Translate

0028: Как правят водата за пиене (Kak pravyat vodata za piene)?

Интересно би било да изясним защо е необходимо да се прилагат специални мерки, за да се направи една вода питейна и защо не можем да я пием такава, каквато е в природата? Причината е в това, че днес едва ли може да се намери действително чиста вода, която да е годна директно за консумация, без предварително пречистване.
Най-чистият източник на вода е снега, а след него идва дъждовната вода, но в нея вече могат да се открият разтворени газове от въздуха и следи от въглеродна киселина, хлориди, сулфати, нитрати и амоняк. Даже водата в планинските ручеи и езера може да съдържа в себе си неорганични соли.

Водата в реките и водоемите (езера, язовири, блата) в низините обикновено е доста силно замърсена. Изворната и кладенчовата вода се профилтрира от земята и затова е съвсем чиста, но в нея също могат да се съдържат неорганични соли. Излиза, че всяка вода, която пием, трябва в една или друга степен предварително да се очиства.

За тази цел съществуват много начини. Един от тях е най-обикновеното отстояване в резервоар или басейн, като при това в нея протичат определени процеси. Твърдите вредни вещества се утаяват на дъното, процес, който химиците наричат отпадане в утайка. В същото време се обезвреждат и много бактерии.
Но метода на отстояване не гарантира пълно очистване. За по-доброто утаяване на вредните вещества е нужно да се добавят някои химикали и в добавка да се приложи аерация, за да се отстранят привкуси, миризми и разтворените газове. Отдавна е установено, че с филтрация през пясък се очистват не само замърсяванията, но и бактериите.

Възоснова на това са разработени различни методи за филтриране на водите с помощта на пясък, в т.ч. и такива, които протичат сравнително бързо. Но вкрайна сметка, общо приетия начин за очистване на вода е евтиното, бързо и ефективно хлориране. На 4 млн литра вода се добавят 2 кг хлор. Това е напълно достатъчно да се унищожат по-голямата част от опасните бактерии, които се съдържат във водата за пиене.
-------------------------------------------------

Ручеи | dLambow


Ручеи - значение за кръговрата на водата в околната среда


Какво е ручей?


Значение на понятието "ручей"

Основното значение на понятието "ручей" е на неголям, постоянен или временен естествен водоток. Ручеите са важни за околната среда, като:

  • - специфични канали на кръговрата на водите,
  • - вид инструменти за дълбочинен дренаж и
  • - отток на стопените снежни, ледникови и подземни води.


Какво е водоток?

Водоток - (воден поток), е обобщено понятие за водни тела с транслационно движение на водата в посоката на склона в удължена вдлъбнатина на земната повърхност (русло, канал, дере). Водотоците (реки, потоци, канали) са повърхностни водни тела и се делят на:

  • - естествени (реки, потоци, ручеи) и
  • - изкуствени (канали за различни цели).

Водотоците също се делят на постоянни и временни (пресъхващи или замръзващи). При постоянните водотоци движението на водата става през цялата година или през по-голямата част от нея, докато при временните - то само в малка част от годината. Съвкупността от всички водотоци на дадена територията се нарича руслова мрежа, а съвкупността от всички реки и потоци се нарича речна мрежа.

Какво е ручей?
Какво е ручей?

Същност на ручея

Ручеят е постоянно движение на относително малки количества водни маси в определена посока. Ручеите поставят началото на по-големите потоци и на още по-големите реки. Няколко ручея се сливат в поток, а няколко потока - в река. 

Обичайното местонахождение на ручеите са планините, а тяхното начало се поставя от планински извори или от топящи се снегове и ледове. Така, ручеи се образуват от оттичането на дъждовна или топена вода или когато подземни води достигнат повърхността на земята под формата на извори.

Параметри на ручеите

Ручеят е малък постоянен или временен воден поток, който обикновено е широк от няколко дециметра до няколко метра. По правило дължината на ручеите е не повече от 3-5-10 км, а дълбочината им рядко надвишава 1,5 метра, но няма ясна граница между ручея, потока и малката река. Скоростта на ручеите, като правило, е доста висока (няколко метра в секунда).


Русло на ручеите

Руслото на ручеите обикновено е криволичещо. Руслата с естествен произход се променят малко, но под влияние на някои причини (ерозия на почвата, свлачище, земетресение) те могат значително да променят посоката, местоположението, формата и размера си. 

Ручеите се характеризират с тясна заливна низина и слабо изразена долина. Сезонните (пресъхващи) ручеи могат да променят руслото си и дори посоката си почти всяка година. Но често промените в посоката на руслото им става под влияние на човека.




Роля на ручеите

Ручеите изпълняват също и роля като коридори за рибите и миграция в дивата природа. Биологичната среда за обитаване в непосредствена близост до ручеите се нарича крайбрежна зона. 

