I. Apa H2O
Peste 2/3 din supafata terestra este ocupata de mari si oceane, care formeaza Oceanul Planetar. Terra este supranumita si “planeta albastra” datorita acestui fapt.
Din suprafata totala a pamantului, evaluata la 510,10 mil. km2, apa Oceanului Planetar ocupa 361,07 mil.km2, adica 70,8%. Se estimeaza ca planeta dispune de 1,37 mild. km3 de apa, dar circa 97,2% este constituita din apa marilor si oceanelor.
Omul dispune numai de apele de la suprafata solului – adica de aproximativ 30.000 km3, ceea ce inseamna circa 0,002% din total. Consumul de apa ce revine pe om/zi variaza intre 3 litri, in zonele aride ale Africii si de 1,045 litri la New York.
Valoarea productivitatii marilor si oceanelor se apreciaza ca fiind intre 0,1 – 0,5 gr/mc/zi.
Oceanul Planetar constituie baza vietii pe Terra si genereaza negentropie in ecosfera.
Apa este cea mai raspandita substanta compusa si reprezinta trei sferturi din suprafata globului terestru. Ca si aerul, ea constituie factorul principal al mentinerii vietii pe pamant.
Apa este o resursa naturala esentiala cu rol multiplu in viata economica.
In natura apa urmeaza un circuit. Se poate vorbi despre apa de ploaie, apa raurilor si izvoarelor, apa de mare, etc.
Apa pura se obtine din apa naturala prin distilare repetata in conditii in care sa nu poata dizolva gaze din aer sau substante solide din recipientele in care este conservata.
a) Structura moleculei de apa.
1H: 1s1; 8O: 1s22s22p4
. .
H : O : ;
. .
H
|
. .
H ¾ O : ;
½
H
|
H2O |
Se formeaza doua legaturi covalente polare O-H. Molecula de apa este covalenta polara; este un dipol.
b) Propietatile fizice ale apei.
Stare de agregare |
Culoare |
Miros |
Gust |
Pt |
Pf |
Densitatea la 40C |
Conductibilitatea electrica |
Lichid |
Incolor(in straturi groase este albastru) |
Inodor |
Insipid |
00C |
1000C |
1g/cm3 |
izolator |
Cele doua temperaturi extreme ale apei, de solidificare respectiv de fierbere la presiune normala, constituie 00C si 1000C in scara Celsius.
Apa prezinta o serie de propietati de celelalte hidruri ale nemetalelor vecine in sistemul periodic. Aceste propietati se numesc “anomaliile apei”.
Apa este lichida intr-un interval mare de temperatura (00C si 1000C). Aceasta anomalie este atribuita asocierii moleculelor de apa prin legaturi de hidrogen.
Legaturile de hidrogen se realizeaza intre moleculele care contin hidrogen legat covalent de un element puternic electro negativ care are volum mic si electroni neparticipanti.
Legatura de hidrogen este electrostatica, mai mult slaba decat legatura covalenta si nu implica punerea in comun de electroni.
Densitatea apei variaza in functie de temperatura:
t0C |
0 |
4 |
10 |
15 |
20 |
r (g/cm3) |
0,9998 |
1,0000 |
0,9997 |
0,9991 |
0,9982 |
Cauza anomaliilor densitatii este gradul diferit de asociere moleculara. Moleculele care s-au asociat la un anumit moment se pot desprinde pentru a se asocia din nou:
nH2O == (H2O)n
H H H
-----: O – H -----: O – H -----: O – H
. . . . . .
La inghetare se formeaza o a doua legatura de hidrogen la atomul de oxigen, motiv pentru care gheata are o structura afanata care determina cresterea volumului si scaderea densitatii.
