Вода и ее применение в современных технологиях - Технология - Скачать бесплатно
Разумеется, многое здесь зависит от
растворимости пород и от целого ряда превходящих факторов, таких, как
температура, давление, биохимические процессы, наличие тех или иных уже
растворенных веществ, в частности растворенных или свободных (называемых
спонтанными) газов.
Во всяком случае, при циркуляции воды в известняках или доломитах и
при их выщелачивании образуется гидрокарбонатно-кальциевая, жесткая, вода,
а в случае смывания залежей поваренной соли, хлоридно-натриевая.
Образование гидрокарбонатно-натриевых (содовых, Na2HCO3) вод объясняется
иногда разложением полевых шпатов (например, плагиоклаза NaAlSi3O8) в
присутствии углекислого газа СО2. Воды сульфатного класса в присутствии
кислорода могут образовываться при их циркуляции в трещиновато-пористых
породах, богатых сульфидными минералами.
Во всех перечисленных случаях повышенные минерализации вод (до
рассолов включительно) чаще возможны при интенсивном природном выпаривании
подобных растворов. Например, в озерах в районах с жарким климатом. Мы не
разделяем мнение многих исследователей, привлекающих эти процессы для
объяснения высоких концентраций глубинных рассольных вод.
Химический состав природных растворов выражается самыми различными
формулами. Вот как с помощью формулы Курлова могут быть выражены результаты
анализа морской воды:
[pic]
Как отмечалось выше, наиболее предпочтительной формой выражения
результатов анализа воды является ионная. При этом содержание того или
иного иона дается в граммах или миллиграммах на литр воды. Однако для
полной характеристики свойств воды ионная форма недостаточна. В связи с
этим наряду с ионной пользуются миллиграмм-эквивалентной формой. Пересчет
данных анализа на миллиграмм-эквивалентную форму осуществляется делением
количества миллиграммов каждого иона в 1 л воды на его эквивалентную массу.
Например, разделив 10722 мг натрия на его эквивалентную массу, равную 23,
получим 466 мг-экв. натрия. Сумма миллиграмм-эквивалентов для катионов и
анионов должна быть одинаковой, поскольку каждому эквиваленту катиона
соответствует эквивалент аниона.
Перевод результатов анализа вод в процент-эквивалентную форму
производится для того, чтобы иметь возможность сопоставить воды различной
минерализации и получить более ясное представление о соотношениях между
ионами в одной и той же воде. Приняв суммы миллиграмм-эквивалентов анионов
и катионов, содержащихся в 1 л воды, за 100%, рассчитывают процент
количества миллиграмм-эквивалентов каждого иона по отношению к этим суммам
(табл. 2.)
Таблица 2
Содержание главных компонентов в водах мирового океана
|Компоненты |Содержание |
| |мг/кг |мг-экв.|%-экв |
|Катионы | |
|Na+ |10722 |466 |86 |
|Mg+ |1297 |53 |10 |
|Ca2+ |417 |10 |2 |
|K+ |382 |10 |2 |
|Всего |12818 | |100 |
|Анионы | |
|Cl- |19337 |545 |95 |
|SO4- |2705 |28 |4.8 |
|HCO3- |97 |2 |0.2 |
|Br2- |66 |- |- |
|Co3- |6 |- |- |
|Всего |22211 | |100 |
Подобный способ показа химического состава в практических дисциплинах
о воде удобен и прост, но для научных построений совершенно не пригоден.
Это сразу станет ясно, если мы попытаемся изобразить геохимический состав
Мирового океана, куда, естественно, должен войти и состав всего его
биоценоза п. В. И. Вернадский пользовался выражением того или иного состава
только с помощью атомных процентов.
Хотя данная глава посвящена химическим свойствам воды, мы совершенно
сознательно опускаем такие, бесспорно, важные аспекты этой темы, как ионное
равновесие растворов, произведение растворимости, активность ионов и ряд
других, отсылая заинтересованного читателя в зависимости от его подготовки
к многочисленным учебникам химии для средней или высшей школы. Одновременно
мы должны предупредить, что в этих учебниках учтены обычные условия физико-
химических характеристик, с которыми человек имеет дело в быту или на
производстве, и совершенно не касаются сверхкритических условий, как
больших глубин земных недр, так и далеких от Земли космических
пространств.
Использование воды в современной технике и технологиях.
1 Морская вода в промышленности
Без воды Мирового океана немыслима жизнь на Земле, невозможен
круговорот веществ, энергии в природе. В данной главе пойдет речь не о
глобальных физических процессах, а об участии воды в морском хозяйстве, в
котором вода является сырьем, так как «уже претерпела известное изменение
при посредстве труда»(Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т.25, ч.I, с.190).