Отчитайки статута на ставащото халоценно измиране (халоцен - съвременната историческа епоха, в която живеем в момента, след мини ледниковия период от преди 9600 години и до днес), ручеите играят важна роля в съединяването на фрагментираните местообитания и следователно, за съхранението на био-разнообразието в околната среда.


Видове ручеи

Ручеите могат да се подразделят на:
  • - постоянни,
  • - сезонни (пресъхващи),
  • - равнинни,
  • - планински.
Има ручеи, които изтичат от водоеми с различен произход и по този начин те се явяват продължение на други реки, потоци или ручеи.

Повърхностна хидрология

Подробното изучаване на ручея, като водна артерия с много, разнообразни и неподозирани функции, както и на другите водни пътища е предмет на повърхностната хидрология, основен елемент на екологичната география.

----------------

Има ли недостиг на водни ресурси? | dLambow


Как се разпределят водните ресурси по земята?


Какво представляват водните ресурси?

Водните ресурси са запасите от прясна вода на планетата, които включват повърхностните и подземните води. В по-широк смисъл – водите в течно, твърдо и газообразно състояние и тяхното разпространение на Земята. 

Водните ресурси на планетата представляват водата, която е подходяща за използване в стопанството. Особено важни са пресните водни ресурси, които съставляват по-малко от 3% от общия обем на хидросферата, като при това - наличните запаси от прясна вода са изключително неравномерно разпределени по света. 

Водните запаси са съставени от повърхностни (реки, езера, канали, резервоари, морета, океани), подземни води,  почвената влага, ледниковата вода и атмосферната водна пара. Водата е най-разпространеното вещество на нашата планета, макар и в различни количества, тя е достъпна навсякъде и играе жизненоважна роля за околната среда и живите организми. 

От най-голямо значение е прясната вода, без която човешкото съществуване е невъзможно и тя не може да бъде заменена с нищо. Хората винаги са консумирали прясна вода и са я използвали за различни цели, включително битови, селскостопански, промишлени и развлекателни цели.


Видове водни ресурси

Водни ресурси са всички води на хидросферата, тоест:
  • - водите на реки,
  • - езера,
  • - каналите,
  • - резервоарите,
  • - морета и океаните,
  • - подземните води,
  • - почвената влага,
  • - водата под формата на лед в планинските и полярни ледници,
  • - атмосферните водни пари.

Как се разпределят водните ресурси по земята?
Как се разпределят водните ресурси?

Обща характеристика на водни ресурси на земята

По Земята, практически, навсякъде има водни ресурси, само че на едни места те са повече, а на други - по-малко. Повечето от водата се намира в океаните и едва три стотни от нея може да се открие в един слой около пет километра под повърхността на земята и около десет километра над нея. Най-големите запаси от прясна вода в света имат страни като Русия, Канада и Бразилия. Всяка година на 22 март Организацията на обединените нации отбелязва Световния ден на водата.

Обем на водните ресурси

Общият обем (едновременния запас) на водни ресурси е 1390 милиона km³, от които около 1340 милиона km³ са водите на Световния океан. По-малко от 3% е прясна вода (36 млн km³), от която само 0,3% е технически достъпна за употреба. Водните ресурси се считат за възобновяеми, въпреки че все още не е ясно с каква скорост се обновяват те след употребата им и доколко техният недостиг застрашава екосистемата на Земята.

Използване на водни ресурси

Може да се каже, че на теория водните ресурси са неизчерпаеми, тъй като при рационалното им използване, те непрекъснато се възобновяват в процеса на влагооборот. Но сега потреблението на вода расте с такива темпове, че вече в много страни се усеща нейният недостиг. От друга страна, голяма опасност представлява замърсяването на околната среда, а в т.ч. и на повечето води, което ги прави негодни най-малкото за консумация, а и за някои други нужди.

Потребление на водни ресурси

Потребителите на водни ресурси са подразделят на:
  • - селскостопански,
  • - промишлени и
  • - битови.
Около 70% от водата се изразходва в селското стопанство, около 22% - в промишлеността, около 8% е за битови нужди.

Значение на водните ресурси в селското стопанство

В селското стопанство водата се използва:
  • - за напояване на култури,
  • - за попълване на подземните води (за да се предотврати твърде бързото потъване на нивото на подпочвените води),
  • - за измиване на натрупаните в почвата соли, до дълбочина под корените на зоната на култивирани култури,
  • - за пръскане срещу неприятели и болести,
  • - за поене на селскостопански животни,
  • - за обработка на прибраната реколта.



Недостиг на водни ресурси


Недостиг на питейна вода

Повече от 40% от световното население страда от недостиг на питейна вода. От 20-ти век проблемът с недостига на прясна питейна вода се счита за глобален проблем на нашето време. Световното население нараства бързо и в същото време нараства нуждата от чиста питейна вода.

