Apa

I Introducere

Apa este denumirea comuna aplicata pentru starea lichida a combinatiei hidrogen-oxigen H₂0. Filosofii antici considerau apa ca un element de baza, reprezentativ pentru toate substantele lichide. Oamenii de stiinta nu au renuntat la aceasta conceptie decit in a doua parte a secolului al XVIII-lea. In 1781 chimistul englez Henry Cavendish a obtinut apa prin detonarea unui amestec de hidrogen si aer. Rezultatele experientei sale au fost explicate in intregime abia dupa doi ani, cand chimistul francez Antoine Laurent Lavoisier a dovedit ca apa nu era un element ci o combinatie de oxigen si hidrogen. Intr-o lucrare stiintifica ,prezentata in 1804, chimistul francez Joseph Lovis Gay-Lussac si naturalistul Alexander von Humboldt , au demonstrat ca apa consta din doua unitati de volum de hidrogen si una de oxigen , asa cum reiese si din formula utilizata azi , H₂O.

Aproape tot hidrogenul din apa are masa atomica 1. Chimistul american Harold Clayton Urey a descoperit in 1932 prezenta in apa a unei cantitati foarte mici ( de 1 la 6000 ) de asa numita apa grea sau oxid de deuteriu (D₂O). Deuteriul este un izotop al hidrogenului cu masa atomica 2.

In 1951 , chimistul american Aristid Grosse a descoperit ca apa din natura contine deasemenea oxid de tritiu (T₂O) ,tritiul este izotopul hidrogenului cu masa atomica 3.

A Deuteriul

Deuteriul , este un izotop stabil , neradioactiv al hidrogenului , cu masa atomica 2,01363 si simbolul D sau 2H. In mod obisnuit se numeste hidrogen greu , deoarece masa sa atomica este dubla fata de hidrogen , dar are proprietati chimice identice. Deuteriul are masa dubla deoarece atomul lui contine un proton si un neutron , in loc de numai de un proton.

Hidrogenul din natura contine aproximativ 0,02 % deuteriu. Punctul de fierbere al deuteriului este mai inalt decat al hidrogenului obisnuit.Apa grea (D₂O) fierbe la 101,42⁰ C,fata de 100⁰ C a apei obisnuite. Ea ingheata

la 3,81⁰ C fata de 0^o C pentru apa obisnuita.Densitatea apei grele la temperatura camerei este cu 10,79% mai mare decat a apei obisnuite.

Deuteriul care a fost descoperit de chimistul american Harold Urey in 1932, a fost primul izotop separat in formula pura dintr-un element .

S-au dezvoltat mai multe metode pemtru separarea izotopului din hidrogenul natural. Cel mai des utilizate doua metode sunt distilarea fractionala , si un proces de schimb catalitic intre hidrogen si apa. In ultima metoda , in care apa si hidrogenul sunt unite in prezenta unui catalizator corespunzator , in apa se formeaza de trei ori mai mult deuteriu decat in hidrogen.

Apa grea urmeaza sa fie utilizata in centrale atomo electrice in timpul celui de-al doilea razboi mondial , dar in Statele Unite a fost inlocuita cu electozi de grafit.

B Tritiul

Tritiul este un izotop radioactiv al hidrogenului cu masa 3 si simbolul 1H3 sau T. Nucleul tritiului contine un proton si doi neutoni si are masa atomica de 3,016049. Emite radiatii beta si se transforma intr-un nucleu de heliu cu masa 3. Are perioada de injumatatire de 12,26 ani.Tritiul se produce prin mai multe metode incluzind bombardarea deuteriului cu particule de inalta energie si absorbtie de neutroni de catre izotopul de litiu.

Atat deuteriul cat si tritiul constituie componente principale in fabricarea armelor atomice , ca bomba de hidrogen.          

