Apa

I.1 Analize de apa

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 este un factor indispensabil organismului uman. Inca din cele mai vechi timpuri asezarile umane au fost de-a lungul riurilor sau pe malul marilor.Necesarul zilnic de apa al omului este aproximativ de 1.5-2 litri consumata ca atare ,dar pentru curatenia corporala omul foloseste zilnic aproximativ 40litri de apa.Organizatia Mondiala a Sanatatii considera ca optim pentru acoperirea acestor nevoi ,o cantitate de 100 litri in 24 ore.

Gustul apei este dat de continutul in substante chimice si in primul rind de sarurile minerale si de gazele dizolvate (oxigenul si bioxidul de carbon).Excesul sau carenta unora dintre aceste componente poate imprima apei un gust neplacut (fad ,salciu,amar,dulceag).

Mirosul apei este legat de asemenea de prezenta in exces a unor elemente naturale sau provenite prin purificarea apei, ca si din unele transformari la care sunt supuse in apa anumite substante chimice mai ales poluante.

Atit gustul cit si mirosul apei, desi au ca principala caracteristica un mare grad de subiectivitate, totusi au din punct de vedere sanitar, o valoare deosebita.In primul rind influienta lor asupra utilizarii apei este hotaritoare , poate duce la excluderea folosirii apei respective.Gustul si mirosul apei pot servi si ca indicatori de poluare a apei.

Apa potabila nu trebuie sa aiba miros caracteristic si trebuie sa aiba un gust placut. In caz contrar apa poate prezenta subtante poluante care sunt daunatoare sanatatii.Prezenta substantelor poluante in apa pot fi evidentiate prin culoarea apei.Chiar si temperatura apei poate fi un indicator indirect de poluare ,mai ales pentru apele subterane ,unde se stie ca temperatura este constanta.Varitia acestei temperaturi insa, paralel cu variatia temperaturii aerului, indica existenta unei comunicari cu exteriorul si deci posibilitatea de patrundere in sursa de apa a poluantilor din afara.

Astazi exista o preocupare continua la nivel national si mondial de inbunatatire continua a calitatii apei potabile. In unele tari din vestul Europei se urmaresc 45 de indicatori referitor la calitatea apei, iar normele Comisiei Economice Europene (C.E.C.) aprobate in 1980, recomanda urmarirea continua a 62 de caracteristici ale apei potabile.

Planul mondial detin toate tarile dezvoltate controlul poluarii apelor constituie o preocupare permanenta, deoarece calitatea apei contribuie la sanatatea natiunilor.

In tara noastra ca in toate tarile lumii, exista legi speciale in lupta impotriva poluarii apelor .La Stokholm an anul 1972 a fost prima conferinta mondiala pentru protectia mediului inconjurator iar ONU a lansat "Programul Natiunilor Unite pentru Mediul Inconjurator", prin care s-au initiat o serie de actiuni pentru ameliorarea situatiei existente si promovarea calitatii apei inclusiv a celei din mari si oceane.

Contradictia dintre tarile bogate si cele sarace se reflecta in acest element vital al vietii si dezvoltarii care este apa, aducand decalajul si asa enorm intre bogati si saraci. Dupa statistici recente in tarile sarace 3 din 5 persoane au acces la apa potabila ,75% dintre locuitori nedispunand de instalatii sanitare cu minim de igiena. Astfel s-a constatat ca datorita consumului de apa nepotabila, in tarile sarace mor anual circa 15 milioane de copii in varsta de pana la 5 ani. De aceea O.N.U. conchide ca principala preocupare a societatii in prezent si in viitor va trebui sa fie reprezentata de evitarea sau limitarea poluarii apei ca prima actiune de mentinere a actualelor surse naturale ale omenirii.