Замърсяване на прясната вода

Един от основните проблеми на нашето съвремие е замърсяването на прясна вода, което значително намалява наличните запаси. Това замърсяване се улеснява от промишлени емисии и оттичане, оттичане на торове от полета и навлизане на солена вода в крайбрежните райони във водоносни хоризонти поради изпомпване на подземни води.

Преодоляване на недостига на водни ресурси


Осигуряване на вода

Наличието и качеството на водата, управлението и опазването на водните ресурси са се превърнали във важен въпрос за човешкото развитие и екологичната и икономическа устойчивост на света, особено в светлината на нарастващото световно население.

Съхраняване на вода

За да не изпитваме недостиг на водни ресурси, дори по време на суша, ние се опитваме да съхраняваме вода във водоеми и подземни колектори.

Икономии на водни ресурси

Икономиите на водни ресурси се постигат чрез използването на по-ефективни методи за напояване, по-специално с използването на отпадни води, чрез използване на по-малко водоемки технологии в промишлеността, чрез пестене на вода, използвана за битови нужди.

Обезсоляване на морска вода

Един от начините за преодоляване на недостига на прясна вода е обезсоляването на морската вода, но това е много енергоемко. Съществуват и проекти за теглене на айсберги от Антарктида за снабдяване с вода в сухите региони.

Водата е неразрушимо вещество

От друга страна, водата е абсолютно неразрушимо вещество и даже някои учени предполагат, че от първоначалното образуване на водите върху Земята, общото им количество не се е променило нито с грам. Освен това водата способства, в началния период на живот на планетата ни, и за нейното окръгляне по метода на водната ерозия.

В днешно време водите на Земята са нито по-малко, нито повече от момента на нейното сътворяване. Единственият проблем е в тяхното рационално използване и рециклиране. Ако постигнем този ефект, повсеместно и във всяка земна дейност въведем принципа на затворения водооборот и очистване, проблеми с водата няма да имаме.

----------------

Топлоемкост на водата | dLambow

 

Аномална топлоемкост на водата

 

Причина за аномалните свойства на водата

Аномалните свойства на водата, които определят, наред с други неща, и наличието на живот на Земята, като:

се обясняват с два вида структури, в които течните молекули се самоорганизират, според авторите на ново проучване, публикувано в списанието Proceedings of the National. 

Учените са установили, че идеите, които са съществували досега за молекулярната структура на водата, са неправилни - оказва се, че нейните молекули образуват не една структура, а едновременно два вида структури, съжителстващи си в течността, независимо от температурата. 

Единият вид структура се образува под формата на сгъстявания от около 100 молекули, чиято структура наподобява тази на леда. Вторият тип структура остава около тези сгъстявания и е по-малко подредена.

Аномална топлоемкост на водата
Топлоемкост на водата


Повишаването на температурата до точката на кипене на водата води до известно изкривяване на структурата насгъстяванията и намаляване на техния брой и доминиране на неподредената структура. Това, по-специално, обяснява нелинейната зависимост на плътността на водата от температурата - подредените сгъстявания от молекули имат по-ниска плътност от неподредените и тя малко се променя с промяната на температурата.

 

Какво е топлоемкост?

Топлоемкост е количеството топлина, поемано (поглъщано) от тялото при нагряването (охлаждането) му с температура от 1 градус. По-точно топлоемкостта е физическа величина, дефинирана като съотношението на количеството топлина, абсорбирана/погълната от термодинамична система с безкрайно малка промяна в нейната температура към големината на тази промяна. Топлоемкостта на:

  • - единица маса от веществото - се нарича специфична топлоемкост,
  • - 1 мол от вещество - се нарича моларна топлоемкост.

Количеството топлина, погълнато от тялото при промяна на състоянието му, зависи не само от първоначалното и крайното му състояние (температура), но и от начина, по който е осъществен преходният процес между тях. Съответно, неговата топлоемкост зависи от начина на нагряване на тялото. Обикновено се прави разлика между

  • - топлоемкост при запазване на постоянен обем и
  • - топлоемкост при запазване на постоянно налягане,

ако по време на процеса на нагряване неговият обем или неговото налягане се поддържат постоянни, съответно. При нагряване със запазване на постоянно налягане, част от топлината отива за производството на работата по разширяване на тялото, а част - за увеличаване на вътрешната му енергия, докато при нагряване при запазване на постоянен обем, цялата топлина се изразходва само за увеличаване на вътрешната енергия на тялото. 

 

Специфична топлоемкост

Преносът на енергия от едно тяло към друго, без извършване на работа, се нарича топлопренос или топлообмен. Преносът на топлина се случва, когато телата имат различни температури. Количеството енергия, предавано на тялото в резултат на преноса на топлина, се нарича количество топлина. Според първия закон на термодинамиката, количеството топлина е равно на промяната във вътрешната енергия на тялото.

