- •Томский государственный университет систем
- •1.1. Международная программа охраны вод
- •1.2. Гидрология и ее связь с другими науками
- •1.3. Методы изучения водных объектов
- •1.4. Из истории гидрологии
- •1.5. Исследование вод в России
- •2.1 Водный фонд рф и право пользования водными объектами
- •2.2. Государственный мониторинг водных объектов
- •2.3. Водопользование
- •2.4. Права водопользователя
- •2.5. Обязанности водопользователя
- •3.1 Молекула воды.
- •3.2. Химические свойства воды
- •3.3. Формирование химического состава природных вод
- •3.4 Классификация вод по химическому составу
- •4.1 Минерализация воды
- •4.2 Важнейшие показатели воды
- •4.3 Растворенные газы
- •4.4 Главные ионы
- •4.5 Биогенные компоненты
- •4.6 Органическое вещество
- •Контрольные вопросы:
- •5.2 Плотность воды
- •5.3 Тепловые свойства воды.
- •5.4 Вязкость воды (внутреннее трение).
- •5.5 Поверхностное натяжение и смачивание.
- •5.6 Оптические свойства воды.
- •5.7 Акустические свойства воды.
- •5.8 Электропроводность воды.
- •Контрольные вопросы:
- •6.1 Органолептические наблюдения
- •6.2 Запах, мутность, цветность и прозрачность
- •6.3 Нормирование и качество воды
- •6.4 Пдк некоторых веществ в питьевой воде
- •6.5 Основные методы очистки воды
- •6.5.1 Удаление кислорода из воды.
- •6.5.3. Ионный обмен.
- •6.5.4. Катионирование воды.
- •6.5.5. Анионироваиие воды.
- •6.5.6. Химическое обессоливание воды.
- •7.1. Общие понятия круговорота воды
- •7.2. Интенсивность влагооборота
- •7. 3 Типы влагооборота
- •7.3.1. Геокосмический влагооборот
- •7.3.2.Атмосферно-океанический влагооборот
- •7.3.4. Атмосферио-литосферно-биологический
- •7.4. Водные ресурсы
- •7.5 Движение воды в водных объектах
- •7.6 Понятие о водном балансе
- •7.7 Водный баланс земного шара
- •7.8. Пресные воды
- •7.9. Мировой водный баланс
- •7.10. Активность водообмена
- •7.11 Тепловой баланс водных объектов
- •8.1 Виды ледников
- •8.3 Ледниковые трещины
- •8.7 Характеристики современных ледников
- •8.8 Современное оледенение на территории России
- •8.9 Ледниковое влияние на жизнь.
- •9.1 Классификация морских льдов
- •9.2 Условия образования и существования морских льдов
- •9.3 Ледниковый период и морские льды
- •9.4 Структура и свойства морского льда
- •10.1 Водно-физические свойства горных пород и почв
- •10.3 Поле сил в порах
- •10.4 Виды воды в порах
- •10.5 Возникновение и распространение подземных вод
- •10.6 Грунтовые и межпластовые напорные воды
- •10.7 Движение подземных вод
- •10.8 Передвижение воды в водоносных горизонтах
- •10.9 Формула Дарси
- •10.10 Режим подземных и поверхностных вод
- •10.11 Режим грунтовых и межпластовых вод
- •11.1 Основные понятия
- •11.2 Классификация Хортона
- •11.3 Морфологические характеристики бассейна
- •Лекция 12 Речной сток и его составляющие
- •12.1 Водный баланс бассейна реки
- •12.2 Питание рек
- •12.3 Русловые процессы
- •13.1 Классификация озер
- •13.2 Элементы озерного ложа:
- •13.3 Морфометрические характеристики озера.
- •Лекция 14. Водный баланс озер
- •14.1 Термический режим озер
- •14.2 Химический состав озерной воды
- •14.3 Биологические процессы озер
- •14.4 Озерные отложения
- •Контрольные вопросы:
- •15.1 История создания водохранилищ
- •15.2 Размещение водохранилищ на земном шаре
- •15.3 Классификация по морфологии ложа
- •15.4 Классификация по способу заполнения водой
- •15.5 Классификация по географическому положению
- •15.6 Классификация по характеру регулирования стока
- •15.7 Водный баланс
- •15.8 Колебания уровня воды
- •15.9 Течения
- •15.10 Волны
- •15.11 Ледовый режим водохранилищ
- •15.12 Гидрохимические особенности
- •15.13 Гидробиологические особенности
- •15.14 Заиление водохранилищ
- •15.15 Формирование берегов
- •15.16 Роль водохранилищ для человека
- •15.17 Особенности водного баланса водохранилищ
- •Контрольные вопросы:
- •16.1 Происхождение болот
- •16.2 Строение болот
- •16.3 Классификация болот
- •16.4 Функции болот
- •16.5 Болотная гидрографическая сеть
- •16.6 Гидрологический режим и водный баланс болот
- •16.7 Влияние осушительных мероприятий
- •16.8 Движение воды в торфяном грунте
- •16.9 Водный баланс болот
- •17.1 Геологические аспекты
- •17.2 Геоморфология
- •17.3 Гидрогеологические и гидрологические условия
- •17.4 Режим промерзания болота.