Долгое время соленую воду океана рассматривали только как
«агрессивную» среду, которую в процессе производства следует
нейтрализовать, ибо ее невозможно использовать. Однако изменение технологии
с учетом физических и химических свойств морской воды позволяет применять
ее в качестве полезного компонента. В промышленности морская вода
используется при производстве ряда продуктов охлаждения агрегатов,
обогащения полезных ископаемых, транспортировке сырья и отходов, в качестве
питательной воды в парогенераторах, для поддержки пластового давления на
нефтегазопромыслах и т. д. Круг ее применения непрерывно расширяется. Уже в
2000 году в США за счет морского водопотребления удовлетворяется одна треть
промышленных потребностей. Растут масштабы использования морской воды в
других странах, в том числе в Японии, где ожидаемый дефицит водных ресурсов
предполагается покрывать за счет морской воды.
В нашей стране доля морской воды в общем, промышленном потреблении
воды составляет пока что всего 5%. Несмотря на в основном
внутриконтинентальный характер размещения производства имеется возможность
и необходимость развития морского водоснабжения, особенно, например, в
южном экономическом районе России, где назревает дефицит водных ресурсов, и
в других приморских регионах. Промышленные предприятия Одесской и Крымской
областей уже теперь покрывают свои потребности в воде за счет морской на 33-
35%, а отдельные предприятия – до 99,4%
Чаще всего вода используется как теплоноситель при охлаждении
продукта или конструкций агрегатов. Морской водой охлаждаются ядерные
реакторы. Широко применяется оборотная морская вода также на
нефтеперерабатывающих заводах. Большая экономия пресной воды достигается от
применения морской для охлаждения барометрических конденсаторов на сахарных
заводах.
Все чаще морская вода используется в технологических процессах.
Разработаны способы приготовления бетона на морской воде, флотации в
морской воде серы из вулканогенных руд Камчатки и Курильских островов.
Доказана возможность автоклавной плавки с использованием морской воды.
Широкое распространение получает использование морской воды при
добыче полезных ископаемых суши и морского дна. Созданы гидроагрегаты,
обеспечивающие выдачу угля на гора, повышающие производительность труда в
несколько раз. Перспективна разработка рассыпных месторождений шельфа, в
том числе песков, содержащих золото, олово, титан и другие элементы,
гидроспособом.
2 Морская вода в сельском хозяйстве.
Все более широкое применение морская вода получает в сельском
хозяйстве. Существует много видов растений – галофитов, - устойчивых к
большим содержаниям солей, хорошо приспособленных к поливам морской водой.
Известны мангровые деревья растущие на побережье тропических морей и
образующие мощные заросли. Из других галофитов широко распространены
ячмень, пырей, ситник, тандриск. Высокая солеустойчивость у сахарной
свеклы, репы, кормовой капусты, ржи, сахарного тростника, спаржи, лука-
порея, чеснока, редиса и др. Эти растения могут переносить поливы
солоноватой и даже водой соленостью 10-15%. Селекционные работы позволяют
вывести новые солеустойчивые сорта растений. Так, американские ученые
получили сорт ячменя, который орошается только морской водой с высокой
концентрацией солей, и солеустойчивый сорт помидоров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гавриленко Е. С., Дерп-еольц В. Ф. Глубинная гидросфера Земли.
Киев, 1971.
Гинзбург В. Л. Как устроена Вселенная и как она развивается во
времени. М., 1968.
Девис К; Дэй Дж. Вода-зеркало науки. Л,, 1964.
Дерпгольц В. Ф. Древнее сооружение Тувы — конденсатор паров наземной
атмосферы. — Природа, 1964, № 8, с. 98—102.
Дерюгин К. К. Человек покоряет глубины океана. М., 1965.
Зубов И. Н. Льды Арктики. М,, 1945. Классен В. И. Вода и магнит. М.,
1973.
Копал 3. Луна — наш ближайший небесный сосед. М., 1963.
Кроми У. Проект «Мохол». М., 1967.
Ксанфомалити Л. В. Меркурий — брат Луны. — Земля и Вселенная, 1976, №
1, с. 40—49.
Кульский Л. А. Серебряная вода. Киев, 1968. Лепешков И. Н.
Минеральные дары моря. М., 1972. Макаренко Ф. А. Вода под Землей.— В кн.:
Круговорот воды. М., 1966, с. 86—95.
