Судың негізгі физикалық және химиялық қасиеттері

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Судың негізгі физикалық және химиялық қасиеттері

Химиялық таза су массасы бойынша 11, 19% сутегі және 88, 81% оттегіден тұрады. Су оттегінің бір атомы мен сутегінің екі атомы қосылуының нәтижесінде пайда болады. Судың молекуласында сутегі мен оттегінің атомдары тең қабырғалы үшбұрыштың бұрыштарына орналасқан: төбесінде оттегі атомы орналасса, негізіне орналасқан қос бұрышта - сутегінің бір-бір атомы; үшбұрыштың төбесіндегі бұрышы шамамен 105°, ал сутегі мен оттегі ядроларының ара қашықтығы шамамен 0, 97-10 ^-8 см, және сутегі ядроларының ара қашықтығы 1, 53 • 10 ^-8 см.

Бу күйіндегі су негізінен қарапайым гидрольдер деп аталатын молекулалардан (Н ₂ О) тұрса, ал сұйық күйінде дигидроль (Н ₂ О) ₂ мен тригидрольден (Н ₂ О) ₃ тұрады. Қатты (мұз) күйіндегі суда тригидроль (Н ₂ О) ₃ молекулалары басым болады. Температура мен қысымның өзгеруіне сәйкес гидроль, дигидроль және тригидрольдердің өзара қатынастары да өзгеріске душар болады.

Судың сұйық немесе қатты күйінен буға айналуы және керісінше, бұдан сұйық күйге өтуі су немесе мұз бетіндегі бу қысымының белгілі бір дәрежесінде мүмкін болады және ол температураға тәуелді. Температурасы 0, 0075°С-ге тең болса, ал қысым - 6, 1 гПа, онда бір мезгілде бу, мұз және сұйық су орнықты тепе-теңдік жағдайда болады.

Сұйық фазада судың молекулаларының құрылымы кварцтың кристалдық торына сәйкес келсе, қатты (мұз) фазада тридимиттің торына тура келеді. Тридимит торының тығыздығы кварцқа қарағанда кемірек, ал оның меншікті көлемі кварцқа қарағанда 10%-тен артық. Мұның тығыздығы суға қарағанда аз. Су мұз күйіне ауысқан жағдайда оның меншікті көлемі 10%-ке ұлғаяды . Т аза мұздың тығыздығы 0°С температурада 0, 9167∙10 ³ кг/м ³ , ал судың тығыздығы - 0, 99987-10 ³ кг/м ³ , сондықтанда мұз су бетінде қалқып жүреді, сонысымен су көзін түбіне дейін қатып қалудан сақтайды.

Температураның 0 ^о -ден +4°С-ге дейін өсу барысында судың тығыздығы ең жоғары шамасына (0, 7∙10 ³ км/м ³ ) жетеді, ал одан әрі өскен сайын молекулалардың ара қашықтықтарының өсуіне байланысты судың тығыздығы кеми береді.

Теңіз суы үшін ең жоғарғы тығыздық температурасы оның тұздылығына тәуелді. Теңіз суы шамамен -1, 0 . . . 2, 0°С температура аралығында қатады, ал 100, 08 . . . 100, 64°С-де (қалыпты қысым жағдайында) қайнайды. Суға ең жоғарғы меншікті жылу сыйымдылығы сәйкес келеді.

Судың меншікті жылу сыйымдылығы деп 1 кг суды 1 К-ге (немесе 1°С-ге) жылытуға кететін жылудың мөлшерін айтамыз. Судың жылу сыйымдылығы - 4, 19Х10 ³ Дж/(кг∙К) .

Ауа мен жер қабығы жыныстарының меншікті жылу сыйымдылығы айтарлықтай аз: ауа - 993 Дж/(кг∙К), кварц - 796 Дж/ = (кг∙К) және гранит - 838 Дж/ (кг∙К) .

Судың үлкен жылу сыйымдылығына иелік етуі құрлықтағы судың салқындау және жылу процестерінде айтарлықтай рөл атқарады, сонымен қатар су көздеріне жақын аймақтардың климаттық жағдайының қалыптасуына әсері мол болады.

