Thảo luận hóa môi trường: Nước

Chia sẻ: Nguyên Ngọc | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

67
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thảo luận hóa môi trường "Nước" gồm các nội dung chính như: Nước – tài nguyên nước và chu trình của nước, các loại nước, nước biển, nước ngọt (nước tự nhiên),...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thảo luận hóa môi trường: Nước

KHOA HÓA LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ********* THẢO LUẬN HÓA MÔI TRƯỜNG CHỦ ĐỀ: NƯỚC 1
MỤC LỤC Câu hỏi thảo luận DANH MỤC BẢNG 2
CHƯƠNG III: HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG THỦY QUYỂN I. NƯỚC – TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ CHU TRÌNH CỦA NƯỚC 1. Nước. 1.1. Cấu trúc của nước. Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O.Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hidro và một nguyên tử oxy. Về mặt hình học thì phân tử nước có góc lien kết là 104,45° . Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của lien kết OH là 96,84 picômét. Ôxy có độ âm điện cao hơn hiđrô. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử ôxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng . 3
1.2. Tính chất của nước. Nước không có mùi, màu và vị. Nước là chất duy nhất chúng ta gặp trên mặt đất trong điều kiện tự nhiên mà tồn tại ở cả 3 thể là rắn, lỏng và khí. Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hiđrô chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác. Đường kính nhỏ của nguyên tử hiđrô đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hiđrô, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hiđrô mới có thể đến gần nguyên tử ôxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, thí dụ như đihiđrô sulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi của các phân tử nước 4
thông qua liên kết cầu nối hiđrô là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô. Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô. Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4 °C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C, nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng. Khi đông lạnh dưới 4°C, các phân tử nước phải dờ xa ra để tạo liên kết thể lục giác mở 5
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nước. Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua. Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+). Khi phản ứng với một axit manh hơn như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH 1.3. Vai trò của nước . Cuộc sống trên Trái Đất bắt nguồn từ trong nước. Tất cả các sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hoàn nước. Nước có ảnh hưởng quyết định đến khí hậu và là nguyên nhân tạo ra thời tiết. Năng lượng mặt trời sưởi ấm không đồng đều các đại dương đã tạo nên các dòng hải lưu trên toàn cầu. Dòng hải lưu Gulf Stream vận chuyển nước ấm từ vùng Vịnh Mexico đến Bắc Đại Tây Dương làm ảnh hưởng đến khí hậu của vài vùng châu Âu. Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trường của các quá trình sinh hóa cơ bản như quang hợp. 6
Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước. Lượng nước trên Trái Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó 97,4% là nước mặn trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 2,6%, là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống. Việc cung cấp nước uống sẽ là một trong những thử thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây. Nguồn nước cũng đã là nguyên nhân gây ra một trong những cuộc chiến tranh ở Trung Cận Đông. Tầm quan trọng của nước Nước có một vai trò hết sức quan trọng để tạo nên sự sống của tất cả những sinh vật. Cũng chính vì vậy khi tìm kiếm một hành tinh nào đó, điều chúng ta quan tâm trước tiên là ở đó có nước hay không? có tồn tại sự sống hay không? Hàng ngày chúng ta tiếp xúc với nước và sử dụng nước cho những mục đích khác nhau nhưng có lẽ không phải ai cũng hiểu được hết tầm quan trọng, cũng như vai trò của nước đối với sự sống con người nói riêng và sự sống trên hành tinh nói chung. Vậy nước có những vai trò quan trọng như thế nào? 1.3.1. Nước đối với cơ thể Đối với cơ thể con người nước chiếm 70% ở lúc sơ sinh và giảm xuống còn 60% khi trưởng thành,85% khối lượng bộ não được cấu tạo từ nước. Trong cơ thể nước đóng vai trò là dung môi cho những phản ứng hóa học trong cơ thể xảy ra. Nước vận chuyển những nguyên tố dinh dưỡng đến toàn bộ cơ thể. Điều hòa thân nhiệt bằng tuyến mồ hôi… 7
Con người vẫn có thể sống sót nếu nhịn ăn 2 tháng, nhưng không thể tồn tại được nếu thiếu nước khoảng 34 ngày. Nếu cơ thể mất đi 2% lượng nước thì khả năng làm việc sẽ giảm đi 20%. Nếu mất đi 10% lượng nước thì cơ thể sẽ tự đầu độc và nếu mất 21% lượng nước sẽ dẫn đến tử vong. Do đó cơ thể luôn cần phải được cung cấp đủ lượng nước cần thiết để đảm bảo sự hoạt động ổn định của mình. Nhưng việc uống nhiều nước quá cũng không phải là tốt vì khi đó thận sẽ phải làm việc quá tải và nếu tình trạng diễn ra trong một thời gian dài sẽ dẫn đến những biến chứng nguy hiểm. 1.3.2. Nước đối với cuộc sống hàng ngày Chắc hẳn cuộc sống của chúng ta sẽ bị đảo lộn rất nhiều nếu bị mất nước trong một thời gian. Đa số hoạt động sinh hoạt hàng ngày của chúng ta đều gắn liền với nước. Từ việc nấu nướng, tắm giặt, vệ sinh đều cần đến nước. Hãy tưởng tượng xem một ngày nào đó lượng nước không đủ dùng cho mỗi người hoặc nước không còn được sạch nữa thì cuộc sống của chúng ta sẽ ra sao nhỉ? 1.3.3. Nước đối với trái đất Đối với đa số nước tồn tại trên hành tinh là một điều hiển nhiên bởi vì nó cần thiết cho hoạt động sống của tất cả các sinh vật. Nhưng ngoài ra nước trên hành tinh còn có một nhiệm vụ khác rất quan trọng đó là điều hòa nhiệt độ của trái đất. Bởi nước là một chất lỏng có nhiệt dung riêng rất lớn vào khoảng 4200j/kg.K. Tức là để đun nóng 1 kg nước lên 1 độ thì phải cần phải cung cấp 4200J. Do đó năng lượng mặt trời chiếu đến hành tinh của chúng ta là rất lớn nhưng nhiệt độ của trái đất luôn được duy trì để đảm bảo sự sống. 1.3.4 Thực Trạng nước hiện nay. 8
