Природа сил притяжения. Константа Гамакера.
Молекулярні сили притягання (Ван дер Ваальса):
· орієнтаційні сили взаємодії (сили Кізома) зумовлені взаємодією диполів (диполь-дипольна взаємодія);
· індукційна (сили Дебая) виникає між полярною та неполярною молекулами, поляризація молекули;
· дисперсійні сили (сили Лондона), суть полягає у появі моментальних диполів.
Сили притягання діють на малих відстанях, однак для макроскопічних тіл, які складаються з великої кількості атомів, ці сили складаються і сумарна сила змінюється за квадратичним чи кубічним законом.
Дисперсійні сили притягання досить великі і співставляються з силами відштовхування ПЕШ. Теорія дає вираз для енергії двох молекул:
А – константа Гамакера; Н – відстань між тілами, що взаємодіють.
А – пропорційна щільності частинок, тому притягання зростає по мірі збільшення щільності.
А = 1019…1021 Дж.
9. Важнейшие ионы природных вод. Классификация природных вод по анионному составу.
Механизм поступления примесей в природную воду формирует определенное постоянство типа важнейших ионов, содержащихся в различных водотоках и водоемах.
| Таб 1.1. Важнейшие ионы природных вод (моль/кг)2 | |||
| Группа | Катион | Анион | Концентрация мг/кг |
| Na+, K+, Ca2+, Mg2+, | HCO3-, Cl-, SO42- | От нескольких едениц до десятков тысяч | |
| NH4+, Fe2+, Mn2+ | HSiO3-, F-, NO3-, CO32- | От десятых долей до едениц | |
| Cu2+, Zn2+, Ni2+, Al3+ | HS-, J-, NO2-, H2PO4- | Менее десятых долей |
Характеризуя ионизированные примеси, можно отметить следующее.
Ионы натрия и калия с анионами природных вод не образуют труднорастворимых простых солей, практически не подвергаются гидролизу, поэтому их относят к группе устойчивых примесей. Концентрация Na+ и К+ изменяется только в результате испарения или разбавления природной воды, при анализе воды ее часто выражают суммарно.
Ионы кальция и магния относятся к числу важнейших примесей воды и во многом определяют возможность ее использования для различных народнохозяйственных целей, так как эти ионы образуют труднорастворимые соединения с некоторыми находящимися в воде анионами. При использовании природной воды и связанном с этим изменении исходных концентраций катионов и анионов, например при упаривании или снижении растворимости с ростом температуры, происходит выделение труднорастворимых солей кальция и магния на теплопередающих поверхностях в виде твердой фазы. Произведения растворимости некоторых труднорастворимых соединений Са и Mg приведены в табл. 1.2 и 1.3.
| Таб 1.2. Труднорастворимые соединения, образуемые ионами Ca2+> и Mg2+, и их произведение растворимости, (моль/кг)2 | |||
| Ионы Ca2+ | Ионы Mg2+ | ||
| соединение | ПР при 25оС | Соединение | ПР при 25оС |
| CaSO4 | 4.1*10-5 | MgCO3 | 4.0*10-5 |
| Ca(OH)2 | 5.5*10-6 | Mg(OH)2 | 6.5*10-10 |
| CaSiO3 | 6.6*10-7 | MgF2 | 6.4*10-9 |
| Ca3(PO4)2 | 1.0*10-30 | Mg3(PO4)2 | 1.7*10-24 |
Ионы железа характеризуются поливалентностью и могут находиться в различных формах: Fe2+ и Fe3+. Необходимо отметить, что обратный логарифм произведения растворимости рПР Fe(он)2 при 25°С равен 14,75 а рПР Fe(OH)3 составляет 37.2 единицы. Исходя из этих значений и ионного произведения воды, можно вычислить, что для поддержания равновесного насыщения воды ионами железа на уровне 0,1 мг/кг для закисного железа рН воды следует довести до 9.2 а для оксидного - до 3,5; при увеличении концентрации Fe3+ в ионной форме рН раствора будет понижаться. Во всех природных водах с высоким рН ионы Fe3 практически не могут содержаться и все соединения F3+находятся в коллоидной или грубодисперсной форме. В подземных водах железо обычно находится в ионной форме в виде двухвалентного железа, стехиометрически отвечающего формуле соединения Fе(НСО3)2, которое при условии удаления растворенной углекислоты (выдерживание в открытом сосуде) легко гидролизуется, а при наличии в воде растворенного кислорода окисляется с образованием красно-коричневой твердой фазы гидроксида железа Fe(ОН)3:
| 4Fe2++8HCO3-+O2+2H2O=4Fe(OH)3(т)+8CO2 | (1.4) |
В водах поверхностных источников железо может входить также в состав органических соединений; присутствие в воде соединений железа в повышенных концентрациях создает условия для развития железобактерий, образующих бугристые колонии на стенках трубопроводов.