Маров М, Я. Новый облик Марса. — Природа, 1975, № 8, с. 12—24.
Маров At. Я. Венера: что о ней известно сегодня.—Земля и Вселенная,
1976, № 3, с. 3—15.
Мархинин Е. К. Роль вулканизма в формировании земной коры. М„ 1967.
Наливкин Д. В. Ураганы, бури и смерчи. Л., 1969. Никитин С. А. Как
выглядит поверхность Венеры. — Природа, i976, № 2, с. 6—9.
Оринг Дж. Погода на планетах. Л., 1968. Рай X. В глубинах Тихого
океана. М., 196!. Сиборг Г. Т., Вэленс Э. Г. Элементы Вселенной. М., 1966.
Сидоренко А. В. Кольская сверхглубокая.—Правда, 1975, 11 мая.
Струве О., Линдз Б., Пиллапс Э. Элементарная астрономия. М., 1967.
Тазиев Г. Когда Земля дрожит. М., 1968. Федосеев И. А. Развитие
знаний о происхождении, количестве и круговороте воды на Земле. М., 1967.
Фирсов В. Жизнь вне Земли. М., 1966. Фрицман Э. X. Природа воды. Л„ 1935.
Фюрон Р. Проблема воды на земном шаре. Л., 1966. Холодов Ю. П. Человек в
магнитной паутине. (Магнитное поле и жизнь). М., 1972.
Аникиев К- А. Аномально высокие пластовые давления в нефтяных и
газовых месторождениях. Л., 1964. (Тр. ВНИГРИ, вып. 233).
Белоусов В. В. Земная кора и верхняя мантия материков. М., 1966.
Блох А. М. Структура воды и геологические процессы. М., 1969.
Бютнер Э. К. О диссипации водорода из атмосфер планет.— Докл. АН
СССР, 1959, т. 12-1, № 1, с. 53-56.
Вернадский В. И. Очерки геохимии. Изд. 4-е. М., 1934.
Вернадский В. И. Избранные соч. Т. 4, кн. 2. История природных вод.
.М., 1960.
Виноградов А. П. Химическая эволюция Земли. М., 1959.
Виноградов А. П. Введение в геохимию океана. М., 1967.
Гуцало Л. К- Радиьлиз воды как источник свободного кислорода в
подземной гидросфере.—Геохимия, 1971, № 12, с. 1473—1481.
Дахнов В. И. К познанию недр Земли. М„ 1968.
Дерпгольц, В. Ф. К гипотезе формирования природных растворов.—Докл.
АН СССР, 1962а, т. 142, № 6, с. 1384- )3S6.
Дерпгольц В. Ф. О водообмене между Землей и мировым пространством. —
В кн.: Географический сборник АН СССР. Т. 15. М„ 19626, с. 198—207.
Дерпгольц В. Ф. Гидросфера и хлор. — Литология и полезные ископаемые,
1963а, № 1, с. 43—57.
Дерпгольц В. Ф. Принципы укрупненной естесгвенной классификации
природных вод Земли.—Сов. геология, 19636, № 5, с. 7—18.
Дерпгольц В. Ф. Минеральные воды Ленинградской, Псковской и
Новгородской областей.—Тр. ВНИИГ, 1964, вып. 11.
Дерпгольц В. Ф. К геохимической характеристике метеорных вод
Енисейского сектора Арктики.—Докл. АН СССР, 1968а, т. 178, № 3, с. 702-705.
Дерпгольц В. Ф. Геотермические особенности одного из участков
Енисейского сектора Арктики.—Докл. АН СССР, 19686, т. 179, № 5, с.
1091—1093.
Дерпгольц В. Ф. Планетарная геохимическая стратификация
гидрохлоросферы.—В кн.: VI совещание по проблемам планетологии. Л., 1968в.
Джеффрис Г. Земля, ее происхождение, история и строение. М., 1960.
Дмитриев Л. В. Глубоководное бурение в фундаменте океанской
коры.—Природа, 1975, № 5, с. 48—53.
Каттерфельд Г. Н. Лик Земли. М., 1962.
Кесарев В. В. Движущие силы развития Земли и планет. Л., 1967.
,
Коржинский Д. С. Теория метасоматической зональности. М., 1969.
Кротова В. А. Фактор времени в формировании химического состава
подземных вод. — Тр. ВНИГРИ, 1960, вып. 155, с. 299— 307.
Кротова В. А. Гидрогеологические факторы формирования нефтяных
месторождений. (На примере Предуралья). Л., 1962. (Тр. ВНИГРИ, вып. 191).
М., 1975.
