).

Кластери викликають інтерес вчених через те, що вони утворюють в області температурного інтервалу характерного для існування живої природи, саме вони здатні приводити до м’яких локальних змінам властивостей H₂O, гальмуючи та пришвидшуючи біологічні п роцеси H₂O.

Асоціативна структур а H₂O обумовлені і кліматом Землі.

Останні дослідження показали, що у H₂O можуть бути присутні так звані гігантні гетерофазні кластери H₂O (ГГКВ). Це мікрооб’єм H₂O.

В утворення цих ГГКВ бере участь молекула H₂O, що складаєтсья з протня і дийтерія.

Природний вміст дийтерія у H₂O складається приблизно з 80 %.

Існування ГГКВ позволяє диференціювати упорядковані асоціати H₂O на такі підгрупи:

· Мікрокласери — вміст від 6 до 20 молекул H₂O.

· Гігантні — вміст10¹⁰ – 10¹³ молекул H₂O.

Кластер як фрагмент об’ємуH₂O зі змінною структурою розглядається як нова псевдо фаза H₂O, яка знаходиться в контакті з фазою H₂O навколишнього об’єму.

Виникає поверхня розділу фаз. Якщо є поверхня розділу фаз, то виникає поверхневий шар.

Склад природної води. Ізотопи води

Внаслідок існування ізотопів Н₂ і О₂, молекулярна маса води може відрізнятися від 18 г/моль. В природі знайдено 3 ізотопи О₂ (16,17,18) та декілька із Н₂. Теоретично є приблизно 135 різних видів води, стійкими, що зустрічаються у природі, є тільки 9 видів води.

Відношення цих стійких видів:

· H₂O (Н- протій, О₂ – 16), 99,73 %.

· H₂O (Н- протій, О₂ – 18), 0,2 %.

· H₂O (Н- протій, О₂ – 17), 0,04 %.

· H₂O (Н- протій, дийтерій -1, О₂ – 16),0,03 %.

Існує обгрунтована думка про те, що у воді крім Н⁺ (гідроксил, гідроксоній) є іони H₉O₄⁺, H₇O₄^-. В цій гіпотезі у H₂O йде рівняння утворення H₂O привзаємодії двох іонів та утворення однієї молекули H₂O.

Асиметричне розположення елементарних зарядів обумовлене тим, що всі молекули зв’язані одне з одним — в одну просторову силу.

Підготовка води — джерела питомого водопостачання.

По умовах залягання виділяють типи підземних вод:

· верховодка;

· грунтові;

· артезіанські.

Верховодка — підземні води, які залягають в обсязі поверхні H₂O, характерно непостійність розташування і дебіта. Верховодка розташовується над водотривкими непроникними породами. Верховодка займає обмежені території, це явище — тимчасове.

Потужність пород (глубина верховодки) — від 1 до 2-5 м.

Верховодка достатньо забруднена вода.

До верховодки відносять води грунтового шару, але коли грунт достатньо вологий.

Грунтові води — залягають в першому водоупорному горизонті нижче верховодки характеризуються постійним дебітом, накопичуються у пористих породах, у твердих колекторах.

Рівень грунтових вод — нерівна поверхня, що повторяє рельєф місцевості. Грунтові води переміщуються в напрямку пониження рельєфу.

Рівень грунтових вод постійно коливається, на нього впливає кількість випадаючих осадів, клімат, рельєф. Грунтові води, які накопичуються в алювіальних відложеннях є одним із джерел водопостачання.

Артезіанські вод и можуть бути напірними і не напірними. Як джерело водопостачання використовуються напірні артезіанські води.

Напірні артезіанські воли — це води, що знаходяться у водоносному шарі, який знаходиться між водоупорними щарами і не мають дзеркала поверхні води. Вони мають гідростатичний тиск, обумовлений різними рівнями тисків в місці живлення та виходу води. Розміри артезіанських басейнів — різні — до 100, 1000км. Артезіанські води характеризуються постійним дебітом та хорошою якістю. У верхній зоні активного водообміну артезіанські води слабо мінералізовані, їх добре використовувати в якості джерел питного водопостачання. Найбільші запаси артезіанських вод знаходяться у Донецькому басейні.

Склад домішок річкових вод визначається характером живлення — поверхневим (дощі, сніги) та підземним (грунтові води). Склад домішок поверхневих вод залежить від сезону року. Вміст зважених речовин, залежно від сезону, змінюється від 2 до 1000 мг/дм³. Також змінюється склад розчинних солей. В період паводків вміст солей в них різко зменшується, а зимою — збільшується.

По природі розчинних солей (аніонів) поверхневі води поділяються на три класи:

· Гідрокарбонатні води — р.Дніпро;

· Сульфатні води — р.Сіверський Донець;

· Хлоридні води.

Для поверхневих вод характерний високий вміст органічних речовин.