Специфичната топлоемкост е физическа величина, която се използва за изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на вещество до определена температура. Когато температурата падне, стойността на това количество се използва за оценка на количеството топлина, което се отделя по време на процеса на охлаждане, а специфичните топлоемкости на различните вещества могат да имат стойности, които се различават десетки пъти. 

 

Топлоемкост на водата

Количеството топлина, необходимо за загряване на 1 g вода с 1°, е достатъчно за нагряване на 9,25 g желязо с 1°. Аномално високата топлоемкост на водата превръща моретата и океаните в гигантски термостат, изглаждайки ежедневните колебания в температурата на въздуха. Освен това не само големи водни маси, като моретата, са начини за изглаждане на тези колебания, но и обичайните водни пари в атмосферата. 

Резките дневни колебания на температурата в районите на големите пустини са свързани с липсата на водна пара във въздуха. Сухият въздух на пустинята е почти лишен от водна пара, която може да задържи бързото нощно охлаждане на пясъка, който се е нагрял през деня, така че температурата на въздуха може да бъде не повече от 5 ° C.

С топлоемкостта на водата се обяснява феномена на различното нагряване на водата и земята: тъй като топлоемкостта на твърдите скали, които изграждат земната повърхност, и топлоемкостта на водата се различават рязко, ще са необходими различни количества топлина за загряване на водата и скалите до същата температура, така че през деня температурата на пясъка е по-висока от тази на водата.

Водата се охлажда по-бавно от твърдата скала, така че скалата е по-студена през нощта от водата. Въздухът се нагрява не директно от слънчевите лъчи, а чрез пренос на топлина от нагрятата повърхност на земята и водата. През лятото се създава значителна температурна разлика между повърхността на сушата и водата, поради което въздухът се движи в посоката, определена от температурната разлика между водите на моретата и океаните и сушата в съседство с тях. 


Специфична топлоемкост на водата

Ежедневието на човека до голяма степен зависи от качеството на водата и нейните параметри, сред които важно място заема специфичната топлоемкост на водата. Водата има най-високата специфична топлоемкост в сравнение с други течности. Нейната специфична топлоемкост дори надвишава специфичната топлоемкост на твърдите вещества.

А това означава, че е необходимо много голямо количество енергия за разрушаване на молекулярните връзки. Например, необходимо е да се изразходват 4,1868 kJ енергия за загряване само на един литър вода, така че водата често се използва като топлоносител, а не само защото е евтина, но и защото е достъпна и често срещана като вещество в природата.

Специфичната топлоемкост на водата се променя с промяна на нейната температура.

  • - при температура на леда минус шестдесет - 1,64 kJ;
  • - при температура на леда минус двадесет - 2,01 kJ;
  • - при температура на леда минус десет - 2,22 kJ;
  • - при температура на леда нула градуса - 2,11 kJ;
  • - при нула градуса в течно състояние - 4,218 kJ;
  • - при температура плюс десет градуса - 4,192 kJ;
  • - при температура плюс двадесет градуса - 4,182 kJ;
  • - при температура плюс четиридесет градуса - 4,178 kJ;
  • - при температура плюс шестдесет градуса - 4,184 kJ;
  • - при температура плюс осемдесет градуса - 4,196 kJ;
  • - при температура от плюс сто градуса - 4,216 kJ.


Трябва да се помни също, че водата може да бъде различни видове, а именно:

  • мека вода,
  • твърда вода,
  • лека вода,
  • тежка вода,
  • свръхтежка вода,
  • прясна вода,
  • дъждовна вода,
  • морска вода,
  • подземна вода,
  • минерална вода,
  • солена вода,
  • питейна вода,
  • чешмяна вода,
  • дестилирана вода,
  • дейонизирана вода,
  • отпадъчни води,
  • дъждовни води,
  • повърхностни води,
  • мъртва вода,
  • топена вода

и още няколко вида, включително от теоретични, научни и ненаучни подходи. 


Аномално висока топлоемкост на водата

Широкото приложение на водата като охладител в промишлеността и бита се обяснява не толкова и не само с нейната достъпност и ниска цена. Истинската причина трябва да се търси в нейните физически свойства и особености. Различни изследвания показват, че водата има една много важна и забележителна способност - аномално висока топлоемкост. Поглъщайки огромно количество топлина, самата тя не се нагрява съществено.


Относителната топлоемкост на водата

Относителната топлоемкост, на това чудо на природата, е пет пъти по-голяма отколкото при обикновения пясък и около 10 пъти повече, отколкото при желязото. Така, способността на водата да натрупва големи количества топлинна енергия позволява да се изглаждат резките температурни колебания на земната повърхност в различните сезони през годината, а също и в различните часове на денонощието.