Duritatea apei este data de prezenta tuturor cationilor din apa in afara de cationii metalelor alcaline. Deoarece ionii de calciu si magneziu se gasesc in apa in cantitate mult mai mare fata de ceilalti cationi, determinarea duritatii va consta din determinarea concentratiei acestor ioni. Apele dure sunt neplacute la gust; la fierberea apei sarurile in exces se depun pe vase, cazane, conducte si/sau impiedica o buna fierbere a legumelor; cu sapunul dau saruri insolubile fiind neeconomice. Apele moi sunt incriminate de producerea unor afectiuni cardio-vasculare.

Duritatea apei este de doua feluri: duritate temporara sau carbonata, data de bicarbonatii de calciu si magneziu prezenti in apa si duritatea permanents sau necarbonata data de celelalte saruri de calciu si magneziu (azotati, sulfati, cloruri, fosfati etc).

Suma celor doua duritati formeaza duritatea totala . Duritatea excesiva a apei are implicatii de ordin economic.din "Sistemul Metode de laborator utilizate in dezinfectia apei

Poluarea microbiana a apei are drept consecinte transmiterea hidrica a unei mare numar de boli infectioase , de cele mai multe ori cu caracter epidemic.

In vederea inlaturarii acestui pericol, s-au elaborat diferite metode de reducere a germenilor ca, sedimentarea simpla sau dupa prealabila coagulare, filtrare prin nisip, pamant cu infuzorii, antracit, microstrecurare etc., toate insa cu eficienta limitata .

Dezinfectia apei se poate realiza atat prin mijloace fizice ca utilizarea radiatiilor ultraviolete, a ultrasunetelor, a radiatiilor ionizate, fierberea ,distilarea, filtrarea apei etc. ,cat si prin mijloace chimice, ca folosirea clorului si a compusilor sai (substante clorigene ), ozonului, argintului, bromului, iodului, permanganatului si alte asemenea substante.

Mijloacele chimice de dezinfectare a apei trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditi pentru a fi corespunzatoare:

-sa fie eficiente, adica sa aduca apa la conditiile de potabilitate;

-sa nu modifice calitatile apei si in primul rind cele organoleptice;

-sa nu lase in apa substante cu actiune nociva asupra consumatorilor;

-sa fie usor de manipulat, sa nu prezinte pericol pentru cei care le manipuleaza;

-sa fie cat mai economice.

Cea mai utilizata metoda este folosirea clorului cunoscuta sub numele de clorurare(clorinare sau clorizare). Mecanismul de actiune se bazeaza pe proprietatea oxidanta a clorului , care in contact cu apa formeaza acidul hipocloros care in functie de ph se descompune in oxigen atomic sau ion hipoclorit :

Cl₂ + H₂O → HOCl+HCl

HOCl O + HCl sau HOCl ClO‾ + H

Mecanismul biologic consta in blocarea unor enzime bacteriene cu precadere cele sulfhidrice, si distrugerea germenilor. In general bacteriile care au echipament enzimatic mai dezvoltat sunt mai sensibile decat virusurile.

Eficienta dezinfectiei nu depinde numai de numarul si felul germenilor din apa ci si de alte conditii dintre care unele tin de clor iar altele de calitatea apei.

Apa este un compus cu rol primordial in natura, industrie, agricultura, constructii etc.

In natura apa are o importanta biologica deosebita reprezentind baza structurala si functionala a fiintelor vii.

Atat de obisnuita, de cotidiana si de familiara, apa este totusi un lichid uluitor: are o serie de anomalii. Pentru apa parca n-ar exista legi; este 'ceva altfel' in lumea substantelor. In natura si in experiente ea nu se comporta la fel ca alte substante. Dar, datorita capriciilor ei, viata a putut sa se dezvolte si sa existe in apa. Prima anomalie: daca tinem seama de structura ei chimica si de categoria de substante din care face parte, apa ar trebui sa se topeasca si sa fiarba la temperaturi mai scazute, care nu exista pe Pamant. N-ar exista deci pe Pamant nici apa lichida, nici solida, ci doar sub forma de vapori.