Prin inghetare apa isi mareste volumul cu 9%. Asa se explica de ce se sparg conductele, cazanele, sticlele cand ingheata apa in ele si de ce se crapa pietrele de ger. Majoritatea lichidelor isi maresc volumul de solidificare. Se stie ca la +40C apa are rmax= 1 g/cm3 ceea ce se datoreaza faptului ca apa este formata din (H2O)2; aceasta presupune existenta a doua legaturi de hidrogen.
Apa in stare de vapori este formata din molecule libere (n= 1).
c) Propietatile chimice ale apei
Experimental s-a demonstrat ca apa este o combinatie chimica foarte stabila. Ea poate fi descompusa la peste 10000C sau cu ajutorul curentului electric:
2H2O = 2H2+ O2
Apa este foarte reactiva din punct de vedere chimic. Ea reactioneaza in anumite conditii cu metalele, nemetalele, oxizii bazici, oxizii acizi, cu unele saruri.
d) Actiunea apei asupra metalelor
Metalele: potasiu, calciu, sodiu reactioneaza violent cu apa, la rece, cu formare de hidroxid si degajare de hidrogen.
Na + H2O = NaOH + 1/2H2
Magneziul reactioneaza cu apa la cald sau in stare de vapori:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
Aluminiul este atacat de apa numai daca este curatat de stratul protector de oxid:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
Fierul inrosit reactioneaza cu apa in stare de vapori si formeaza oxid feroferic (oxid al Fe II si Fe III):
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Plumbul, cuprul, mercurul, aurul, argintul nu sunt atacate de apa sau de vaporii acestuia.
Unele metale se corodeaza in prezenta apei. Atacul este mai puternic in prezenta oxigenului si a dioxidului de carbon.
e) Actiunea apei asupra nemetalelor
Clorul in reactie cu apa formeaza apa de clor:
Cl2 + H2O = HCl + HclO
HclO = HCl + [O]
Trecand un curent de vapori de apa peste cocs(carbon) la temperatura de cel putin 10000C se formeaza un amestec de monoxid de carbon si hidrogen, denumit gaz de apa. Reactia are importanta industriala:
C + H2O = CO + H2
f) Actiunea apei asupra oxizilor
Apa reactioneaza cu oxizii metalici solubili cu formare de hidroxizi.
Una dintre reactiile cu importanta practica o constituie stingerea varului, reactie puternic exoterma.
CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q
Hidroxidul de calciu obtinut este relativ putin solubil in apa si de aceea la stingerea varului se obtine asa-zisul lapte de var, care reprezinta o suspensie finade Ca(OH)2 intr-o solutie saturata de hidroxid de calciu.
La dizolvarea dioxidului de sulf in apa are loc si o reactie chimica din care rezulta o solutie acida, acid sulfuros.
SO2 + H2O = H2SO3
Reactia cu carbidul sau carbura de calciu la CaC2 duce la formarea acetilenei, substanta organica utilizata la sudarea si taierea metalelor in suflatorul oxiacetilenic:
CaC2 + 2H2O ® HCºCH + Ca(OH)2 + Q
g) Importanta apei pentru viata
Apa are un rol esential in intretinerea vietii. Fara apa nu ar putea exista viata. In organism apa intra in compozitia organelor, tesuturilor si lichidelor biologice. Ea dizolva si transporta substantele asimilate si dezasimilate; mentine constanta concentratia sarurilor in organism si, evaporandu-se pe suprafata corpului, ia parte la reglarea temperaturii.
Apa contribuie la fenomenele osmotice din plante si are o deosebita importanta in procesul de fotosinteza.