- •17.5 Рациональное использование Васюганского болота
- •Контрольные вопросы:
- •18.1 Основные элементы рельефа:
- •18.2 Водный баланс морей и океанов
- •18.4 Полезные ископаемые
- •18.7 Уязвимые звенья экологической системы Мирового Океана.
- •18.8 Антропогенное воздействие на океан
- •18.9 Нефть и нефтепродукты.
- •18.10Тепловое загрязнение водных ресурсов.
- •18.11 Радиоактивное загрязнение и ядовитые вещества
- •18.12 Минеральное, органическое, бактериальное и биологическое загрязнения Мирового океана.
- •18.13 Синтетические поверхностно-активные вещества.
- •18.14 Пестициды.
- •18.15 Водоросли.
- •18.16 Тяжелые металлы.
- •18.17 Самоочищение океана.
- •18.18 Меры борьбы с загрязнением.
3.1 Молекула воды.
Молекула воды несимметрична: три ядра образуют равнобедренный треугольник с двумя ядрами водорода в основании и ядром кислорода в вершине (рис. 3.1).
Рис. 3.1.
Атом кислорода в молекуле воды присоединяет к себе два электрона, отнятых от атомов водорода, и тем самым приобретает отрицательный заряд. В свою очередь, оба атома водорода, лишенные электронов, становятся положительно заряженными протонами. Молекула воды поэтому образует электрический диполь.
Полярное строение воды и возникающие в воде электрическое поле обусловливают большую диэлектрическую проницаемость воды — величину, показывающую, во сколько раз силы взаимодействия электрических зарядов уменьшаются в воде по сравнению с силами их взаимодействия в вакууме. Высокая диэлектрическая проницаемость воды предопределяет ее большую ионизирующую способность, т.е. способность расщеплять молекулы других веществ, что обусловливает сильное растворяющее действие воды. Каждая молекула воды, обладающая двумя положительными и двумя отрицательными зарядами, способна образовать четыре так называемые водородные связи, т.е. соединения положительно заряженного ядра водорода (протона), химически связанного в одной молекуле с отрицательно заряженным атомом кислорода, принадлежащим другой молекуле.
Молекулярное строение воды изучено еще недостаточно, но большинство исследователей придерживается в настоящее время следующих взглядов на молекулярную структуру воды. Водяной пар состоит преимущественно из мономерных (одиночных) молекул воды, т.е. водородные связи практически не реализуются. В твердом состоянии (лед) строение воды в высокой степени упорядочено. В кристаллах льда молекулы воды составляют гексагональную систему с прочными водородными связями. Такая структура весьма рыхлая и, как иногда говорят, «ажурная». Вода в жидком состоянии занимает промежуточное положение между паром и льдом. В такой воде сохраняются элементы «льдоподобного» молекулярного каркаса, а его пустоты частично заполняются одиночными молекулами. Поэтому «упаковка» молекул в воде, находящейся в жидком состоянии, более плотная, чем у льда, и плавление льда приводит не к уменьшению, а к «аномальному» увеличению плотности.
Переход от полностью упорядоченной рыхлой молекулярной структуры, свойственной льду, к более плотной структуре, свойственной воде в жидком состоянии, не происходит мгновенно в процессе плавления льда, а продолжается и в жидкой воде. При повышении температуры наряду с упомянутым уплотнением «упаковки» молекул происходит и свойственное всем веществам увеличение объема воды вследствие роста интенсивности теплового движения молекул. В диапазоне повышения температуры от 0 до 4° С преобладает процесс уплотнения воды, при температуре выше 4° С — тепловое расширение. Поэтому вода обладает «аномальным» свойством — наибольшей плотностью не при температуре плавления, а при 4° С.
Присущие воде водородные связи примерно в десять раз прочнее, чем связи, обусловленные межмолекулярными взаимодействиями, характерными для большинства других жидкостей. Поэтому для преодоления этих связей при плавлении, испарении и нагревании воды необходимо гораздо больше энергии, чем в случае других жидкостей. Это определят ряд «аномалий» тепловых свойств воды.
Водород и кислород имеют несколько природных изотопов: 1Н («обычный» водород), 2Н, или D («тяжелый» водород, или дейтерий), 3Н, или Т (радиоактивный «сверхтяжелый» водород, или тритий), 16О, 17О, 18О. Поэтому и сама вода имеет переменный изотопный состав. Природная вода — это смесь вод разного изотопного состава. Наиболее распространена вода, состоящая из изотопов 1Н и 16О, доля других изотопных видов воды ничтожна — менее 0,27%. Воду с изотопным составом 1Н216О называют «обычной» водой и обозначают просто Н2О, остальные виды воды (кроме 3Н2О) называют «тяжелой» водой. Иногда «тяжелой» водой считают лишь дейтериевую воду 2Н2О (или D2O). Вода с изотопным составом 3Н2О (или Т2О) — так называемая «сверхтяжелая» вода. Ее на Земле находится всего 13—20 кг. Приведенные в дальнейшем сведения относятся только к «обычной» воде.