Благодарение на това, течността, известна още като H2O, е основен регулатор на топлинния режим на нашата планета. А благодарение на това ние можем да се глезим в едни сравнително комфортни климатични условия.


В противен случай, живота ни щеше да бъде доста и доста по-суров и изобщо нямаше да ни е за завиждане. Но освен за климата като цяло, тази висока топлоемкост може да се използва в промишлеността и бита. Например, като отопление за през ноща или даже за през зимата.


Как за използваме високата топлоемкост на водата?

Високата топлоемкост на водата може да се използва за отопление. Как? Ами дълбоко под жилищната (офисната) сграда се прави голям, подземен басейн и се пълни с вода. Около басейна се създава серпентинна система за топлообмен. Така през горещите летни месеци топлината може да се отвежда до басейна и да го затопля. И обратно, през зимните месеци, топлината може да захранва отоплителната система на помещенията (парното).

По подобен начин, басейна може да се затопля и с евтина нощна електроенергия, а денем да отдава събраната енергия за отопление. Всичко това е трудно и даже невъзможно да се осъществи с други течности, особено с такава голяма ефективност.

Но тук интересния въпрос е, на какво се дължат тези аномални свойства за толкова голямо топлопоглъщане. Все още много тайни на природата са доста непостижими за нас. Засега.

----------------

Секрет на „Младата вода“ .

Да чукаш вода - не е чак такава безперспективна работа, както изясниха литовски учени. Наистина, вместо допотопно хаванче, секрета е в използването на дезинтегратор - своеобразна мелница със стремително въртящи се ротори.
Оказа се, че в активираната по този начин вода пъстървата, например, расте един път и половина пъти по-бързо. От всяка стотица на зърната на хайвера на пъстървата обикновено се появяват само 50 малки, а в активираната вода - 90. Тя повишава и реколтата на различните култури.
Засега учените не могат да обяснят напълно научно това явление. Предполагат, че молекулите на водата се обединяват в някакви вериги, които с течение на хилядолетия се удьлжават. По този начин, водата като че ли старее и по-бавно протича в тьканите на растенията и животните.
А преди стотици милиони години, когато на земята са бушували смърчове и урагани водата е била по-богата на енергия, по-млада. Рибите в нея са се развивали по-добре и са достигали огромни размери. Дезинтеграторът очевидно извършва същата работа - разрушава веригите на молекулите. И ето Ви секрета - млада вода.-------------------------------------------------

Свойства на водата | dLambow

Водата е превъзходен разтворител (течност, която има свойството да разтваря други вещества) за различни полярни вещества благодарение на силно изразената полярност и големия диполен момент на молекулите си. Към тях се отнасят йонните съединения, такива като солите, у които заредените частици (йоните) се дисоциират във водата, когато веществото се разтваря. 

Разтворими са и някои нейонни съединения, като например захарта и простите спиртове, в чиито молекули присъстват заредени (полярни) групи (-OH). На теория (при положение, че времето за разтваряне е неограничено) не съществуват вещества, които да са неразтворими във вода. И понеже Земята съществува от милиарди години, в природа не съществува химически чиста вода.

А с най-богат състав на разтворени в нея вещества е морската вода, което води до различие на нейните свойства по отношение на прясната (несолена) вода. При това, промяната на свойствата под влияние на разтворените в нея вещества е съществено, което я приближава повече до свойствата и законите за слабите, но силно йонизирани разтвори, съдържащи голямо количество частици.

Разтворимостта на водата е ограничена докато се достигне състоянието на насищане. От друга страна, разтворимостта може да се увеличи чрез нагряване. Разтворените вещества променят свойствата на разтворителя. Солта придава солен вкус, захарта - сладък, кафето, мастилото и др. п. променят цвета. По принцип, питейната вода трябва да е чиста, но някои от разтворените вешества са полезни за организма.

Иначе тази полезна течност е най-разпространеното вещество на Земята - заема 2/3 от повърхността й и се съдържа навсякъде - в растения, почви, въздух, живите организми и фактически, без нея живота е невъзможен. Иначе, сама по себе си, водата няма вкус, мирис и цвят. Такива свойства й придават разтворените в нея вещества. Но замърсена, тя става негодна за пиене.

----------------

Водородна връзка | dLambow


Образуване на водородни връзки между молекулите на водата


Какво е водородна връзка във водата?

Водородна връзка е формата на свързване между електроотрицателен атом и водороден атом Н, свързан ковалентно с друг електроотрицателен атом. N, O или F могат да действат като електроотрицателни атоми. Водородните връзки могат да бъдат междумолекулни или вътрешномолекулни.

Особености на водородната връзка

Особеностите на водородната връзка, според които тя се обособява като отделен вид, са нейната не много висока зравина, нейното разпространение и значение, особено в органичните съединения, както и някои странични ефекти, свързани с малкия размер и липсата на допълнителни електрони във водорода.