Судың жылу өткізгіштігі шамалы. Химиялық таза судың 293 К (20°С) температурадағы жылу өткізгіштігі 0, 557 Вт/(м∙К) -ге тең. Яғни, 1 секунд мерзімде 1 м ² су бетіне тік бағытта 0, 557 Дж жылу мөлшері өтеді және осы бағыттағы 1 м су қабаты 1 К температураға төмендейді. Ал ауаның сол температурадағ ы жылу ө ткізгіштігі бар болғаны 0, 023 Вт/(м∙К) . Су, мұз және қар жылуды нашар өткізеді, сондықтан табиғи су көздерінде әрқандай тереңдікке жылу өткізу өте шабан жүреді. Су объектілерінің әрқандай тереңдікке жылудың таралуы негізінен су массаларының жоғары-төмен араласу процесімен тікелей байланысты жүреді.

Гидрологиялық процестерде меншікті булану мен мұз қату жылуы үлкен маңызға ие.

Меншікті булану жылуы деп 1 г суды қалыпты атмосфералық қысым жағдайында және температурасын өзгертпей буға айналдыру үшін жұмсалатын жылу мөлшерін айтамыз. Температура 273 К-ге тең болғанда, меншікті булану жылуының мәні 2, 5∙10 ⁶ Дж/кг-ға (597 кал/г) тең, ал 373 К болса - 2, 26∙10 ⁶ Дж/кг (539 кал/г) . Таза мұздың немесе қардың меншікті булану жылуы 273 К-ге тең және қалыпты жағдайда меншікті еру жылуы (80 кал/г) мен булану жылуының (597 кал/г) қосындысына тек, яғни 677 кал/г.

Мұздың қату және еру температурасы қалыпты қысымда 273 К-ге тең. 1 кг мұзды суға айналдыруға жұмсалатын жылудың джоульмен өлшенетін мөлшері - меншікті еру жылуы, ал 1 кг суды мұзға айналдыруға жұмсалатын жылу-меншікті мұз қалыптастыру жылуы деп аталады. Тұщы су мен мұз үшін бүл көрсеткіш 3, 35∙10 ⁵ Дж/кг-ге (80 ккал/кг) тең.

Беткейлік (беттік) тартылыс күші. Су ішіндегі молекулаішілік күштер бір-біріне тарту күштері түрінде, ал ашық бетте жабысқақ күштері түрінде көрініс береді. Бірінші күштер - тұтқырлықты, ал екінші күштер - беттік тартылысты айқындайды. Ашық су бетінде молекулааралық күштер барлық молекулаларды сұйықтың ішіне тартуға, сондықтан ашық су бетінің мөлшерін азайтуға бағытталған. Осының нәтижесінде беттік тартылыс күші пайда болады, ол күш су бетіне тік бағытталған. Беттік тартылыс коэффициенті 7, 13∙10 ^-2 мөлшерінен 7, 65∙10- ² Н/м-ге (71, 32, -ден 76, 52 дн/см-ге дейін) судың температурасы мен тұздылығына байланысты өзгереді. Беттік тартылыс және булану құбылыстарымен судың топырақ капиллярларымен және кеуектерімен су бетінен көтерілу қабілетін түсіндіруге болады.

Оттегінің атомдық массасы 16-ға тең және сутегінің атомдық массасы 1-ге тең қарапайым атомдарымен қатар ауыр атомдар - изотоптар да кездеседі. Оттегі изотоптарының атомдық массалары 17, 18 және 19 ( ¹⁷ 0, ¹⁸ 0, ¹⁹ 0) болса, ал сутегі изотоптары - 2 және 3 ( ² Н, ³ Н) . Өзара қосылу салдарынан олар ауыр су молекулаларын қалыптастырады. ² Н ₂ ⁶ О ауыр суының тығыздығы температура 4 ^о С-ке тең болғанда, 1, 056-103 кг/м ³ -ке тең. Мұның судың үлесі табиғатта барлық су көлемінің өте аз мөлшерін құрайды (0, 3%) .

Табиғи сулардың мөлдірлігі ондағы еріген және жүзбе заттарға тікелей байланысты. Гидросфераның атмосферамен, литосферамен және биосферамен өзара қарым-қатынастарының нәтижесінде су шын және коллоидты ерітінділер құрайды. Шын ерітінділерде заттар суда молекула және иондар түрінде және еріген заттардың мөлшері 10 ^-7 мм-ден аспайтын болып келеді. Коллоидтық ерітінділерде молекулалар мен иондар топтарға біріккен болып және еріген заттардың мөлшері 10 ^-1 -10 ^-5 мм аралығында құбылады.