Apa Potabila se deosebeste de apa distilata. In conformitate cu STAS 1342-1950, apa potabila trebuie:
Sa fie limpede, incolora, fara miros sau gust deosebit;
Sa aiba temperatura cuprinsa intre 70 si 150C si sa nu varieze mult in timpul anului;
Sa nu contina materii straine in suspensie sau germeni patogeni;
Sa contina aer si CO2 in solutie;
Substantele dizolvate raportate la un litru trebuie sa se incadreze intre anumite limite;
Sa nu contina azotiti sau sulfuri, saruri metalice precipitabile cu H2S sau cu (NH4)2S, cu exceptia micilor cantitati de Fe, Al, Mn.;
Sa nu contina NH3 sau fosfati care pot proveni prin contaminarea apei cu substante organice in prutefactii si nici metan.
h) Intrebuintarile apei
Apa se intrebuinteaza la:
Prepararea solutiilor, fiind cel mai cunoscut solvent;
Obtinerea oxigenului si hidrogenului prin electroliza;
Prepararea celor mai importanti acizi anorganici;
Producerea energiei electrice;
Spalat, albit, colorat.
II. Petrolul
a) Petrolul reprezinta un amestec de hidrocarburi rezultat din materie organica acumulata in regiuni marine subsidente in diferite perioade geologice care a suferit o descompunere lenta in conditii de mare presiune. In istoria omenirii, el a fost cunoscut in regfiunea Golfului Persic inca din mileniile VI – V a.Chr., fiind multa vreme folosit la constructii, calafatuirea corabiilor etc. Abia de la mijlocul secolului XIX-lea s-a trecut treptat la valorificarea lui industriala fiind mai intai folosit ca lubrefiant, iar apoi in petrochimie. Petrolul este substanta care prin ardere degaja caldura , este o resursa epuizabila. Rezervele mondiale de petrol sunt apreciate la circa 134,5 miliarde tone.
Titeiul dezvolta o putere calorica de la 5.500 – 11.000 kcal/kg, este usor de exploatat si transportat, iar prin prelucrare da o multime de produse folosite in activitatile curente. Dupa 1930, petrolul s-a situat pe primul loc intre resursele energetice, ajungand in prezent sa reprezinte peste 45% din balanta energetica mondiala.
Astazi viata oamenilor este de neconceput fara existenta petrolului. Din petrol se obtin pacura, benzina si motorina, folosite pentru producerea de caldura sau de energie electrica si pentru punerea in miscare a autovehiculelor.
Petrolul este bogatia cea mai importanta a substratului consolidat. O activitate de cercetare, prospectiune si expolatare deosebit de intensa a dus la punerea in evidenta a unor zacaminte de hidrocarburi foarte importante. In 1954 doua tari exploatau petrolul din adancul platformei continentale, iar peste 20 de ani au devenit ca numar 30. In prezent exista apoximativ 600 de platforme pentru forarea si exploatarea zacamintelor de petrol submarin. Productia crescand din 1954 de la 810 mii t. in 1975 la 464 mil.t , in 1980 la 900 mil.t si 1984 la 2 miliarde tone. Cele mai multe zone petroliere se afla in bazinul mijlociu al Atalnticului (10,5 miliarde), bazinul nordic al Atlanticului (inclusiv Marea Nordului), in nordul Canadei si peninsula Alaska. Principalele zone marine in care se concentreaza rezervele sunt: Golful Persic, Marea Caspica, Marea Egee, Marea Adriatica, Golful Mexic, Marea Mediterana, Marea Rosie, Marea Nordului, Golful Guines, Marea Neagra, Marea Japoniei, Marea Galbena, Platforma continentala a Australiei, Platforma continentala a Americii de Sud si Platforma continentala a Americii de Nord. Pentru exploatarea zacamintelor de petrol se folosesc platformele de foraj de diferite feluri.