Липецкий В. Ф. Аномально высокое пластовое давление как критерий
времени формирования нефтяных залежей. М., 1959.
Личков Б. Л. Формирование подземных вод и единство природных вод.—Тр.
Лаб. гидрогеол. проблем АН СССР, 1958, т. 16, с. 27—33.
Личков Б. Л. К основам современной теории Земли. Л., 1965.
Личков Б. Л. Природные воды Земли и литосфера. М. — Л., 1960. (Зап.
Геогр. о-ва СССР, т. 19).
Лутц Б. Г. Химический состав континентальной коры и верхней мантии
Земли. М., 1975.
Львович М. И., Соколов А. А. Водный баланс и водный режим территории
и их целенаправленное преобразование. — Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1971, №
5, с. 41—54.
Мавлянов Г. А., Эргашев С. Э., Султанходжаев А. Н. Изменение
концентрации водородных ионов (рН) в подземных водах в связи с
землетрясением. — Узб. геол. журн., 1975, № 1, с. 3—4.
Марков К. К. Палеогеография. М., 1960.
Общее мерзлотоведение/М. И. Сумгин, С. П. Качурин, Н. И. Толстихин,
В. Ф. Гумель. М.—Л., 1940.
Опарин А. И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М„ 1960.
Посохов Е. В. Формирование химического состава подземных вод. Изд. 2-
е. Л., 1969.
Сатклифф Р. Глобальный водный баланс — геофизическая проблема.—В кн.:
Вопросы мирового водного баланса. Л., 1972.
Сысоев А. Ф., Андриященко А. А. Наблюдение над действием временной
гипотермии на жизнедеятельность старых крыс. — Докл. АН СССР, 1957, т. 117,
№ 3, с. 539—541.
Хитаров Н. И., Лебедев Е. Б., Дорфман А. М. Физические свойства
системы кремнезем — вода при высоких параметрах. — Геохимия, 1976, № 2, с.
217—222.
Чердынцев В. В. Ядерная вулканология. М., 1973.
Kulp J. L. Origin of the hydrosphere.—Bull. Geol. Soc, Amer., 1951,
vol. 62, № 3, p. 326—330.
Piggot С. S., Urry W. D. Time relations in ocean sediments.— Bull.
Geol. Soc. Amer., 1942, vol. 53, № 8, p. 1187—1210.
-----------------------
Н+
Н+
Вакансии
Н+
Н+
Рис. 1. Схема образования молекулы воды.
О2-
О2-
а)
б)
Рис. 2. Гипотетические молекулы воды.
а- электроны не сосредоточены в одной точке, а «размазываются» по орбите,
которая соответствует не линии, а оболочке в форме электронного облака
(орбиты электронов двух атомов водорода шарообразны; орбиты двух внутренних
электронов атомов кислорода шарообразны, а наружных представлены в форме
объемных восьмерок, направленных по трем ординатным осям);
б- орбиты двух атомов водорода сильно вытянуты.
-
-
+
+
H
H
H
Y
X
H
Z
0 5 10 15 20тс/см2
Рис. 7. Фазовая диаграмма воды.
Римские цифры – модификации льда
[pic]
[pic]
Рис. 4. Зависимость плотности переохлажденной воды от температуры.
Рис. 5. Зависимость температуры кипения воды от давления.
[pic]
3
4
2
1
Рис. 5. Точки кипения и замерзания четырех гидридов.
1-3-фазы (1-твердая, 2- газообразная, 3-жидкая); 4 – относительная
молекулярная масса; а, б, - точки кипения и замерзания воды, вычисленные с
учетом водородных связей
а’, б’ – то, же без учета водородных связей.
Точки замерзания
Точки кипения
б
б’
а’
а
H2Te
H2Se
H2S
0
-100
-50
+
0
-
1000С
150
100
50
0
H2O
[pic]
700С
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
100С
0
-10
-20
-30
-40
-50
VI
Лед
IV
II
I
[pic]
-
-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+
-
-
-
+
-
-
-
-
+
-
+
-
+
+
+
+
+
+
-
-
+
+
-
+
-
Cl -
Na+
б
а
+
-
-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
-
+
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
Рис. 9. Схема процесса растворения в воде кристалла поваренной соли.
а- отрицательно заряженные ионы хлора (в углах кристаллической решетки)
притягивают положительно заряженные части полярной молекулы воды, а
положительно заряженные ионы натрия – отрицательно заряженные части молекул
воды;
б- образование вокруг находящихся в растворе ионов натрия и хлора гидратной
оболочки из полярных молекул воды.
|