A doua anomalie: caldura specifica ridicata. La apa, aceasta este de zece ori mai mare decat la fier. Apa se incalzeste de cinci ori mai incet decat nisipul, dar si procesul de racire este lent. Datorita capacitatii exceptionale a apei de a absorbi caldura, vietatile marine nu sunt niciodata amenintate nici de o puternica supraincalzire, nici de o racire excesiva.

A treia si a patra anomalie sunt strans legate de prima: apa are caldura latenta de vaporizare si caldura latenta de topire foarte mari. Pentru a evapora apa dintr-un ceainic va fi nevoie de 5,5 ori mai multa caldura decat pentru a o fierbe. Daca nu ar exista aceasta proprietate, multe lacuri si rauri ar seca repede pana la fund si viata din ele ar pieri.

A cincea anomalie: inghetand, apa se dilata cu 9% fata de volumul initial. De aceea gheata este mai usoara decat apa si se ridica la suprafata; rar un bazin de apa ingheata pana la fund. Gheata care-l acopera este un bun izolator termic, caci conductibilitatea termica a ghetii, ca si a apei este foarte mica. Sub un asemenea 'cojoc' chiar si iarna in Antarctica animalele marine nu sufera prea mult.

A sasea anomalie este cea mai ciudata: cand sunt incalzite, toate substantele se dilata, iar la racire se contracta. Este un adevar recunoscut. Si apa se contracta datorita frigului. Dar in acest 'dar' se afla totul. Se contracta mereu cand scade temperatura, dar la +4˚C se atinge limita. De acum inainte apa incepe sa se dilate din nou, cu toate ca temperatura scade. De aceea apa are densitatea cea mai mare la +4˚C. Ca urmare, iarna, racindu-se pana la +4˚C, ea coboara la fund si aici se pastreaza in decursul intregului sezon rece (in bazinele cu apa dulce, caci sarurile marine complica tabloul circulatiei apei). Aceasta anomalie salveaza viata tuturor vietuitoarelor care ierneaza in rauri, lacuri si helestee.

A saptea anomalie: dintre toate lichidele, in afara de mercur, apa are cea mai mare mare tensiune superficiala. De aceea picatura de apa tinde sa se faca ghem. Picatura de apa este stransa ca intr-un ambalaj in pelicula sa superficiala. Asadar, suprafata apei este intotdeauna acoperita cu o pelicula foarte subtire alcatuita din molecule. Pentru a o rupe este necesara aplicarea de forta si inca una destul de mare. Pe aceasta pelicula alearga insectele de apa, se agata larvele de tantari si se tarasc melcii cu cochiliile lor masive. Fizicienii au calculat ca haltera ar trebui atarnata de o coloana de apa de 3cm pentru a o rupe. Ar trebui o haltera uriasa - de peste o suta de tone! Aceasta numai in cazul cand apa ar fi perfect pura. In natura nu exista, insa, o astfel de apa. Substantele straine rup verigile din lantul solid al moleculelor de apa, iar fortele de coreziune dintre ele se micsoreaza mult. Tot fortele de coreziune ridica apa in sus in tuburile capilare si fisuri fine. Pe acest principiu se bazeaza hranirea plantelor si circulatia sangelui prin capilarele noastre.

A opta anomalie si ultima se refera la faptul ca apa este cel mai bun solvent din lume. Ea dizolva foarte multe substante, ramanand inerta, fara sa se modifice sub actiunea substantelor pe care le dizolva. Datorita acestei proprietati apa a putut deveni purtatoarea vietii. Toate solutiile din organismele vii sunt preparate pe baza de apa. Ele se modifica prea putin in solutie, iar insusi solventul - apa - poate fi utilizat in repetate randuri.

In natura, apa se gaseste sub toate starile de agregare: solida (gheata, zapada, grindina), lichida (apa de ploaie, ape subterane, oceane, mari, fluvii, rauri, etc.), gazoasa (vapori de apa din atmosfera).