Alaska, un uscat format mai ales din stanci, zapada si gheata, are mari zacaminte de petrol, formate din resturile animalelor si plantelor marine, care pe vremuri populau zona respectiva.
b) Poluarea activa
Poluarea cu petrol a oceanelor a atins proportii critice si frecventa si scara manifestarilor a crescut rapid. In prezent hidrocarburile reprezinta intradevar principalii agenti poluanti ai marilor. Fiind rezistente la anctiunea bacterilor, persista timp indelungat in regiunile infectate, formand o pelicula superficiala (intrucat au densitatea mai mica decat a apei) care impiedica difuzarea oxigenului in apa. Asimilatia clorofiliana si respiratia organismelor sunt impiedicate. Ca urmare se ingreuneaza fotosinteza fitoplanctonului, care produce circa 70% din oxigenul atmosferic. Aliment de baza al vietii marine, algele si planctonul inceteaza sa prolifereze. Compusii fenolici si aromatici au actiune toxica asupra vietuitoarelor acvatice. Hidrocarburile cancerigene (3-4 benzopiren), concentrate in organismul animalelor acvatice comestibile, ajung in alimentatia omului. Asadar poluarea cu petrol da o lovitura puternica nu numai echilibrului marin, ci si sanatatii omului. Setea crescanda de petrol determina o larga toleranta fata de poloarea produsa de prelucrarea si consumul lui, ea nu va constitui in urmatoarele decenii un argument in favoarea limitarii consumului, iar eforturile nu vor stavili tendinta de crestere a poluarii. Poluarea determinata de extractie si transport vizeaza in deosebi mediul marin. Deversarile in Marea Nordului, Golful Mexic, Golful Persic, avarile cat si operatiile de intretinere completeaza cantitatea petrolului irosit anual in mare, calculat la peste 12 milioane tone.
Atentia cea mai mare pe plan international este concentrata asupra efectelor poluarii pe termen lung. In principal se urmareste evolutia unor mari inchise, ca Marea Baltica, Marea Neagra si Marea Mediterana.
Tancurile petroliere au intins hidrocarburi pe cea mai mare suprafata a oceanelor. Ele au aparut ca mici nodule de petrol care au spalat plajele internationale, mai ales zona debarcaderelor. Din loc in loc marile reversari petroliere au devastat comunitatile dealungul tarmului. Acestea sunt tulburari de mediu provocate de activitatea umana si date fiind dimensiunile uriase ale tancurilor petroliere, este de mirare ca aceste hidrocarburi nu au fost identificate in cantitati si mai mari.
Riscurile legate de transporturile marine s-au redus mult comparativ cu situatia existenta cu cateva decenii in urma. In prezent, peste 85% din petrolul exploatat pe glob se transporta cu ajutorul tancurilor petroliere uriase unele avand peste 320 m lungime si o capacitate de peste 2 milioane brarili. Esuarea acestor vase in timp de furtuna, din cauza defectiunii technice sau din cauza unor erori de pilotaj, genereaza cele mai grave accidente ecologice.
Esuarea petrolierului “Amoco Cadiz” in 1978, coastele franceze din Bretagne a determinat deversarea a 230000 tone de petrol in mare, fiind afectata fauna si flora din regiune pe suprafete de sute de kilometrii patrati in lungul coastelor.
Un alt accident grav s-a inregistrat in Golful Printul William din Alaska, unde esuarea petrolierului “Exon Valdez”, in 1989, a determinat deversarea in apele oceanului a 38000 tone petrol, care au afectat grav ecosistemel marine pe o suprafata de 1500 km2 . Cheltuielilie legate de indepartarea poluarii suportate de Compania Exon, proprietara vasului, au fost de 2,5 miliarde dolari.
Bibliografie
Gheorghe I. Manea – Resursele marilor si oceanelor (Editura Politica)
Silviu Negut – Geografie manual clasa a X-a (Editura Humanitas)
Cristian Tache, Luminita Ursea – Chimie manual clasa a IX-a (Editura Humanitas)
Cuprins
Apa H2O
Structura moleculei de apa.
b) Propietatile fizice ale apei.
Propietatile chimice ale apei.
d) Actiunea apei asupra metalelor.
Actiunea apei asupra nemetalelor.
Actiunea apei asupra oxizilor
Importanta apei pentru viata
Intrebuintarile apei
Petolul
Petrolul
Poluarea activa
Scris de SIRBU LAURENTIU
Lic. Moisil