Водородна връзка
Водородна връзка


Свойства на водородната връзка

Енергията на водородната връзка е много по-малка от енергията на обикновена ковалентна връзка. Тази енергия обаче е достатъчна, за да предизвика асоцииране на молекули, тоест свързването им в димери или полимери. 

Именно асоциацията на молекули, причинява необичайно високите точки на топене и кипене на вещества като флуороводород, вода и амоняк. Този тип връзка, макар и по-слаб от йонните и ковалентните връзки, играе много важна роля във вътрешно- и междумолекулните взаимодействия. 

Водородните връзки до голяма степен определят физичните свойства на водата.

 




Свойството да образува мостове

В отделно взетата молекула вода има качество, което се проявява само в присъствието на други молекули - способността да образува водородни мостове между атомите на кислорода на две, оказали се заедно молекули, така че атома на водорода се разполага на отрязъка, съединяващ атомите на кислорода.

Свойството да образува такива мостове е обусловено от наличието на особено междумолекулярно взаимодействие, в което съществена роля играе атома на водорода. Това взаимодействие се нарича водородна връзка.




Водородни връзки при кристализация

Освен повишената точка на кипене, водородните връзки се проявяват и по време на образуването на кристалната структура на веществото, повишавайки неговата точка на топене. В кристалната структура на леда Н-връзките образуват триизмерна мрежа, докато водните молекули са подредени по такъв начин, че водородните атоми на една молекула са насочени към кислородните атоми на съседните молекули.

----------------

Водата, която непознаваме.

До известно време ни се струваше, че няма нищо по-просто от изучаването на водата.
Зазубрената от всички формула (H2O), температурните метаморфози на водата от лед, течност до пара и обратно, способността й да разтваря някои вещества и да участва в процеса на конвекция - и това е практически всичко, което сме учили от светското си образование.

Но задълбочаването на науката в света на «нано» мащабите може да разколебае нашата увереност, че знаем всичко за водата и че тя е нещо съвсем толкова просто.

Па макар и заради факта, че водата има своя памет и че тя разбира човешките емоции и думи - психология! Ха, сега, де! Очаквайте още за непознатите свойства на водата.
-------------------------------------------------

Тройна точка на водата | dLambow

 

Тройна точка на водата е равновесието на нейните три фази

 

Парообразуване

Процеса на парообразуване се характеризира с т.н. критични параметри:

  • критично налягане, 
  • критичен обем,
  • критична температура.

Тройна точка на водата
Тройна точка на водата

Критична температура

Температурата, при която плътността и налягането на наситената пара стават максимални, а на водата, намираща се в динамично равновесие с парата, става минимална, се нарича критична температура - kT. Или температурата, над която водата се намира само в газообразно състояние се нарича критична температура kT.

Критичен обем

Максималният обем до които може да се разшири течната фаза на дадено вещество, се нарича критичен обем. 
 

Критично налягане

Максималното налягане до което може да съществуват в равновесие течна и газообразна фаза се нарича критично налягане.
 

Фази на водата

Различните състояние, в които пребивава водата се наричат фази. Фазите на водата са

  • течна (вода), 
  • твърда (лед) и 
  • газообразна (пара).

 

Фазово равновесие

Съществуват условията, при които система, съставена от две или повече фази на водата, се намира във фазово равновесие. Водата се намира във фазово равновесие, ако се намира в механично равновесие и всички нейни фази имат една и съща температура, като не става превръщането й от една в друга нейна фаза. Фазовото равновесие включва:

  • - топлинно равновесие;
  • - механично равновесие;
  • - масата на всяка една от фазите да не се променя, т.е. да не става превръщане на веществото от една в друга фаза.

 

Топлинно равновесие

За топлинното равновесие на водата е необходимо: всичките й фази да имат една и съща температура. 

 

Механично равновесие

За механичното равновесие на водата е необходимо: ако например две фази са отделени с плоска граница, налягането от двете страни на границата да е едно и също.
 

Равновесие на фазите на водата

Равновесието между две фази на водата може да съществува само в определен температурен интервал. На всяка стойност на температурата Т в този интервал отговаря точно определено налягане р, при което равновесието е възможно.



Тройна точка на водата

Тройната точка на водата е строго определени стойности на температурата и налягането, при които водата може да съществува едновременно и в равновесие под формата на три фази - в твърдо, течно и газообразно състояние. 

Тройна точка на водата е при температура 273,16 K (0,01 °C) и налягане 611,657 Pa. Трите фази на водата могат да са в равновесие само при една единствена стойност на температурата и на налягането. Това равновесно състояние на водата се нарича тройна точка на водата. Точката, при която 

  • газовата (пара), 
  • течната (вода) ,
  • твърдата (лед) 

фази на водата се намират в равновесие, се нарича тройна точка. Равновесие на повече от три фази на едно вещество изобщо не е възможно.