Se mai gaseste in organisme animale si vegetale,cum si in cristalohidrati sub forma de apa de cristale. Apale naturale contin dizolvate cantitati variate de diferite substante.Apele care contin dizolvate cantitati mici de saruri se numesc 'ape moi',spre deosebire de 'apele dure' care au un procent ridicat de saruri,mai ales de calciu si magneziu.

Dintre toate apele naturale, apa de ploaie este cea mai curata. Ea dizolva in drumul ei prin atmosfera mai ales bioxid de carbon,iar in regiunile industriale,bioxid de sulf si hidrogen sulfurat. O parte din apa cazuta pe pamant cu un continut ridicat de bioxid de carbon,strabatand straturile de pamant,dizolva carbonatii de calciu si magneziu,transformandu-i in bicarbonati solubili. Daca intalnesc straturi impermeabile aceste ape se aduna,formand apele subterane. Apele subterane iesind la suprafata pamantului,dizolvand saruri,formeaza izvoare minerale. Cand temperatura acestora este ridicata,uneori pana la 100 grade C,ele se numesc izvoare termale.Apa este de mai multe feluri:

Apa potabila : o apa pentru a fi buna de baut trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:sa fie limpede,fara culoare,fara miros,sa contina aer dizolvat si cantitati mici de saruri,pana la o concentratie de 0,5% mai ales NaCl si NaHCO₃,circa 600 mg/l;sa aiba o temperatura intre 8 si 12 grade C, si sa nu contina bacterii patogene. Apa potabila se obtine la sate,din izvoare si fantani, iar la oras din apa raurilor,care trebuie purificata. Purificarea se face in trei feluri:mecanic,chimic si fizic.

Apa industriala: se foloseste la alimentarea cazanelor cu abur,la racirea masinilor,precum si in diverse procese de fabricatie.Ea trebuie sa indeplineasca anumite conditii de puritate cerute de specificul industriei in care este folosita.

Apa dura: contine un procent ridicat de saruri de calciu si de magneziu. Apa dura nu este buna de baut, avand un gust neplacut,nu face spuma cu sapunul si nu fierbe bine legumele.Ea depune prin fierbere,pe peretii vaselor o crusta aderenta,care micsoreaza transmisia caldurii,determinand astfel o crestere a consumului de combustibil.

Apa pura: se stie ca in natura nu exista apa pura deoarece contine substante dizolvate,microorganisme,etc. Apa pura se obtine prin distilare.In acest scop, se foloseste un aparat de distilare in care,apa distilata se transformp in vapori prin fierbere,iar vaporii rezultati se condenseaza prin racire. Apa distilata nu este buna de baut deoarece nu contine saruri minerale si de aceea nu are nici gust si este indigesta. Apa distilata se intrebuinteaza in laboratoare de chimie la prepararea solutiilor apoase si in farmacie.

Apa distilata: se obtine in aparate speciale,fiind utilizata in industria farmaceutica.

Apa bidistilata este complet lipsita de impuritati.Se obtine prin distilarea apei distilate in vase de sticla in care se adauga KOH,acest reactiv distruge microorganismele si urmele de substante organice aflate in apa. Este intrebuintata la analize chimice speciale,in cercetari stiintifice si in industria medicamentelor.

Apa de barita denumire folosita pentru o solutie saturata de hidroxid de bariu. Se intrebuinteaza ca reactiv in laborator la identificarea dioxidului de carbon si hidroxid de bariu.

Apa de brom: denumire folosita pentru o solutie obtinuta din dizolvarea bromului in apa.Se intrebuinteaza ca oxidant in laborator.

Apa de clor: denumire obtinuta prin dizolvarea clorului in apa. Apa de clor contine si clor elementar,dizolvat chimic. Din aceasta cauza apa de clor proaspat preparata are culoarea galbena.In timp sau,mai repede,sub actiunea luminii solare,acidul hipocloros se descompune,cu punere in libertate de oxigen. Echilibrul este astfel deplasat spre dreapta si intreaga cantitate de clor poate intra in reactie(din aceasta cauza apa de clor trebuie pastrata la intuneric). Apa de clor este un oxidant puternic. Ataca toate metalele la rece.

