Apa - raspandire, purificare, proprietati

Raspandire in natura

Apa este una dintre cele mai raspandite substante in natura, mai ales in stare lichida-forma in care acopera mai mult de 2/3 din suprafata globului terestru, alcatuind apele de suprafata.

Se poate observa un circuit al apei in natura. Caldura soararelui cauzeaza evaporarea apelor de suprafata, iar vaporii formati se ridica in atmosfera. Daca in atmosfera saturata cu vapori de apa intervine o scadere de temperatura, o parte din vapori se condenseaza si iau forma de nori, ceata, ploaie, zapada, grindina; in timpul noptilor racoroase din anotimpurile calduroase se depune roua, iar cand temperaturile solului este sub 0⁰C, se depune bruma- toate acestea formeaza apele meteorice.

Apele cazute pe pamant sau rezultate din topirea zapezilor, in parte umplu din nou lacurile, raurile, marile si oceanele, iar in parte strabat prin straturile de pamant la adancimi diferite, formand apele freatice. Daca in calea lor intalnesc un strat impermeabil, cum ar fi un strat de argila, ele se aduna acolo si formeaza ape subterane.

Daca apele subterane, circuland prin diferite straturi, se apropie din nou de suprafata si ies din pamant, se formeaza izvoare subterane.

In natura apa nu este chimic pura. Apele naturale contin cantitati variate de diferite substante: gaze si saruri dizolvate, substante organice si bacterii. Cand contin dizolvate cantitati mici de saruri se numesc ape moi, iar cand contin dizolvate cantitati mari de saruri, mai ales de calciu si de magneziu, se numesc ape dure/

Apa de ploaie este cea mai curata dintre toate apele naturale. Fiind insa in contact prelungit cu aerul, ea contine dizolvate componentele acestuia, cim si diferite impuritati din aer, ca: dioxid de carbon, amoniac, acid azotic, iar in regiunile industriale sau le oraselor mari, dioxid de sulf, hidrogen sulfurat, etc.

Apele subterane au compozitia cea mai variata dintre toate apele naturale; cantitatea si natura substantelordizolvate depind de natura straturilor de pamant strabatute si de timpul cat apele au fost in contact cu ele. Apele subterane care contin dizolvate cantitati mai mari de diferite substante solide sau gazoase, ajungand la suprafata formeaza izvoarele de ape minerale

O deosebire importanta are apa pentru fiintele vii; ea constituie factorul principal al mediului biologic.

Purificarea apelor

Dupa scopul folosirii ei, apa trebuie sa indeplineasc anumite conditii de purificare.

Apa pentru lucrari de laborator. La efectuare lucrarilor de analiza cum is la majoritatea sintezelor este necesara folosirea unei ape pure, intrucat prezenta altor ioni decat ai apei poate impiedica multe din reactiile chimice urmarite.

Purificarea apelor in laborator se face prin diferite procedee.

• Distilarea . Procedeul are drept scop indepartarea substantelor dizolvate si consta in fierberea apei in recipiente de sticla sau de metal urmata de condensarea vaporilor in sisteme de racire. Pentru prepararea unor solutii speciale sau efectuarea unor sinteze deosebit de fine, se foloseste apa dublu distilata.
• Deionizarea. In mod curent, pentru obtinerea unei ape deionizate se folosesc schimbari de ioni
• Electroosmoza. Prin aplicarea acestui procedeu se obtine o apa de inalta puritate( cu o conductibilate specifica de ordinul 10^-6

Apa potabila. Pentru a fi buna de baut, apa trebuie sa fie limpede, incolora, fara miros, sa fie lipsita de substante in putrefactie si de bacterii patogene; trebuie sa contina insa dizolvate cantitati mici de saruri, mai ales de clorura de sodiu si carbonat acid de sodiu (oana la circa600mg/l). Cele mai bune ape potabile sunt in izvoarele de la munte, pentru ca sunt bine filtrate, aerisite si lipsite de impuritati. Deoarece cele mai multe orase sunt alimentate cu apa din rau, acesta trebuie sa fie in permanenta purificata. Exista diferite procedee de purificare.

