Определение качественного состава природных вод

Вода – весьма распространенное на Земле соединение. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит на вершинах гор и в недрах земли, пропитывая почву и горные породы.

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. Межъядерное расстояние О-Н составляет 0,096 нм. Молекула воды полярна, дипольный момент чрезвычайно высок и составляет 1,84 Д.

Химически чистая вода обладает рядом свойств резко отличающих ее от других природных тел:

1. При нагревании от 0⁰ до 4⁰С объем воды не увеличивается, а уменьшается и максимальная плотность ее достигается не в точке замерзания 0⁰С, а при

3,98⁰С.

2. Вода при замерзании расширяется, а не сжимается, как все другие тела, плотность ее уменьшается.

3. Удельная теплоемкость воды чрезвычайно высока по сравнению с удельной теплоемкостью других тел.

4. Вода обладает самым большим поверхностным натяжением из всех жидкостей 0,075 Н × м ^–1.

5. Вследствие высокой диэлектрической постоянной вода обладает большей растворяющей способностью, чем другие жидкости.

Аномальные свойства воды объясняются наличием водородных связей между молекулами воды.

Известные физики Дж. Бернал и Р. Фаулер в 1933 г. неопровержимо доказали, что вода – это ассоциаты, отвечающие формуле (Н₂О)_n, где n – достаточно большое число. Одновременно с ассоциатами в воде имеются и мономолекулы.

В классической теории, созданной Берналом и Фаулером, существование максимума плотности при t = 3,98 ⁰С объясняется тем, что при этой температуре преобладающая часть молекул воды связана в кварцеподобную структуру, а при других температурах она имеет тридимитоподобное кристаллическое строение, соответствующее меньшей плотности.

Представляет особый интерес модель структуры жидкой воды в виде мерцающих кластеров (надмолекулярный комплекс), состоящих из соединенных водородными связями молекул, плавающих в более или менее «свободной» воде.

Кластеры постоянно существуют в жидкости, непрерывно образуясь и разрушаясь в соответствии со случайными тепловыми изменениями в микроучастках жидкости. Время жизни кластера» 10^-11 сек.

Воды нефтяных и газовых месторождений сильно минерализованы. Основными веществами растворенными в этих водах являются хлориды, сульфаты и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов.

Диссоциируя в воде, указанные соединения образуют ионы Na⁺, K⁺, Ca⁺², Mg⁺², Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, называемые главными ионами. Количественные соотношения между этими ионами определяют тип пластовой воды. Кроме главных ионов, в пластовых водах присутствуют и другие, встречающиеся обычно в малых количествах – NO₃^- , NH⁺, Br^-, I^-, Li⁺ и др. Элементы – бор, рубидий, цезий, ванадий, никель, хром, свинец, медь, серебро и др. в природных водах могут составлять миллиграммы и их относят к микроэлементам.

В пластовых водах нефтяных и газовых месторождений содержится в растворенном состоянии некоторое количество нефтяных фракций, а также щелочных солей нафтеновых кислот. Содержание последних зависит от минерализации и состава пластовых вод и колеблется от 0,3 до 8,7 г/л.

В водах нефтяных и газовых месторождений встречаются растворенные углеводородные газы, углекислый газ, азот, сероводород (иногда в больших количествах).

В коллоидно–растворенном состоянии могут присутствовать – диоксид кремния, гидроксиды железа и алюминия.

Опыт 1. Обнаружение ионов кальция

а) К 1-2 каплям раствора СаС1₂ добавьте 1-2 капли раствора (NH₄)₂C₂O₄ . Наблюдайте помутнение раствора вследствии образования CaC₂O₄. Напишите уравнение реакции.

б) На предметном стекле поместите каплю раствора СаС1₂ , и добавьте каплю 2н раствора Н₂SO₄, слегка упарьте до появления каемки по краям капли. Образовавшиеся кристаллы рассмотрите в микроскоп. Сделайте вывод. Напишите уравнение реакции.

Опыт 2. Обнаружение ионов магния

К одной капле раствора MgС1₂ добавьте 1 каплю NH₄С1 и кристаллик Na₂HPO₄. Наблюдайте образование характерного осадка MgHPO₄. Рассмотрите кристаллы в микроскоп. Напишите уравнение реакции.