Apa de cristalizare: este apa care intra in compozitia cristalohidratilor. Poate fi legata in mod diferit si poate indeplini functii diverse.

Apa de hidrogen sulfurat: denumire folosita pentru o substanta apoasa saturata de hidrogen sulfurat.

Apa de plumb: denumire folosita pentru solutia de acetat de plumb. Este intrebuintata in medicina.

Apa regala: denumire pentru amestecul de acid clorhidric concentrat si acid azotic concentrat,in raport de 3:1. Ataca aurul si platina,rezistente fata de alti acizi.

Apa amoniacala : este o fractiune lichida rezultata la distilarea uscata a carbunilor de pamant.

Apa pirolignoasa : este o fractiune lichida rezultata la distilarea uscata a lemnului

Apa tare : denumire stiintifica a solutiei de HNO3 ,de concentratie 69 % . In practica , denumirea este atribuita si solutiei de HCl , folosita de exemplu la obtinerea "apei de lipit" prin dizolvarea Zn.

Apa grea : - sinonim cu oxidul de deuteriu , D2O , apa in compozitia careia intra izotopul greu al 2H , deuteriul. Masa moleculara este 20,01 g , punctul de topire este 3,82 grade C , punctul de fierbere 101,42 grade C, iar densitatea la 20 grade C este 1,105 g/cm3. Se gaseste in propottii foarte mici in apa obisnuita . Astfel , in 200 l apa obisnuita , se poate obtine abia 1 ml apa grea. Din punct de vedere chimic , apa grea reactioneaza mai incet decat apa usoara si rectiile ce se petrec in apa usoara sunt mai rapide decat in apa grea. De fapt , deuteriul reactioneaza mai incet decat H2 usor.Solubilitatea este mai mica in apa grea decat in apa usoara.Indicele de refractie este mai mic , dar vascozitatea mai mare.Efectele fiziologice ale apei grele sunt si ele deosebite de cele ale apei usoare. Apa grea este putin favorabila vietii : nu favorizeaza germinarea si nici cresterea plantelor, micsoreaza functionarea normala a protoplasmei. Se obtine prin electroliza inaintea apei tratate cu NaOH.O concentratie mai mare de apa grea in apa de baut produce omului sete intensa , deshidratarea organismului si in final moartea.Viermii, pestii si alte vietuitoarea acvatice mor in apa grea pura , dar suporta o concentratie mai mica de 32 %. Principalele utilizari ale apei grele : agent termic si moderator de neutroni in reactoarele atomice ; sursa principala de obtinere a deuteriului prin electroliza; folosit pentru obtinerea bombelor ; se foloseste la obtinerea temperaturilor inalte(mii de grade) a plasmei , determinarea unor procese biochimice.

Apa supergrea : - sinonim cu oxid de titriu , T2O , apa in compozitia careia intra izotopul supergreu al hidrogenului 3H , titriu.Poluarea apei nu inseamna afectarea 'apei pure',care,in cadru natural nu exista de fapt,ci introducerea sau prezenta in apa a orcarei substante suscesibile sa-i altereze calitatea atat in ceea ce priveste folosintele ali- mentare,menajere sau economice,cat si in privinta florei si faunei.Modificarile sunt de ordin fizic,chimic,biologic sau chiar bacteriologic. Dezvoltarea civilizatiei moderne a antrenat o poluare crescanda a apei-fenomen care poate atinge chiar si panza freatica-datorita celor mai diverse substante,provenind din afluienti industriali si urbani,din substante folosite pentru chimizarea agriculturii din zootehnie,etc.

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/m³/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.

I.2 Structura moleculei de apa.

H: 1s₁;      8O: 1s²2s²2p⁴

Se formeaza doua legaturi covalente polare O-H. Molecula de apa este covalenta polara; este un dipol.

I.3 Propietatile fizice ale apei.

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:

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 r_max= 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).

1.4 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.

1.5 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 = HC +CH + Ca(OH)₂ + Q