II Proprietati

Apa pura este un lichid fara miros si gust are o nuanta albastruie care poate fi observata numai la straturi de o adancime considerabila. La presiunea atmosferica standard (760 mm coloana de mercur sau 760 torr) temperatura de inghetare este de 0^oC (32^oF), iar punctul de fierbere de 100^o C (212 ^o F). Apa atinge densitatea maxima la 4^o C (39 ^o F) si se extinde la inghetare. Ca majoritatea lichidelor , apa poate exista intr-o stare supraracita , adica poate ramane in stare lichida sub punctul sau de inghet. Apa poate fi usor racita la circa -25^o C (-13^o F) fara a ingheta , in conditii de laborator sau chiar in atmosfera. Apa supraracita va ingheta daca este agitata , daca se coboara temperatura mai mult , sau daca se adauga un cristal de gheata sau o alta particula. Proprietatile fizice ale apei sunt folosite ca standard pentru a defini , caloria , caldura specifica si latenta , precum si pentru definirea originala a unitati de masa , gramul.

Apa este unul dintre cei mai cunoscuti agenti de ionizare. Deoarece majoritatea substantelor sunt intr-o oarecare masura solubile in apa , adesea apa este considerata ca solventul universal. Apa se combina cu anumite saruri pentru a forma hidrati. Reactioneaza cu oxizi de metal pentru a forma acizi. Joaca rol de catalizator in multe importante reactii chimice.

III Apa in natura

Apa este singura substanta care se intalneste la temperaturi obisnuite in toate cele trei stari , adica solida , gazoasa si lichida. In stare solida sau gheata, se gaseste in ghetari sau calote glaciare , la suprafata apelor iarna ca zapada , grindina si chicura , si in norii formati din cristale de gheata.

In stare lichida se intalneste in norii de ploaie , roua de pe plante , deasemenea acopera trei patrimi din suprafata pamantului sub forma de lacuri , rauri , oceane , mlastini.

Ca gaz , sau vapori de apa , apare ca ceata , aburi si nori.

Umiditatea atmosferica se masoara in unitati relative , care este raportul cantitatii de vapori efectivi prezenti la o temperatura data.Apa apare ca amestec in partea superioara a solului , unde adera la particulele de sol prin efect capilar. In aceasta stare se numeste apa "legata" si are proprietati diferite fata de apa "libera". Sub influenta fortei de gravitatie , apa se acumuleaza in spatiile dintre roci , formand un imens rezervor subteran care alimenteaza izvoare si mentinand cursul anumitor rauri in perioade de seceta.

IV Apa si materia vie

Apa este principala componenta a materiei vii. Intre 50% si 90 % din greutatea organismelor vii este apa. Protoplasma , materia de baza a celulelor vii , consta dintr-o solutie de apa cu grasimi , hidrocarburi , proteine , saruri , si alte substante chimice.

Apa actioneaza ca un solvent , transportand , combinand si descompunand chimic aceste substante. Sangele animalelor si seva plantelor consta in mare parte din apa si serveste la transportul hranei si indepartarea substantelor nefolosibile.

Apa are deasemenea un rol chimic in metabolismul unor molecule esentiale ca proteine si hidrocarburi. Acest proces numit hidroliza , se desfasoara in continu in celulele vii.

V Ciclul apei in natura

Hidrologia este stiinta care se ocupa cu studierea distribuirii apei pe pamant , cu reactiile chimice si fizice cu alte substante din natura si cu relatia sa cu viata pe pamant. Miscarea continua a apei intre pamant si atmosfera este cunoscuta sub denumirea de ciclu hidrologic. Datorita diferitor influente , printre care caldura este predominanta , apa se evapora atat de pe suprafata pamantului cat si a apei si transpira din celulele vii.

Acesti vapori circula prin atmosfera si se precipita sub forma de ploaie si zapada.

