Курсовая работа: Вода и здоровье населения

Взаимодействие водорода с кислородом в газообразном виде при отсутствие катализатора медленно происходит только при 3000ºC по схеме[4]:

2H2 + O2 = 2H2O.

При повышении температуры скорость реакции возрастает и при 550ºC она происходит со взрывом. При наявности катализатора, например платины, ход реакции ускоряется.

Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000ºC водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород[4]:

2H2O ↔ 2H2 + O2.

Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода. Однако даже при 2000ºC степень термической диссоциации не превышает 2%, т.е. равновесие между газообразной водой и продуктами ее диссоциации – водородом и кислородом - все еще остается сдвинутым в сторону воды. При охлаждении же ниже 1000ºC равновесие практически полностью сдвигается в этом направлении.

Кроме термической диссоциации вода способна также к электролитической, фитохимической и радиолитической диссоциации.

Электролитическая диссоциация воды в жидком виде происходит по схеме[4]:

H2O = H+ + OH¯

Вода – весьма реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.

С инертными газами вода образует гидраты, которые стойки при очень низких температурах. Вода окисляет кислородом в атомарном виде по схеме:

H2O + O2 = H2O2.

При обычных температурах вода реагирует с фтором с выделением атомарного кислорода[4]:

H2O + F2 = 2HF + O.

Кроме того, могут образовываться O2, O3, H2O2, F2O, которые являются продуктами взаимодействия атомов кислорода друг с другом и с F2, H2O.

Во время растворения в воде хлора происходит реакция гидролиза хлора по схеме[4]:

H2O + Cl2 = HCl + HOCl.

Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции; например, хлор не взаимодействует с металлами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосфере воздуха.

Вода способна соединятся с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии, образуя при этом так называемые гидраты газов. Примерами могут служить соединения Xe · 6H2O, Cl2 · 8H2O, C2H6 · 6H2O, C3H8 · 17H2O, которые выпадают в виде кристаллов при температурах от 0 до 24ºC (обычно при повышенном давлении соответствующего газа). Подобные соединения возникают в результате заполнения молекулами газа («гостя») межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды («хозяина»); они называются соединениями включения или клатратами[4].

Клатраты используют для разделения углеводородов и природных газов. В последнее время образование и разрушение клатратов газов (пропана и некоторых других) успешно применяется для обессоливания воды. Высокая экономичность и сравнительно мягкие условия осуществления этого процесса делают его перспективным в качестве промышленного метода опреснения воды.

Воде присущи слабые окислительные качества за счет атомов водорода с высшей степенью окисления ионов H+. При высоких температурах и наличии катализаторов вода окисляет метан, оксид углерода (ІІ) , углерод, железо, фосфор, при обычных условиях - щелочные и щелочноземельные и их гидриды[4]:

CO + H2O = CO2 + H2 ↑ (катализатор Fe);

3Fe + H2O=Fe3O4 + 4H2↑;

CH4 + H2O = CO + 3H2↑ (1200 – 1400 °C без катализатора и при катализаторе – Ni или Co при 700 – 800 °C);

CaH2 + 2H2O = Ca (OH) 2 + 2H2↑;

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑;

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑.

При растворении в воде кислотных и щелочных оксидов образуются соответственно кислоты и щелочи, а при растворении солей, кислот, оснований происходит их гидратация, т. е. присоединение молекул воды к молекулам растворенного вещества.

Природные воды почти никогда не бывают химически чистыми, так как содержат различные вещества в растворенном и взвешенном состоянии. В процессе взаимодействия гидросферы с атмосферой, литосферой и биосферой вода оказывает влияние на различные вещества, образуя истинные и коллоидные растворы. Истинные растворы – это такие, в которых растворенные вещества находятся в виде молекул и ионов с размерами частиц, не превышающими 10-7 мм. Коллоидные же растворы включают в себя не отдельные молекулы, а группы молекул и ионов с размерами растворенных частиц от 10-1 до 10-5 мм. Коллоидные растворы более устойчивы, но в природных водах они встречаются в незначительных количествах[6].