Специфичната топлина на изпарение - "r"

Специфичната топлина на изпарение на водата се означава с буквата r. Следователно: количеството топлина Q, необходимо за изпаряването на вода с маса m при температурата на кипене, е Q = rm. 

В Международната система (SI) специфичната топлина на изпарение се измерва с джаул на килограм (J/kg). Температурата на тройната точка на водата е 0,01°C. Налягането на водните пари в тройната точка е 611,657 Ра.

----------------

Капилярност на водата | dLambow

 

Капилярността на водата - значение за процесите на земята


Значение на капилярността на водата

Капилярността на водата играе важна роля в много природни процеси, произтичащи на Земята. Например, благодарение на това свойство, водата омокря пласт от почвата, лежащ значително по-високо от огледалото на грунтовите води и доставя на корените на растенията разтвори с хранителни вещества. От капилярността се обуслява и движението на кръвта и тъканните течности в живите организми. 

Значение на капилярността на водата за процесите на земята
Какво е капилярност на водата?
 

Какво е капилярност?

Капилярност (от ново латински: capillaritas, от capillaris - косистост, капилярност) или капилярен ефект е движението (нагоре или надолу) на течност по тесен (капилярен) отвор или пористи тела, причинено от повърхностно напрежение между течността и заобикалящия я материал. Най-често това явление се наблюдава във вертикално разположени тесни стъклени тръбички, така наречените капилярни тръбички, но може да се появи и в други посоки, като например при абсорбиране на вода от гъба, плат или попивателна хартия.

Сцеплението между течността и твърдото вещество кара повърхността на течността да се огъва под определен ъгъл в точката на контакт. Водата се огъва нагоре при контакт със стъклото. Силата на сцеплението действа върху повърхността на водата и я кара да се издига. Подемната сила е пропорционална на обиколката на водната повърхност. В тясна тръба тази сила достига достатъчна стойност, за да започне да се издига водният стълб.

Примери за капилярност

Благодарение на явлението капилярност е възможна жизнената дейност на:

  • - животните,
  • - растенията,
  • - различни химични процеси,
  • - ежедневни явления, например:
    •     = издигане на керосин по фитила в керосинова лампа,
    •     = избърсване на ръцете с кърпа.

При биологичните обекти обаче капилярният механизъм на движение на течността не е единственият (осмозата играе също важна роля).

Към характерните капилярни явления спадат:

  • - капилярната абсорбция,
  • - появата и разпространението на капилярни вълни,
  • - капилярното движение на течност,
  • - капилярната кондензация (втечняване),
  • - процесите на изпаряване,
  • - процесите на разтваряне при наличие на извита повърхност.



Капилярни явления

Капилярни явления са съвкупността от явления, причинени от повърхностно напрежение на границата на несмесващи се среда (в системи течност-течност, течност-газ или пара) при наличие на повърхностна кривина.
 

Капилярност при липса на гравитация

При липсата на гравитация, имаме специален случай, когато течност с ограничена маса, под въздействието на повърхностното напрежение, проявява тенденцията да заема обем с минимална повърхност, тоест приема формата на топка (сфера).
 

 

Капилярност при  гравитация

При действие на гравитацията, не много вискозна течност, с достатъчна маса, приема формата на съд, в който е налята, а свободната й повърхност, при относително голяма площ (по-далеч от стените на съда) става плоска, тъй като ролята на повърхностното напрежение е по-малко значимо от това на гравитацията.


Значение на омокрянето за капилярните процеси

При взаимодействие с повърхността на друга течност или твърдо вещество (например със стените на съда), повърхността на течността става извита в зависимост от наличието или липсата на омокряне. Ако се осъществи омокряне, т.е. молекулите на течността взаимодействат по-силно с повърхностните молекули, отколкото с молекулите на друга течност (или газ), тогава под влияние на разликата в силите на междумолекулното взаимодействие, течността се издига по стената на съда (осъществява се капилярен процес), като участъкът от течността, в съседство със стената, е огънат.

Образуване на капилярна система

Ако стените на съда се доближат една до друга (т.е. ако съдът се стесни), зоните на кривина на повърхността на течността образуват менискус - напълно извита повърхност. Така получената система става капилярна.

  •     = При нея, при условията на омокряне, налягането под менискуса се намалява и течността в капиляра се издига (над нивото на свободната повърхност на течността в съда). Теглото на течния стълб, издигнат на определена височина, балансира капилярното налягане.
  •     = Неомокрящата течност в капиляра образува изпъкнал менискус, налягането над който е по-високо, а течността в него пада под нивото на свободната повърхност извън капиляра.


