Материал: 3375

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

Методические указания для самостоятельной работы по теме

«Химия и экология воды»

для студентов 1 курса всех специальностей ВГЛТА

Воронеж 2007

2

УДК 546 + 547 (075)

Химия [Текст] : метод. указания для самостоятельной работы по теме «Химия и экология воды» студентов 1 курса всех специальностей ВГЛТА / Л. И. Бельчинская, О. А. Ткачева, Л. А. Новикова, Н. А. Ходосова ; под. ред. Л. И. Бельчинской ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2007. – 40 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»

Рецензент канд. хим. наук, доц. кафедры аналитической химии ВГТА П. Т. Суханов

3

ВВЕДЕНИЕ

Современный инженер любой специальности должен представлять, какой удельный вес загрязнений вносит его производство в окружающую среду. Необходимо стремиться к снижению этого показателя за счет использования комплексной переработки сырья, малоотходной и безотходной технологий, а также утилизации вторичных ресурсов промышленности.

Проблема охраны природы и окружающей среды возникла сравнительно недавно и обострилась в настоящее время из-за усиленного нарушения естественного круговорота веществ в природе, последствия которого отрицательно сказываются на здоровье человека и на окружающей среде.

В настоящее время во всем мире ежегодно извлекается и перемещается примерно 100 млрд т сырья, т.е. примерно 20 т на каждого человека. При этом в готовую продукцию переходит не более 5 % сырья, в то время как 95 % в виде отходов возвращаются в природу в измененном состоянии, загрязняя почвы, воздушную и водную среду.

Загрязнение воды происходит в результате сбрасывания в реки и озера недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий и канализационных вод городов, а также смывания паводковыми водами удобрений и пестицидов с полей, таяния загрязненного снега и льда. Токсичные для человека соли (нитраты, нитриты, фосфаты, соединения аммония и др.), попадая в пруды и озера, вызывают бурное развитие микроорганизмов, эвтрофикацию, приводящую к нехватке кислорода и гибели земноводных и рыб. Соединения тяжелых металлов, кислоты, соли и щелочи попадают в воду из сточных вод предприятий металлургической, пищевой, фармацевтической, химической, текстильной, легкой, кожевенной и деревообрабатывающей промышленностей.

Понимание и успешное решение проблемы охраны окружающей среды невозможно без знания информации о закономерностях протекания химических процессов в биосфере.

4

1 РОЛЬ ВОДЫ НА ПЛАНЕТЕ ЗЕМЛЯ

1.1 Источники воды на Земле

Водную оболочку Земли, представляющую собой совокупность вод океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных источников, ледников, называют гидросферой.

Объем гидросферы составляет около 1,400 млрд км3. Вода занимает примерно 3/4 поверхности земного шара. Из общего количества воды – 97 % океанская вода. Из оставшихся 3 % – более 2/3 находится в состоянии льда или в глубинах земли.

На протяжении геологической истории Земли природные процессы (геологические, геохимические, биологические, тепловые) изменяли природу Мирового океана. В настоящее время Мировой океан является важнейшим источником пищевых продуктов и минерального сырья. Из морской воды добывают около 200 тыс. т магния, что составляет почти половину его мировой добычи. Значительная площадь дна Мирового океана богата оксидами железа и марганца, которые содержат значительные примеси оксидов молибдена, кобальта, хрома, никеля.

Ватмосфере содержится 0,001 % общих запасов свободной воды в виде водяного пара, тумана, облаков, капель дождя и кристаллов снега. Атмосферная вода формирует и восполняет водные ресурсы, определяет водность рек, озер, болот. Вода в приземных слоях атмосферы подвержена главным образом антропогенному загрязнению. Выбросы промышленных предприятий приводят к таким негативным последствиям, как кислотные дожди и радиоактивные осадки.

Вверхней части земной коры на разной глубине под почвой находятся обширные запасы подземных вод общим объемом 23,7 млн км3. Это так называемая свободная вода, которая перемещается по трещинам горных пород. Но под землей находится еще и химически связанная вода: в известняках ее 0,8, в песчаниках – 1,6, в сланцах и глинах – 5, в кристаллических по-

родах – около 1,25 %. Выделяется она лишь при их нагревании до температуры 1200 оС, и ее объем составляет 420 млн км3. Подземные воды распространены по всей территории России, они имеют важное хозяйственное значение, являются одним из источников питания рек. Наряду с поверхностными подземные воды являются основой водного фонда России и служат

главным образом для питьевых целей. Естественные ресурсы подземных вод составляют 787,5 км3 в год.

Из общего количества воды на нашей планете доля пресных вод составляет немногим более 2 %, или примерно 28,25 млн км3. Подавляющая

часть пресной воды труднодоступна. Почти 70 % пресной воды заключено в покровных и горных ледниках. Льды покрывают 16 млн км2 суши, из них

5

14 млн км2 находятся в Антарктиде. Общий объем льда на Земле составляет 24 млн км3.

На территории России в арктических ледниках в виде льда законсервировано около 35 тыс. км3 статических запасов пресной воды, а в горных ледниках Урала, Сибири, Алтая и Камчатки этот запас составляет 5 тыс. км3.

Реки, озера и болота являются основным источником пресных вод, используемых в производственной и хозяйственной деятельности. На территории России насчитывается свыше 2,5 млн больших и малых рек, более 2 млн озер, сотни тысяч болот, тысячи искусственных водохранилищ, прудов, каналов и других водоемов. Россия по ресурсам поверхностных вод занимает одно из ведущих мест в мире.

Большие запасы воды на нашей планете создают впечатление о ее неисчерпаемом изобилии. Однако следует иметь в виду, что гидросфера - самая тонкая оболочка Земли. На воду во всех ее состояниях и во всех средах приходится меньше 0,001 массы планеты, и лишь незначительная часть запасов воды оказывается доступной и пригодной для практического использования.

Несмотря на неравномерное распределение воды по поверхности земного шара, все воды Земли едины по своему происхождению, так как гидросфера находится в состоянии непрерывного движения, развития и обновления. Движущими силами круговорота воды являются тепловая энергия и сила тяжести. Под действием тепла происходят процессы испарения, конденсации водяных паров. Под влиянием силы тяжести – падение капель дождя, течение рек, движение почвенных и подземных вод. Ежегодно с поверхности Земли испаряется 0,5 млн км3 воды, что составляет половину объема всех водоемов суши. Водяные пары атмосферы обновляются в течение десяти суток. Вода рек в результате стока сменяется каждые 12 суток. Вода озер обновляется каждые 10 лет. Воды мирового океана полностью сменяются каждые 3 тыс. лет, а в самой малоподвижной форме воды – в ледниках – полный водообмен происходит за 8,5 тыс. лет.

Трудно переоценить значение воды для жизни на Земле. Являясь наилучшим растворителем, обеспечивая существование жизни на Земле, обусловливая погоду и климат, влияя на ход основных, самых грандиозных геологических процессов, "вода стоит особняком в истории нашей планеты" (Вернадский В.И., 1933).

1.2Химический состав природных вод и процессы его формирования

Вода в природе нигде не встречается в химически чистом виде, поскольку в ней всегда растворено то или иное количество веществ, с которыми она соприкасается в процессе своего круговорота. Химический состав