Atingand suprafata pamantului , apa urmeaza doua cai : o parte determinata de intensitatea ploii , de porozitatea , permeabilitatea , si umiditatea anterioara a solului , se scurge pe suprafata solluli direct in rauri , lacuri si oceane. Cealalta parte se ifiltreaza in sol. O parte a apei infiltrate da umiditatea solului , sau poate fi absorbit de plante si evaporat prin frunze. O parte a apei patrunde in adancime , in asa numita zona de acumulare a apei subterane. Marimea acestui rezervor subteran este in continua modificare in functie de cantitatea de apa ce se adauga sau se scurge in izvoare sau rauri.

VI Compozitia apei

Apa pura se gaseste foarte rar in natura datorita capacitatii sale mari de a dizolva numeroase substante.

In timpul condensarii si a precipitarii , ploaia si zapada absoarbe din atmosfera o mare cantitate de bioxid de carbon si alte gaze , precum si substante organice si anorganice. Pe langa acestea , precipitatiile transporta pe pamant urme de substante radioactive.

In timpul trecerii apei pe suprafata si prin pamant , ea reactioneaza cu mineralele din sol si roci. Prncipalele substante dizolvate de apa de suprafata si adancime , sunt sulfati , cloruri si carbonati de sodiu si potasiu , precum si oxizii de calciu si magneziu. Apele de suprafata pot contine deasemenea resturi menajere si reziduuri industriale. Apele de izvoare de mica adancime pot contine mari cantitati de compusi de nitrogen si cloruri proveniti de la oameni si animale. Apele din sursele de mare adancime contin in general numai minerale in solutie .

Aproape toate sursele de apa potabila contin fluor in diferite cantitati.

Proportia corecta de fluor in apa de baut s-a stabilit pentru a reduce degradarea dintilor.

Apa de mare , contine pe langa cantitati mari de cloruri de sodiu,sau sare , numerosi alti componenti solubili , proveniti din apele impure ale raurilor care alimenteaza in continuu oceanele. In acelasi timp , apa pura este supusa in continuu evaporarii , din care cauza impuritatile care dau caracterul sarat al oceanelor cresc.--

VII Purificarea apei

Inpuritatile in suspensie si dizolvate prezente in apa din mediul natural , fac 1apa necorespunzatoare pentru o serie de scopuri. Materiale anorganice si organice nedorite sunt indepartate prin metode ca sedimentarea , pentru a separa materialele aflate in suspensie , tratarea cu carbon activ pentru eliminarea gustului si mirosului , clorinare pentru distrugerea microorganismelor.

Prin aerisire sau prin saturarea apei cu aer , apa este adusa in contact cu aerul astfel incat sa se produca o patrundere maxima a aerului , de exemplu cu ajutorul fantanilor arteziene. Acest procedeu inlatura mirosul si gustul rezultat din descompunerea materiei organice si industriale , ca fenoli si cloruri. Deasemenea transforma manganul si fierul dizolvat in apa , in oxizi insolubili, care sunt apoi indepartati usor.

Duritatea apei naturale este determinata in mare masura de sarurile de calciu si magneziu si intr-o mica masura de fier , aluminiu si alte metale. Duritatea rezultata din hidrocarbonatii si carbonatii de magneziu si calciu , se numeste duritatea temporara si se poate indeparta prin fierbere , cea ce duce si la sterilizarea apei. Duritatea ramasa , se numeste duritate permanenta. Metodele de scadere a duritatii permanente constau in adaugarea de carbonat de sodiu si var si prin filtrare prin filtre naturale care absorb ionii metalici , care produc duritatea si elibereaza ioni de sodiu in apa. In detergenti pentru spalarea rufelor sunt inclusi agenti care dezactiveaza substantele care dau duritatea apei.

Fierul , care da un gust neplacut apei de baut , poate fi inlaturat prin aerare sau sedimentare , sau trecerea apei prin filtre speciale ce indeparteaza fierul. Deasemenea fierul poate fi stabilizat prin adaugarea de saruri , ca de exemplu polifosfati. Pentru utilizare de laborator , apa este destilata sau demineralizata prin trecerea prin filtre ce absorb ionii.     