Ape industriale. Prin ape industriale se inteleg apele destinate diferitelor exploatari industriale: alimentarea cazanelor cu avur, racirea masinilor, incalzirea de instalatii, diferite procedee de fabricatie etc.

Apa necesara alimentarii cazanelor cu abur nu trebuie sa contina substante agresive care ar ataca peretii cazanelor cazanelor si sa nu fie dura ca sa nu depuna piatra. Piatra de cazan este formata din substante minerale, greu solubile, din apa, mai ales carbonati de calciu si de magneziu si sulfat de calciu, care, in timpul vaporizarii apei din cazane, se depun pe peretii acestora sub forma unor incustratii. Piatra depusa impiedica transmitera calduii si de aceea mareste consumul de combustibil necesar vaporizarii apei

Purificarea apelor industriale se poate face prin procedee diferite: distilare, tratamente chimice, sau schimatori de ioni.

Apa hidroscopica Multe substante tinute in aer retin apa din atmosfera, fie sub forma de combinatii chimice, fie adsorbiatala suprafata lor. Apa adsorbita pe suprafata si in porii unei substante nu depinde de calitatea de substanta care o retine, ci de suprafata acesteia. De aceea, substantele in pulbere, mentinute in aer, se umezesc mai usor decat cele in bucati mari.

Apa higroscopica poate fi indepartata prin uscarea substantelor la o temperatura de 105-110⁰C, in laborator sau in cuptoare(in industrie)

Compozitia apei pure

Stabilirea compozitiei a[ei se poate face pe cale de analiza sau pe cale de sinteza.

Molecula de apa fiind foarte stabila, descompunerea apei in componentele ei poate fi realizata prin disociere termica la temperaturi inalte. (peste 1000⁰C):

sau prin electroliza. In laborator se poate folosi in acest scop voltametrul.

Pentru stabilirea compozitiei apei pe cale de sinteza, in laborator se foloseste eudiometrul.

Proprietati fizice

Apa este un licid incolor in cantitati mici; privita in straturi groase are o culoare albastrue-verzulie. Nu are miros si nici gust. Desitatea apei este maxima de 4⁰C, cand ea este egala cu 1. Prin urmare apa se comporta diferit de celelalte lichide, a caror densitate scade continuu cu cresterea temperaturii. Aceasta are o mare importanta, atat din punct de vedere climatic, cat si biologic. In timpul iernii, apa de la suprafata raurilor, lacurilor etc., se raceste si, avand densitatea din ce in ce mai mare, se asaza la fund, pana cand temperatura apei scade la 4⁰C. La micsorarea temperaturii sub 4⁰C, apa, a carei densitate incepe sa scada, si apoi gheata, raman la suprafata, unde formeaza un strat izolator fata de temperatura scazute din afara. Din aceasta cauza, apele adanci nu ingheata pana la fund, facand astfel posibila existenta, in timpul iernii, a vietuitoarelor care traiesc pe fundul apelor.

Caldura spefica a apei la 15⁰C este 4.18 j* g^-1 . Ea este, in general, mai mare decat la alte substante. Din aceasta cauza, temperatura cantitatilor mari de apa-cazul lacurilor si marilor- cu mult mai mai lent decat temperatura rocilor si a solului care alcatuiesc uscatul. Temperatura mai constanta a apei are, de aceea, un rol regulator asupra temperaturii aerului.

Apa se solidifica la 0⁰ C. spre deosebire de ceke mai multe substantesolide, gheata este mai usoara decat apa in stare lichida; marindu-se volumul in timpul solidificarii cu 9%, gheata pluteste pe apa.

Marirea volumului apei cand ingheata poate cauza in timpul iernii spargerea vaselor, cazanelor, conductelor, in care se gaseste apa, faramarea unor stanci din munti prin a caror crapaturi a patruns apa etc.

La 100⁰C apa trece in stare de vapori marindu-si volumul de circa 1700 de ori. Caldura latenta de vaporizare a apei este de 40,7 kJ*mol^-1

Dupa punctul de fierbere a apei, adica temperatura la care pot coexista la echilibru apa si vaporii de apa, la presiunea normala, a fost definita temperatura 100⁰C.

Apa pura are conductibilitate electrica foarte mica, datorita ionizarii ei prorii extrem de reduse (produsul ionic al apei este: 1.1*10^-14 ioni-g/1, la 20⁰C.

Sunt solubile in apa acele substante care au in molecula grupe ce pot forma cu apa legaturi de hidrogen sau compusi care se pot hidrata.

Proprietatea de dizolvare a apei are mare importanta in tehnica, deoarece cele mai multe reactii chimice au loc in solutii apoase. Proprietatea de dizolvare a apei are un rol promordial si in natura; astfel, seva plantelor este oe solutie apoasa de diferite saruri minerale extrase din sol; reactiile biochimice sunt reactii in solutii apoase intre diferitele substante din organismul animal etc.

Strucura molecular de apa

In molecula de apa, nucleele celor doi atomi de hidrogen formeaza cu centrul atomului de oxigen un unghi de 104⁰54'. Ca urmare a acestei structuri molecula de apa are un moment electric pronuntat.

Molecula de apa nu contine atomul de oxigen in stare fundamentala-dovada ca unghi dintre legaturile O-H, este de 90⁰- ci intr-o stare de hibridizare de tip practic sp³. Doi din acesti orbitali sunt de legatura si formeaza cu cate un orbital de la cei 2 atomi de H, doi orbitali moleculari localizati, adica doua legaturi dicentrice. La atomul de O mai raman doi orbitali moleculari de nelegatura.

Pentru explicarea particularitatilor apei ca: densitate maxima la 4⁰C, cresterea volumui la trecerea apei in stare solida, valoarea ridicata a caldurilor latente de topire si de vaporizare etc. s-a admis ca moleculele de apa sunt prin legaturi de H.

Prietati chimice. Datorita caracterului exotern pronuntat, molecula de apa este stabila; abia pe la 2500 C, circa 10% din molecula de apa sunt disociate termic.

Metalele actioneaza in mod diferit asupra apei, dupa pozitia lor din seria tensiunilor electrochimice. Astfel, metalele alcaline, ca sodiul sau potasiu, reactioneaza cu apa chiar la temperatura obisnuita punand hidrogen in libertare. Reactia este atat de puternica exoterma, incat hidrogenul eliberat se apride. Calciul reactioneaza cu apa numai la 100⁰C. Fierul reactioneaza cu apa numai la temperaturi inalte.

Si unele nemetale reactioneaza cu apa. Astfel, fluorul descompune apa punand in libertate oxigen ozonizat, clorul reactioneaza cu apa la intuneric conform reactie:

2CL₂ + 2H₂O 4HCL + O_{2 ,} cu bromul reactia se produce la lumina.

Cu sulful, apa reactioneaza la fierbere dand hidrogen sulfurat si dioxid de sulf:

3S + 2H₂O 2H₂S + S₂

Fosforul descompune apa la 250⁰C cu formare de hidrogen fosforat si acid fosforos:

2P + 3H₂O PH₃ + H₃PO₃

Cu carbonul, la rosu, au loc reactiile:

C + H₂O CO + H₂

C + 2H₂O CO₂ + 2 H₂

Apa reactioneaza cu unii, si anume:

Cu oxizii ai unor metale formeaza baze: oxidul de calciu, CaO, formeaza hidroxidul de calciu, Ca(OH)₂

H₂O + CaO Ca(OH)₂

Cu oxizii ai unor nemetale, formeaza acizi: cu trioxid de sulf, SO₃, formeaza acid sulfuric H₂SO₄

H₂O + SO₃ H₂SO₄

Apa reactioneaza de asemenea cu unele carburi, ca de exemplu carbura de calciu sau carbura de aluminiu, nitrurim fosfuri etc.

In unele saruri, apa poate deplasa un acid sau o baza mai slaba, decat ea.

Apa poate avea rol catalic in numeroase reactii.

Bibliografie: Chimie Anorganica, Autori: Beral si Mihai Zapan Editura tehnica, Bucuresti 1977