Судағы еріген заттардың шоғырлануы судың минералдылығымен немесе тұздылығымен сипатталады және 1 литр суда еріген заттардың мг мөлшерімен өлшенеді (мг/л), ал тұздылығы 1000 мг/л-ден көп болса, г/л немесе промиллемен (‰) яғни 1 кг судағы еріген заттардың грамм мөлшерімен өлшенеді.

Тұздылығы жөнінен табиғи сулар былайша сұрыпталады: тұщы сулар - тұздылығы 1 г/л-ге дейін (1‰), ащылау (сортаң) сулар - тұздылығы 1-ден 24, 7 г/л-ге дейін (1 . . . 24, 7‰), минералды сулар- тұздылығы 24, 7-ден 47 г/л-ге дейін (24, 7 . . . 47‰) және тұзды (ащы) сулар - тұздылығы 47 г/л-ден (47‰) жоғары.

О. А. Алекин табиғи сулардың химиялық құрамын 5 топқа жіктейді: 1) негізгі (басты) иондар (хлоридтық С1 ^- , сульфаттық SO ₄ ^2- , гидрокарбонаттық НСО ₃ , карбонаттық СО ₃ ^2- натрий иондары Nа ⁺ , калий К ⁺ , магний иондары Мg ²¹ , кальций иондары Са ²⁺ , 2) ерітен газдар (оттегі О ₂ , азот N ₂ , сутегі Н ₂ , көмірқышқыл газы СО ₂ күкірт сутек Н ₂ S және т. б. ) ; 3) биогендік заттар (азот қоспалары, фосфор, кремний) ; 4) микроэлементтер және 5) органикалық заттар. Газдар мен органикалық заттар молекула түрінде, тұздар - иондар түрінде және аздап кешенді түрде, ал минералды және органикалық қоспалар коллоидтар түрінде кездеседі.

Табиғи сулардың тұздылығы айқын белдемдік сипатқа ие. Мысалы, бұрынғы КСРО-ның орман аймағы өзендерінің минералдылығы 200 мг/л-ден аспаса, жартылай шөлейт аймақтарда 1000 мг/л-ге жетеді.

Тұздылығы аз сулардың құрамында НСО ₃ және Са ²⁺ иондары басым болса, ал тұздылығы жоғары суларда С1- және Nа ⁺ иондары басым. SO ₄ ² иондары НСО ₃ ^- және С1 ^- иондарының арасында өткінші жағдайға, ал магний Мg ²⁺ иондары - Са ²⁺ мен Nа ⁺ иондарының арасында өткінші күйде болады.

Судың тұздық құрамы климаттық жағдайға тікелей байланысты өзгереді:

Ылғалдылық және тұздылықтың әлсіреуі

НСО ₃ SO ₄ ^2- С1 ^- Са ²⁺ Мg ²⁺ Nа ⁺

Құрғақшылық және тұздылықтың күшеюі

Судың тұздылығының белдемдік үлестірімі кейбір жеке аудандардың геологиялық құрылымдарының ерекшеліктеріне және ағындының шаруашылыққа байланысты әрекеттердің әсерінен құбылуына сәйкес өзгеріске ұшырауы мүмкін.

ЖЕР АСТЫ СУЛАРЫ

Жер асты сулары деп жер қыртысында кезігетін барлық физикалық күйдегі суларды айтамыз (қатты (мұз), бу (газ) және сұйықтық) . Қоректену көздері белгілі болған жағдайда жер қыртысындағы су көздері негізінен алқаптың геологиялық құрылысымен (тау жыныстарының литологиялық құрамы) анықталады. Жер қыртысында су өткізетін және су өткізбейтін қабаттардың кезектесіп келіп отыруы әдетте, су өткізбейтін қабаттың үстіне орналасқан су өткізетін топырақ қабаттарында бос сұйық сулардың жиналуына жағдай жасайды.

Жер қыртысындағы барлық қуыстары су толып жиналатын топырақ-жер қабатын сулы қабат, ал оны астына орналасқан су өткізбейтін қабатын - сутірегіш деп атайды.