Концентрация железа в исходной воде может увеличиваться в процессе транспортирования ее по стальным и чугунным трубам вследствие загрязнения продуктами коррозии.
Гидрокарбонат - ионы (НСОз) - важнейшая составная часть солевых компонентов воды. В природных водах кроме"полусвязанной"углекислоты (ионы НСО3 - называемые также бикарбонатами), а в некоторых случаях и "связанной" углекислоты (ионы CO3-2) содержится также так называемая "свободная" углекислота, находящаяся в виде растворенного в воде газа СО2 и его гидрата - молекул Н2СО3. Между различными формами угольной кислоты существует кинетическое равновесие, связанное с величиной рН и содержанием ионов кальция в растворе.
Хлорид - ионы (Сl-) с катионами, обычно находящимися в природных водах, не образуют труднорастворимых солей и при температуре около 25°С не подвергаются гидролизу или окислению.
Сульфат - ионы (SO42-) в поверхностных водах, не загрязненных органическими веществами, достаточно устойчивы, как анионы сильной кислоты они не подвергаются гидролизу и образуют относительно труднорастворимую соль только с одним из катионов природных вод - Са2+. Однако растворимость сульфата кальция при обычной температуре достаточно высока (около 1г/кг), и в природных водах, как правило, не происходит выделения твердой фазы CaS04.
За анионным составом природные воды делят:
· Гидрокарбонатные
· Сульфатные
· Хлоридные
10. Что такое процесс флокуляции? Типы флокулянтов, их природа.
Для ускорения хлопьеобразования при коагуляции используют высокомолекулярные вещества – флокулянты. Их используют в качестве дополнения к минеральным коагулянтам для корректировки Т, рН и плотности хлопьев.
Флокулянты бывают: неорганические, природно-органические и синтетично-органические.
В зависимости от состава:
1) Неионогенные – полимеры с неионогенными группами (СО, крахмал, спирт)
2) Анионные – которые содержат СООН, SO3H, кремневую к-ту
3) Катионные – NH, NH2, винилпиридин
4) Амфотерные – содержат и анионы и катионы
11. 17. Природа сил отталкивания. Строение двойного электрического слоя.
Природа сил отталкивания
Дерягин показал, что силы электростатического отталкивания возникают лишь при перекрытии ионных атмосфер коллоидных частиц. Внешняя оболочка двойного электрического слоя в значительной мере экранирует заряд коллоидных частиц, и до тех пор, пока диффузные слои коллоидных частиц практически не перекрываются, электростатическое отталкивание не имеет существенного значения. Лишь в зоне перекрытия ионных атмосфер происходит перераспределение ионов с местным изменением их концентрации, вследствие чего появляются дополнительные электростатические и осмотические силы, приводящие к результативному отталкиванию коллоидных частиц. При сокращении толщины двойного слоя коллоидные частицы имеют возможность более тесного сближения без того, чтобы между ними возникли силы отталкивания, и при достаточно малых расстояниях силы межчастичного притяжения, наконец, преобладают над броуновским движением частиц; этот момент и соответствует слипанию или коагуляции частиц.