Rất nhiều người trong chúng ta nghĩ rằng nước chiếm 3/4 diện tích trái đất cơ mà. Sao chúng ta lại phải lo thiếu nước? Nhưng các bạn có biết rằng 3/4 hay 75% nước đó lại chứa tới 97% là nước mặn ở các đại dương, cái mà chúng ta không thể sử dụng được cho những mục đích hàng ngày được. Đó là chưa kể đến 99.7% trong số 3% nước ngọt lại tồn tại ở dạng băng đá và tuyết. Vậy chỉ còn 0.3% trong tổng số 3/4 kia là nước ngọt mà chúng ta có thể sử dụng cho mục đích sinh hoạt của mình được. Quá là ít phải không nào? Mặc dù lượng nước ngọt ít là vậy nhưng hàng ngày chúng ta vẫn đang luôn làm cho nó ít hơn bằng sự vô tâm trong cách sử dụng nước một cách hoang phí và làm ô nhiễm nguồn nước. Hiện nay công nghiệp phát triển kéo theo đó là việc thải ra môi trường một lượng lớn nước thải. Nếu lượng nước thải này không được xử lý một cách bài bản thì việc ô nhiễm nguồn nước là điều khó tránh khỏi. Báo chí đã phanh phui rất nhiều những doanh nghiệp vì không muốn bỏ ra một số tiền lớn xử lý nước thải đã cố tình che dấu việc thải trực tiếp nước sau sản xuất ra tự nhiên. Điều này sẽ dẫn đến việc ô nhiễm nguồn nước xung quanh và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân xung quanh đó. Tương lai… Theo như dự đoán của những nhà phân tích thì trong tương lai nước sạch sẽ là một nguồn tài nguyên quý hiếm không khác gì dầu mỏ ở những thập kỷ trước và thậm trí nước còn có tầm quan trọng hơn rất nhiều. Dầu mỏ có thể được thay thế bằng khí đốt và những nguồn nhiên liệu khác. Nhưng nước thì không. Sẽ không khó tưởng tượng ra viễn cảnh xung đột giữa những quốc gia xung quanh việc chiếm hữu nguồn nước sinh hoạt. Giải pháp? Trong khi dân số ngày càng tăng, nguồn nước lại ngày càng giảm thì việc tìm đến một giải phải tái xử lý, sử dụng nguồn nước ô nhiễm là một phương pháp cần thiết. Ngày nay chúng ta cũng đang dần từng bước trong việc phát triển những hệ thống xử lý và tái tạo nguồn nước ô nhiễm để phục vụ cho việc sinh hoạt. Trong tương lai rất có thể chúng ta sẽ có những thiết bị tái chế nước với hiệu quả cao và giá thành rẻ, nhưng trước mắt việc mà mỗi người chúng ta có thể làm được đó là hãy sử dụng nước một cách phù hợp tránh lãng phí và có ý thức hơn trong việc bảo vệ môi trường, tránh làm ô nhiễm nguồn nước. 9
2. Tài nguyên nước. Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt. Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50%97% trọng lượng của cơ thể, ch ẳng h ạn nh ư ở người nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở Sứa biển nước chiếm tới 97%. Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả đất thì có khoảng hơn 3/4 lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục điạ... chỉ có 0, 5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng. Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được và nếu tính ra trung bình mỗi người được cung cấp 879.000 lít nước ngọt để sử dụng (Miller, 1988). Theo hiểu biết hiện nay thì nước trên hành tinh của chúng ta phát sinh từ 3 nguồn: bên trong lòng đất, từ các thiên thạch ngoài quả đất mang vào và từ tầng trên của khí quyển; trong đó thì nguồn gốc từ bên trong lòng đất là chủ yếu. Nước có nguồn gốc bên trong lòng đất được hình thành ở lớp vỏ giữa của quả đất do quá trình phân hóa các lớp nham thạch ở nhiệt độ cao tạo ra, sau đó theo các khe nứt của lớp vỏ ngoài nước thoát dần qua lớp vỏ ngoài thì biến thành thể hơi, bốc hơi và cuối cùng ngưng tụ lại thành thể lỏng và rơi xuống mặt đất. Trên mặt đất, nước chảy tràn từ nơi cao đến nơi thấp và tràn ngập các vùng trủng tạo nên các đại dương mênh mông và các sông hồ nguyên thủy. 10
Theo sự tính toán thì khối lượng nước ở trạng thái tự do phủ lên trên trái đất khoảng 1,4 tỉ km3, nhưng so với trử lượng n ước ở lớp vỏ giữa c ủa qủa đất ( khoảng 200 tỉ km3) thì chẳng đáng kể vì nó chỉ chiếm không đến 1%. Tổng lượng nước tự nhiên trên thế giới theo ước tính có khác nhau theo các tác giả và dao động từ 1.385.985.000 km3 (Lvovits, Xokolov 1974) đến 1.457.802.450 km3 (F. Sargent 1974). 3. Chu trình tuần hoàn của nước. Vòng tuần nước không có điểm bắt đầu nhưng chúng ta có thể bắt đầu từ các đại dương. Mặt Trời điều khiển vòng tuần hoàn nước bằng việc làm nóng nước trên những đại dương, làm bốc hơi nước vào trong không khí. Những dòng khí bốc lên đem theo hơi nước vào trong khí quyển, gặp nơi có nhiệt độ thấp hơn hơi nước bị ngưng tụ thành những đám mây. Những dòng không khí di chuyển những đám mây khắp toàn cầu, những phân tử mây va chạm vào nhau, kết hợp với nhau, gia tăng kích cỡ và rơi xuống thành giáng thủy (mưa). Giáng thuỷ dưới dạng tuyết được tích lại thành những núi tuyết và băng hà có thể giữ nước đóng băng hàng nghìn năm. Trong những vùng khí hậu ấm áp hơn, khi mùa xuân đến, tuyết tan và chảy thành dòng trên mặt đất, đôi khi tạo thành lũ. Phần lớn lượng giáng thuỷ rơi trên các đại dương; hoặc rơi trên mặt đất và nhờ trọng lực trở thành dòng chảy mặt. Một phần dòng chảy mặt chảy vào trong sông theo những thung lũng sông trong khu vực, với dòng chảy chính trong sông chảy ra đại dương. Dòng chảy mặt, và nước thấm được tích luỹ và được trữ trong những hồ nước ngọt. Mặc dù vậy, không phải tất cả dòng chảy mặt đều chảy vào các sông. Một lượng lớn nước thấm xuống dưới đất. Một lượng nhỏ nước được giữ lại ở lớp đất sát mặt và được thấm ngược trở lại vào nước mặt (và 11
đại đương) dưới dạng dòng chảy ngầm. Một phần nước ngầm chảy ra thành các dòng suối nước ngọt. Nước ngầm tầng nông được rễ cây hấp thụ rồi thoát hơi qua lá cây. II. CÁC LOẠI NƯỚC 1. Nước biển. Nước biển là sản phẩm của sự kết hợp những khối lượng khổng lồ các axit và bazơ từ những giai đoạn đầu của sự hình thành Trái đất. Các axit HCl, H2SO4 và CO2 sinh ra từ trong lòng Trái đất do sự hoạt động của núi lửa kết hợp với các bazơ sinh ra trong quá trình phong hóa các đá thời nguyên thủy tạo thành muối và nước. 1.1 Thành phần chủ yếu của nước biển: + Anion gồm Cl, SO42,CO32, SiO32… 12
