intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Thảo luận hóa môi trường: Nước

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

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:
Lưu

Nội dung Text: Thảo luận hóa môi trường: Nước

  1.                                      KHOA HÓA ­ LÝ KỸ THUẬT                                 BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG                                                         *********                                                                      THẢO LUẬN HÓA MÔI TRƯỜNG                                                        CHỦ ĐỀ: NƯỚC                         1
  2.                                                         MỤC LỤC      Câu hỏi thảo luận                                          DANH MỤC BẢNG  2
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. + 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18.            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
  19. 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
  20. ­ 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
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0