Егер сулы қабатты бұрғылау жолымен немесе құдық қазу арқылы ашқанда, ондағы судың деңгейі өзгеріссіз қалса, онда жер асты суларын тегеурінсіз, ал деңгейді-жер асты суларының деңгейі дейді.

Жер қыртысындағы асты-үстін бірдей су өткізбейтін қабат алып жатқан сулы қабатты ашқанда, скважинадағы судың деңгейі үстінгі су өткізбейтін қабаттан биік орнығуы мүмкін. Бұл жағдайда сулы қабаттағы сулар гидростатикалық тегеуріннің әсерінде болады, ал сулы қабат тегеурінді сулы қабат деп аталады.

Орналасу сипатына, режиміне, қалыптасу жағдайына, қозғалуына және жер үсті суларымен өзара байланысының сипатына қарай жер асты сулары тегеурінді және тегеурінсіз деп бөлінеді.

Тегеурінсіз жер асты суларына топырақ, топырақ-жер және жер қыртысындағы сулар жатады.

Топырақ суларының өзінен төмен орналасқан жер қыртысындағы сулармен гидравликалық байланысы болмайды.

Топырақ-жер сулары деп су өткізбейтін қабаты жер қыртысында орналасқан, ал деңгейі тұрақты немесе тұрақсыз түрде топырақ қабатында болатын жер асты суларын айтамыз.

Жер қыртысындағы суларға барлық тайыз орналасқан тегеурінсіз жер асты сулары немесе жергілікті (локальды) тегеурінді жерасты сулары жатады. Олар жергілікті гидрографиялық желіні қоректендіріп отырады.

Жер бетіне жақын орналасқан сулар өзендердің жазғы және қысқы су тартылған кездегі негізгі қореқтену көзі болып табылады. Олар ауыл шаруашылығын сумен қамтамасыз ету барысында және жерді құрғату мен суғару үшін маңызы бар. Батпақтар мен батпақты жерлерді құрғату кезінде жер асты суларының денгейін төмендету негізгі міндеті болса, ал суландыру барысында жер асты суларының деңгейінің көтерілуінің әсерінен топырақ қабатының тұздану процесімен және батпақтанумен күресу басты міндетке айналады. Бұл үшін суғару жүйелерінде арнайы дренаж жұмыстары жүргізіледі.

Тегеурінді жер асты сулары шөгінді тау жыныстарына сыбайлас артезиан су көздері және тау жыныстарының қуыстарын толтыратын тамырлы деп екіге бөлінеді.

Артезиан суларын скважиналармен ашқан кезде жер асты суларының деңгейі тегеуіріннің күшімен қоректену көзі орналасқан аймақтың денгейімен теңесіп орнығады. Егер скважина қоректену аймағының деңгенінен төмен орналасқан анғардың табанынан салынған болса, онда бұл скважинадан су шапшыма (фонтан) түріңде атқылайды. Мұндай скважиналарды шапшыма ал суларын - өзақпа деп атайды.

Температурасы әдеттегі табиғи сулардың температурасынан жоғары суларды термальды сулар деп аталады.

Жер асты суларының халық шаруашылығындағы маңызын 13-кестеден көруге болады.

13-кесте. Сумен қамтамасыз ету мақсатында су көздерін

пайдалану құрамы (%)

Жалпы су пайдалану: Жалпы су пайдалану

Жер үсті сулары: Жер үсті сулары

Жер асты сулары: Жер асты сулары

Жер асты суларын пайдалану: Жер асты суларын пайдалану

Жалпы су пайдалану: қалаларды сумен қамтамасыз ету

Жер үсті сулары: ауыл шаруашылық объектілерін сумсн қамтамасыз ету

Жер асты сулары: жер суғару

Жалпы су пайдалану: 100

Жер үсті сулары: 24

Жер асты сулары: 76

Жер асты суларын пайдалану: 40

Кішігірім және орташа қалаларды, ауылдық жердегі елді мекендерді шаруашылық ауызсумен қамтамасыз ету айтарлықтай мөлшерде тұщы жер асты су қорларының есебінен жүргізіледі. Ал, аса ірі қалалар (халқының саны 1 млн-нан асқан) негізінен жер үсті суларымен қамтамасыз етіледі.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.