+ Cation gồm Na+, Ca2+, K+, Mg2+… Ngoài hidro và oxi ra, nếu coi các nguyên tố hóa học còn lại trong nước biển là 100% thì 3 nguyên tố Na, Cl, Mg chiếm 90%, 3 nguyên tố K, Ca, S (dưới dạng SO42) chiếm 3%, còn các nguyên tố khác chiếm 7%. Nước biển có thể coi là dung dịch NaCl 0,5M và Mg SO4 0,05M và vi lượng của tất cả các chất có thể có trong toàn cầu. Thành phần của nước biển được biểu diễn trên bảng 1.1 và 1.2. Bảng 1.1. Thành phần trung bình của các ion chính trong nước biển (khi độ muối S= 35g/kg nước) Cation Khối lượng, g/kg Anion Khối lượng, g/kg Na+ 10,7638 Cl 19,3534 Mg2+ 1,2970 SO42 2,7007 Ca2+ 0,4080 HCO3 0,1427 K+ 0,3875 Br 0,0649 Sr2+ 0,0138 F 0,0013 Bảng 1.2. Thành phần trung bình của các nguyên tố trong nước biển (% theo khối lượng) % khối lượng Nguyên tố % khối lượng Nguyên tố O 86,82 H 10,72 13
Cl 1,89 Na 1,06 Mg 0,14 S 0,088 Ca 0,041 K 0,038 Br 6,5.103 C 2.103 Sr 1,3.103 B 1,5.104 F 1.104 Si 5.105 Rb 2.105 Li 1,5.105 N 1.105 I 5.106 P 5.106 Zn 5.106 Ba 2.106 Fe 5.106 Cu 1.106 As 1,5.106 Al 4.107 Pb 5.107 Mn 3.107 Se 4.107 Ni 2.107 Zn 3.107 Cs 1.107 U 2.107 Co 1.107 Ms 1.107 Ti 1.107 Ge 1.107 W 5.108 Ga 5.108 14
Th 4.108 Y 3.108 La 3.108 Ce 3.108 Bi 2.108 Sc 4.109 Ag 4.109 Hg 3.1010 1.2.Độ pH Độ pH của nước biển dao động ổn định trong khoảng 8,1 ± 0,2 có thể được giải thích như sau: Do có sự tồn tại của hệ CO2 + H2O/ HCO3/CO32 qua các quá trình phản ứng sau CO2 +H2OH2CO3 H+ +HCO3 HCO3 H+ +CO32 Trong nước biển có tồn tại B(OH)3 nên có cân bằng: B(OH)3 +H2OB(OH)4 +H+ Do vậy trong nước biển có tồn tại hệ đệm B(OH)3/ B(OH)4. Ở đáy đại dương có trầm tích Al2Si2O5(OH)4. Trầm tích này có khả năng thực hiện phản ứng trao đổi theo cân bằng sau: 2Al2Si2O5(OH)4(r)+ 4SiO2(r)+ 2K+ +2Ca2+ +9H2O 2KCaAl3Si5O19(H2O)6(r ) + 6H+ Do có cân bằng này nên nó điều chỉnh được sự thay đổi pH và giữ cho pH của nước ít bị thay đổi. 1.3. Độ pE Độ pE được định nghĩa là logarit âm của hoạt độ điện tử trong dung dịch nước. 15
Độ pE của nước biển dao động ổn định trong khoảng 12,7± 0,2. pE = lgae ae : là hoạt động của electron trong nước. Mối quan hệ giữa giá trị pE với đại lượng thế oxi hóa E trong phản ứng oxi hóa khử. Bằng lý thuyết nhiệt động học, ở 25oC thì pE= Trong phản ứng oxi hóa khứ: Ox +neKh Ox là chất oxi hóa, Kh là chất khử liên hợp. Theo phản ứng cứ 1 mol chất Ox nhận ne biến thành 1 mol chất khử liên hợp. Áp dụng phương trình Nernst cho phản ứng trên ta có biểu thức: E= E0 +log (ở 250C) Chia hai vế của biểu thức cho 0,059 ta được: pE= pE0 +log Bảng 1.3. Giá trị pE0 của một số phản ứng oxi hóa khử (ở 250C) Phản ứng oxi hóa khử E0(V) pE0= Na+ +1eNa(r) 2,71 45,9 Al3+ +3eAl(r) 1,66 28,1 Zn2+ +2eZn(r) 0,76 12,8 Fe2+ +2eFe(r) 0,43 7,4 2H+ +2eH2(k) 0 0 16
S +2e+2H+ H2S 0,14 2,4 C +4e+4H+ CH4 0,14 2,4 Cu2+ +1eCu+ 0,16 2,7 Cu2+ +2eCu(r) 0,34 5,7 O2 +2e+2H+ H2O2 0,68 11,5 Fe3+ +1eFe2+ 0,77 13,0 Hg2+ +2eHg 0,85 14,4 O2 +4e+4H+ C2H2O 1,229 20,8 Cl2 +2e 2Cl 1,36 23 Từ các số liệu ghi trong bảng 3.3 ta thấy trong các cặp oxi hóa khử liên hợp, giá trị pE0 càng cao thì chất oxi hóa càng mạnh và chất khử liên hợp càng yếu, ngược lại cặp nào có chỉ số pE0 càng thấp thì chất khử càng mạnh và chất oxi hóa liên hợp với nó càng yếu. 1.4. Mối quan hệ giữa pH và pE trong nước. Trong nước có phản ứng: O2 +2e+2H+ H2O phản ứng này có E0 =1,229V Phương trình Nernst cho phản ứng trên là: E= E0 +log[H+]2 Chia 2 vế cho 0,059 ta có: 17
pE= pE0 +log[H+]2 và pE0 = =20,8 pE = 20,8pH Đối với nước biển giá trị pH ổn định, dao động trong khoảng 8,1±0,2 nên giá trị pE của nước biển là pE = 20,8(8,1±0,2) pE = 12,7 ± 0,2 Cũng có thể xác định giá trị pE của nước biển dựa theo hằng số K của phản ứng: O2 +2e+2H+ H2O; log K = 41,55 Ta có K= Trong không khí O2 chiếm 21% về thể tích , do đó áp suất không khí là 1atm thì áp suất của khí oxi là 0,21, nồng độ oxi tăng tỷ lệ với áp suất nên: K= logK= log1 log0,21 + 2pH + 2pE 2pE = logK + log0,21 2pH (với nước biển pH= 8,1 ±0,2) 2pE = 41,55 + log0,21 – 2(8,1±0,2) Tính ra được pE = 12,7±0,2 2. Nước ngọt (nước tự nhiên) 2.1. Thành phần của nước tự nhiên. Nước tự nhiên chiếm 1% tổng lượng nước trên trái đất, gồm nước ở các sông hồ, nước bề mặt và nước ngầm. Thành phần hóa học trung bình của nước ở sông hồ được liệt kê ở bảng 2.1 18
Bảng 2.1.Thành phần hóa học trung bình của nước sông hồ: Thành phần % Trọng lượng Thành phần % Trọng lượng CO32 35,2 Ca2+ 20,4 SO42 12,4 Mg2+ 3,4 Cl 5,7 Na+ 5,8 SiO2 11,7 K+ 2,1 NO3 0,9 (FeAl2)O3 2,7 2.2. Sự phân lớp nước bề mặt. Đặc trưng chất lượng nước phụ thuộc nhiều vào tương tác vật lý, hóa học, sinh học. Chúng có thể biến động do các quá trình biến đổi địa chất, địa hóa thể hiện qua sự lưu thông, vận chuyển, chuyển hóa, tích tụ vật chất và năng lượng, thông qua hoạt động của cơ thể sống và môi trường sống của nó. Quan sát sự phân bố lớp của một hồ nước ngọt ta thấy chất lượng nước thay đổi theo độ sâu như sau: 2.2.1.Lớp bề mặt có bề dày từ 50 đến 500µm. Ở đây xảy ra cân bằng động giữa không khí và nước. Nước ở lớp bề mặt có nhiều tính chất vật lý và hóa học đặc biệt mà hiện nay chưa rõ cơ chế. 2.2.2.Lớp chính Tùy theo độ sâu mà có thể phân chia lớp này theo sự phân bố nhiệt độ. Lớp trên; Chịu ảnh hưởng của tia sáng mặt trời, ở đây xảy ra phần lớn các hoạt động sinh học. 19
Lớp dưới: Ít chịu ảnh hưởng của tia sáng mặt trời nên có nhiệt độ thấp hơn. 2.2.3.Lớp đáy Ở lớp này xảy ra phản ứng trao đổi giữa trầm tích và nước, quá trình sinh học phân hủy các hợp chất hữu cơ để tiêu thụ oxi hòa tan, kết quả là hàm lượng oxi giảm, các vi khuẩn yếm khí tăng và xảy ra các quá trình khử. NO3 NO2 N2 và SO42 H2S Ion kim loại nặng nếu có thể sẽ kết tủa dưới dạng sunfit và lắng xuống đáy Bảng 2.2. Sự phân tầng nhiệt độ trong hồ và các liên kết phản ứng lý hóa –sinh Nhiệt Vùng Độ sâu Quan sát trạng thái độ (0C) (m) 2 Vùng nóng ấm 0 Trạng thái hiếu khí, quang hợp, tồn epilimnion tại các động thực vật phù du, ở bậc cao trong giới sinh vật dưới nước 17 Vùng gián đoạn 12 Nhiệt độ giảm và tạo vùng gián đoạn thermocline vật lý 7 Vùng lạnh, độ 21 Trạng thái yếm khí NO3 ….NO2 nhớt cao ….NH3…N2 và SO42….H2S, kết tủa hypilimnion sunfit kim loại, thành phần hữu cơ bậc cao phát triển, , vi sinh vật hiếm khí 4 Vùng lắng 36 Thành phần hữu cơ bậc cao, sunfit kim loại, vi sinh vật hiếm khí nước tù 20