VIII Desalinizarea apei

Pentru a satisface cerinta tot mai mare de apa proaspata , mai ales in zonele secetoase si aride, multi cercetatori s-au preocupat de metode de a indeparta sarea din apa de mare.

S-au dezvoltat mai multe procedee pentru a produce apa proaspata.

Trei dintre aceste procese presupun evaporare , urmat de condensarea aburului rezultat. Aceste metode se numesc evaporare multi-efect , compresia distilarea vaporilor si evaporarea fortata ( rapida ). Ultima metoda , cea mai utilizata , presupune incalzirea apei de mare si pomparea lui in rezervoare de joasa presiune , unde apa se evapora brusc si se transforma in abur. Aburul apoi condenseaza si este extras ca apa pura.

In 1967 in orasul Key West , din Florida s-a deschis o fabrica care produce necesarul de apa al orasului , din apa de mare , prin aceasta metoda de desalinizare.

Inghetarea apei este o alta metoda bazata pe temperaturile de inghet ale apei pure si ale apei sarate. Cristalele de gheata sunt separate de rest, curatate de sare si apoi topite , dand apa pura. Intr-un alt proces , numit osmoza inversa , apa proaspata este fortata cu ajutorul presiunii sa treaca printr-o membrana subtire care nu permite trecerea mineralelor. Aceasta metoda este impusa la inbunatatiri si la ora actuala. Electrodializa se utilizeaza la desalinizarea apei putin sarate. In momentul in care sarea se dizolva in apa , ea se imparte in ioni pozitivi si ioni negativi , care apoi sunt eliminati prin membrane anionice si cationice , cu ajutorul curentului electric.

Desi si aceasta metoda este in dezvoltare , exista deja un numar de fabrici care functioneza conform ei.

Din 1962 orasul Buckeye din Arizona a devenit primul oras american care produce intregul sau necesar de apa potabila prin metoda electrodializei din apa sarata , ceea ce inseamna cam 2460 m³ apa pe zi , la un cost de circa 1$ pentru 6,3 m³.

Una dintre cele mai importante probleme ale proiectelor de desalinizare este costul producerii apei proaspete. Folosind combustibil conventional , fabricile cu o capacitate de 3,8 milioane litri de apa pe zi (sau mai putin) produce apa la un cost de 1 sau mai mult pentru 3800 litri.  Functioneaza mai mult de 500 de astfel de fabrici in SUA ,dar costurile lor ridicate limiteaza aria lor de activitate la zone cu mare deficit de apa. Apa din sursele conventionale (izvoare) este vanduta la mai putin de 30 de centi/ 3800 l , transportati la consumator. Apa utilizata la irigatii este stabilita de obicei la mai putin de 5 centi / 3800 l.

(La noi in oras consumatorul casnic plateste aproximativ 64 centi/3800 l.)

Centralele cu scop dublu aflate acum in proiect vor produce energie atomica si vor desaliniza apa la un cost intre 20-30 centi /3800 litri.

Majoritatea expertilor asteapta rezultate in viitorul  apropiat de la metodele de desalinizare a apei slab sarate care contine intre 1000-4500 parti sare la un milion , fata de apa de mare care contine 35000 parti sare la un milion. Deoarece apa este potabila daca contine mai putin de 500 parti sare la un milion , desalinizarea apei slab sarate este mult mai putin costisitoare decat cea a apei de mare.

Intocmit

Stefanescu Dan

REFERAT LA CHIMIE

APA

I. Introducere

A Deuteriul

B Tritiul

II. Proprietati

III. Apa in natura

IV. Apa si materia vie

V. Ciclul apei in natura

VI . Compozitia apei

VII. Purificarea apei

VIII. Desalinizarea apei

ELEV: