خاصیت و منابع آب

درحال مشاهده: خاصیت و منابع آب

ادعونی اهدای خون

خاصیت و منابع آب

۱۳۹۰/۰۵/۱۶

22:3

امیرحسین ستوده بیدختی

اهمیت آب در زندگی
آب خواص مهمی دارد که در زندگی ما بسیار با ارزشند. از جمله:
حلال بسیار خوبی است.
چگالی بالایی دارد و جالب این که وقتی یخ می‌زند یا حرارت می‌بیند، چگالی آن کاهش می‌یابد.
گرمای تبخیر آب بالاست. یعنی برای تبدیل مقدار کمی آب به بخار، گرمای زیادی لازم است. این خاصیت برای بدن ما بسیار با اهمیت می‌باشد. گرمای اضافی بدن با تبخیر تنها مقدار کمی از آب بدن از طریق منافذ پوست تعریق کاسته می‌شود.
نیروی کشش سطحی آن به طور شگفت انگیزی زیاد است. (نشستن حشرات روی سطح آب
آب مواد مختلف از جمله شکر و نمک را براحتی در خود حل می‌کند. بسیاری از واکنش های شیمیایی تنها در حضور آب انجام می‌شوند. البته پاره ای مواد با آب مخلوط نمی‌شوند، مثل لیپیدها و دیگر مواد هیدرات کربن‌دار. غشاء سلولی که حاوی لیپیدها و پروتئین است، از این خاصیت آب سود جسته و تعاملات محتویات سلولی با مواد شیمیایی خارج سلول را بدقت تحت کنترل دارد.
یکی دیگر از خواص جالب آب، حالت جامد آن، یعنی یخ می‌باشد. هنگامی که آب بر اثر سرما به یخ تبدیل می‌شود، انبساط می‌یابد، بدین معنا که حجم بیشتری را اشغال می‌کند.
بنابراین، حجمی از یخ که هم‌حجم آب اولیه است، جرم کمتری دارد. به این علت می‌گویند که چگالی یخ از آب کمتر است و همین مسئله باعث می‌شود که یخ روی آب شناور بماند. در حالی که در بیشتر موارد، چگالی ماده جامد از حالت مایع آن بیشتر است.
این ویژگی آب سبب می‌شود که بر خلاف بسیاری از مایعات، آب از سطح شروع به انجماد کند. این پدیده را بارها به هنگام شروع یخ زدن آب، درون فریزر منزلتان دیده اید؛ در زمستان با یخ زدن سطح آب دریاچه‌ها، لایه عایقی از یخ ایجاد می‌شود که این لایه، از یخ زدن لایه های زیرین خود جلوگیری می‌نماید. در این شرایط ، ماهی ها و دیگر آبزیان می‌توانند در مناطق گرم‌تر زیرین به حیات خود ادامه دهند.
دیگر ویژگی غیر عادی آب، ظرفیت گرمایی بالای آن می‌باشد. ظرفیت گرمایی یک جسم، مقدار گرمایی است که به جسم می‌دهیم تا دمایش، 1 درجه سانتی گراد افزایش یابد. جالب است بدانید که مقدار گرمایی که لازم است تا دمای 1 گرم آب را 1 درجه سانتی گراد افزایش دهد، حدود 10 برابر مقدار گرمایی است که برای 1 گرم آهن لازم است.
مصرف آب
تحقیقات آماری در بسیاری از کشورها نشان می‌دهد که میانگین مصرف روزانه آب برای هر نفر ، حدود 300 لیتر است. در حالی که مصرف نهان آب برای هر نفر ، حدود 6000 لیتر و از قرار زیر می‌باشد:
کشاورزی؛ بیشترین مصرف آب در کشاورزی است. pH و میزان Na⁺ آب مورد مصرف کشاورزی باید کنترل شود. فاقد مواد سمی باشد.
صنعت
فرایند تولید
سیستم های سرمایش و گرمایش
واحدهای تولید بخار
کیفیت آب مورد استفاده در صنعت بستگی به نوع صنعت و نوع مصرف آن دارد.
بعضی از موارد مصرف آب در صنعت:
به عنوان ماده اولیه
به عنوان حلال مواد اولیه
به صورت ماده ذخیره کننده انرژی
محافظ در برابر گرما و تشعشع (D₂O)
برای اطفاء حریق
در فرایند هایی نظیر تبخیر، تبلور و غیره

منابع آب در طبیعت
آبهای زیر زمینی مثل آب چاهها و چشمه ها
آبهای سطحی مثل رودخانه ها و جویبارها
آبهای شور دریاها و اقیانوس ها

ویژگیهای آب های زیر زمینی
مواد معلق، مواد آلی در آن ها معمولاً کم است.
Fe²⁺ و Mn²⁺ در آن ها کم و CO₂نسبتاَ زیاد
املاح محلول و سختی آن ها نسبتاً زیاد
چاههای کم عمق ممکن است آلوده به میکروب باشند.

ویژگی های آبهای سطحی
زلال هستند.
معمولاً به میکروارگانیسم ها آلوده هستند.
مقدار آمونیاک و نیترات آنها ممکن است زیاد باشد.
در صورت عبور از نواحی صنعتی، به مواد شیمیایی آلوده هستند.
املاح محلول آن ها نسبتاً کم است.
PH آنها در حدود 8-7 است.

ویژگیهای آبهای شور
مقدار املاح محلول آنها زیاد، 1000 تا PPM 40000
میزان یونهای کلر و سدیم آن زیاد ، بیش از PPM 500
ناخالصی های آب
آب خالص در طبیعت وجود ندارد.
ضمن استقرار آب در یک مکان یا جاری شدن در یک منطقه، مواد جامد و گازهای محلول در آب، در آن حل و مواد ریز غیر قابل حل در آن به صورت معلق در می آیند. بنابراین:
ناخالصی های آب سه دسته کلی هستند:
یونها (کاتیونها و آنیون ها)
گازهای محلول در آب (اکسیژن، دی اکسید کربن و ...)
مواد کلوئیدی و معلق (گل و لای، باکتری ها و ...)
ناخالصی های یونی
کاتیون ها
کاتیون هایی که تقریباً در تمام آب های طبیعی وجود دارند:
منیزیم Mg⁺⁺، باعث سختی می شود ماده غذایی موجودات زنده می شود.
سدیم Na⁺ ، غلظت زیاد آن سبب شوری، برای گیاهان و ماهیان مضر است.
کلسیم Ca⁺⁺، باعث سختی می شود، ماده غذایی موجودات زنده است.
پتاسیم K⁺، مقدار آن کم تر از سدیم ا ست.
آهن Fe²⁺، مقدار آن به PH و O2 آب بستگی دارد، حدود 2/0 – 5/0 PPM در آب های سطحی و حدود 1 تا 10 mg/l در آب های عمقی

منگنز Mn⁺⁺، غلظت آن حدود 1/0 – 1 میلی گرم در لیتر است.
زیاد آن باعث بوی نامطبوع و رشد میکروارگانیسم ها می شود.
آنیون ها
آنیون هایی که در اثر آب های طبیعی حضور دارند:
بیکربنات و کربنات: منشأ آن ها، انحلال کربنات کلسیم و Co₂ در آب. خاصیت بافری به آب می دهند.
کلرید Cl^-–: غلظت زیاد آن سبب شوری و برای بسیاری از گیاهان مضر است. وسبب خردگی فلزات نیز می شود.
سولفات So₄^2-: منشأ آن انحلال نمک های سولفات و تا حدودی از فعالیت باکتری ها، مقدار زیاد سبب اسهال، برای گیاهان مضر خوردگی سازه ها می شود.
سیلیکا: سیلیکا هم به صورت یونی و هم کلوئیدی در آب می تواند وجود داشته باشد. که به PH بستگی دارد. در آب های طبیعی حدود ppm30-1 براي نيروگاهها مشکل ساز است.
نیترات NO₃^-: در آب طبیعی در حدود ppm 1 است. در آب های زیرزمینی در حضور باکتری ها می توانند تا ppm 50 هم باشد.
ناخالصی های گازی
مهمترین ناخالصی های گازی آب:
اکسیژن (O₂): منشأ آن اکسیژن هوا (طبق قانون هنری) اکسیژن باعث گوارایی آب و در ضمن خورندگی آن می شود.
دی اکسید کربن (CO₂): منشأ آن تجزیه بی کربنات ها در اثر کاهش PH ، CO₂ هوا
آمونیاک (NH₃): منشأ ترکیبات ازت دار آلی و باکتریها.
هیدروژن سولفوره (H₂S): منشأ آن تجزیه ترکیبات گوگرد بوسیله باکتری ها، ایجاد طعم وبوی بد.

مشکلات ناشی از ناخالصی های آب

تولید رسوب در دستگاههای حرارتی دیگهای بخار که باعث:
کاهش انتقال حرارت
کاهش عمرمفید سرویس دستگاهها
تولید بخار با کیفیت پایین
مثلاً وجود سیلیس سبب رسوب آن روی پره های توربین می شود.
خوردگی بویلرها و تأسیسات
باعث سوراخ شدن مخازن و لوله ها
اتلاف مواد شیمیایی، مثل صابون
باقی گذاشتن لکه روی محصولات غذایی و نساجی

ذرات معلق و کلوئیدی → اکسید

Mn²⁺, Fe²⁺