Примери за капилярни процеси

Кривината на повърхността на течността може значително да повлияе на капилярни процеси, като:

По този начин свойствата на системите, съдържащи голям брой капчици или газови мехурчета (емулсии, аерозоли, пяни) и тяхното образуване, до голяма степен се определят от капилярните явления. 

 

Капилярни процеси при технологичните процеси

Капилярните процеси са в основата на много технологични процеси, като:

  • - флотация,
  • - спичане на прахове,
  • - извличане на нефта от земните пластове, с помощта на водни разтвори на повърхностноактивни вещества,
  • - адсорбционното разделяне на на газови и течни смеси,
  • - пречистването на газови и течни смеси и др. 

 

Същност на капилярните явления

Капилярните явления са физически явления, причинени от действието на повърхностното напрежение на границата на несмесващи се среди. Капилярните явления обикновено включват явления в течни среди, причинени от кривината на тяхната повърхност, която граничи с друга течност, газ или собствената им пара. Кривината на повърхността води до появата на допълнително капилярно налягане в течността, чиято стойност е свързана със средната кривина на повърхността.

----------------

Парообразуване | dLambow


Парообразуване от водата

Всяко вещество, при определени условия може да премине от едно фазово (агрегатно) състояние в друго. Мокрите дрехи могат да "замръзнат", а могат и да изсъхнат. Водната пара може да се събира във водни капчици, образувайки мъгла или роса, или може да се превърне в скреж.

Какво е парообразуване?

 

Определение за парообразуване

Превръщането на водата в пара се нарича парообразуване.

Предпоставка за парообразуване

Колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-голяма е средната кинетична енергия на нейните молекули. Следователно, с повишаване на температурата, скоростта на молекулите и броят на техните сблъсъци се увеличават. В този момент, когато кинетичната енергия на молекулата стане по-висока от средната кинетична енергия на всички молекули на водата, молекулата може да преодолее силите на междумолекулно взаимодействие и да напусне водата.
Молекулите, които напускат течността, образуват парата на тази течност (в случая - вода).

Какво е парообразуване?
Парообразуване от водата

Същност на парообразуването

Парообразуване е свойството на течности да променят своето агрегатно състояние и да се превръщат в пара. Обратния процес е кондензация. Парообразуването е фазов преход, който винаги е придружен от поглъщане на енергия, т.е. на водата трябва да се подава топлина. В този случай вътрешната енергия на водата се увеличава.

Има три вида парообразуване

Кипене, изпарение (изпаряване) и сублимация — това са все видове парообразуване.

  • - Парообразуването, което се случва само на повърхността на водата, се нарича изпарение (изпаряване).
  • - Парообразуването по целия обем на водата се нарича кипене.
  • - Сублимация (от лат.: sublimatio, sublimo, sublimatum, sublimare - повдигане, възнасяне) е прехода, който се осъществява от водата при нагряване от течно директно в газообразно състояние, прескачайки течното състояние. Десублимация е обратния преход от водни пари в лед или сняг в атмосферата, като се прескача течната фаза.

Парообразуване може да се случи при всякаква температура.




Коя пара е наситена пара?

Парата, която е в динамично равновесие с течността си, се нарича наситена пара. Концентрацията на молекулите на наситените пари е възможно най-високата концентрация на молекули при дадена температура. Пара, чиято концентрация на молекулите е по-малка, отколкото в наситената пара, се нарича ненаситена пара. Скоростта на изпаряване зависи от движението на въздуха:

  • - косата ще изсъхне по-бързо, ако се изсуши със сешоар;
  • - локвите след дъжд ще изчезват по-бързо при ветровито време.

Тази зависимост може лесно да се обясни от гледна точка на термичното движение на молекулите.

Облак от молекули на парата

Близо до повърхността на водата винаги има "облак" от молекули, които са я напуснали, тоест парите на тази течност. Молекулите на парите се движат произволно, сблъсквайки се една с друга и с молекулите на други газове. Поради дифузията и движението на въздуха, някои парни молекули се отдалечават от повърхността на водата и никога не се връщат към нея.

Други молекули, напротив, могат да бъдат толкова близо до повърхността, че силите на междумолекулното взаимодействие да ги "уловят" и да ги върнат обратно в течността (наситена пара). Ако молекулите, които са напуснали течността, не се върнат, тогава скоростта на изпаряване ще бъде огромна. Например, при стайна температура, кофа с вода ще се изпари за по-малко от час.

Топлина на парообразуване

Асоциативността на водата се отразява и на нейната много висока относителна топлина на парообразуване. За да се изпари водата, вече нагрята до 100°С, е нужно шест пъти по-голямо количество топлина, отколкото за нагряването на същото количество вода с 80°С (от 20°С до 100°С).

----------------

Популярни публикации

Последователи - Абонати: