HYDROCHEMIE 2/0, Zk (3 kr.)
Martin Pivokonský
Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i.
Tel.: 233 109 068e-mail: [email protected]
Hydrochemie
www.pivokonsky.wz.czHy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
1
Zkouška:
1. Písemný test (minimálně 60 %)
2. Ústní pohovor
www.pivokonsky.wz.cz
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hy
dro
che
mie
Program přednášky:
1) Fyzikální a fyzikálně-chemické vlastnosti vody2) Obecné složení vod (skupinová stanovení), anorganické látky ve vodách
(kovy a polokovy obecně, Na, K, Ca, Mg, Sr, Ba) 3) Anorganické látky ve vodách (Al, Fe, Mn, „těžké“ kovy, Si) 4) Anorganické látky ve vodách (nekovy – F, Cl, Br, I, S)5) Anorganické látky ve vodách (P, N)6) Oxid uhličitý a jeho iontové formy, pH, neutralizační kapacita
Tlumivá kapacita, acidobazické titrace, vápenato-uhličitanová
HydrochemieH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
2
7) Tlumivá kapacita, acidobazické titrace, vápenato-uhličitanová rovnováha, agresivita a stabilizace vody
8) Organické látky, sumární stanovení organických látek (CHSK, TOC, DOC, BSK, NEL atd.)
9) Přírodní organické látky (huminové látky, AOM)10) Organické látky antropogenního původu (pesticidy, halogenderiváty
atd.) 11) Chemické reakce a chemické rovnováhy ve vodách12) Povrchové vody, chemická stratifikace, koloběh látek, eutrofizace
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie
Doporučená literatura
Pitter, P.: Hydrochemie. Vydavatelství VŠCHT Praha, 2009.
Stumm, W., Morgan, J. J.: Aquatic chemistry. Wiley, New York, 1996.
Morel, F. M. M., Hering, J. G.: Principles and applications of
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
3
Morel, F. M. M., Hering, J. G.: Principles and applications of aquatic chemistry. Wiley, New York, 1993.
Benjamin, M.: Water chemistry. McGraw-Hill, New York, 2002.
Manahan, S. E.: Environmental chemistry. CRC Press, Boca Raton, 2005.
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
VODA = H2Obezbarvá, čirá kapalina bez chuti a zápachu
Směs izotopů vodíku 1H, 2H (D - deuterium) a 3H (T - tritium)a kyslíku 14O, 15O, 16O, 17O, 18O a 19O
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Oxidan, oxid vodný, dihydrogenmonooxid
Převládá molekula 1H216O
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
4
Těžká voda D216O (výzkum pohybu, geneze a stáří podzemní vody)
– zastoupení cca 0,015% Super těžká voda T2
16O – slabě radioaktivní (T je β zářič)
H: 1s1 O: 1s2 2s2 2p4 H2O
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
VlastnostTěžká voda (D2O)
Normální voda (H2O)
Teplota tání 3,82 °C 0 °C
Teplota varu (při pn = 101,325 kPa) 101,42 °C 100 °C
Maximální hustota 1,1072 g/cm3 1,0 g/cm3
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
5
Maximální hustota 1,1072 g/cm3 1,0 g/cm3
Maximální hustota je při 11,2 °C 3,98 °C
Hodnota pKv (při 25°C) 14,869 14,000
pH (při 25 ° C) 7,41 7,00
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Charakter molekul vody:
1) Mezi atomem kyslíku a vodíku se vytváří kovalentní vazba2) Dochází k sp3 hybridizaci (centrální atom kyslíku je ve středu
tetraedru, 2 atomy vodíku (2 vazby) a 2 elektronové páry jsou v jeho vrcholech)předpoklad – úhly mezi vazbami O-H → 109,5°realita - úhel mezi vazbami O-H → 104,45°
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
6
realita - úhel mezi vazbami O-H → 104,45°příčina – repulze volných elektronových párůH
yd
roch
em
ie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody_
+
4) Molekuly vody vytváří pomocí vodíkových můstků (vazeb)(d = 156 pm, E = 96 kJ.mol-1) tzv. shluky (clustery, asociáty) –hlavní příčina anomálních vlastností vody!
Charakter molekul vody:
3) Molekula vody tvoří dipóly
- příčina: rozdíl v elektronegativitě O (3,44) a H (2,1)
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
7
Příčiny vzniku vodíkových můstků:
1) dipólový charakter molekul
2) van der Waalsovy síly
(d = 156 pm, E = 96 kJ.mol ) tzv. shluky (clustery, asociáty) –hlavní příčina anomálních vlastností vody!H
yd
roch
em
ie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Charakter molekul vody:
Shluky molekul vody mají přechodný charakter. Jejich tvorba a rozbíjení probíhá v závislosti na změně tepelné energie.
Skupenství:
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
8
Skupenství:
1) Pevné – 4 vodíkové můstky na každou molekulu vody- hexagonální uspořádání krystalické mřížky ledu
(hexagonální led č. I, existuje ještě cca dalších 7 modifikací mřížky)
- nárůst objemu o cca 9% oproti kapalné fázi
2) Kapalné – cca 3,5 vodíkových můstků na molekulu vody- přiblížení molekul vody – nárůst hustoty
3) Plynné – molekuly jsou izolovány, vodíkové můstky nevznikají
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Charakter molekul vody:
5) Vazba O-H má polární charakter – polární molekula H2Ovoda je polární rozpouštědlo – dobře rozpouští polární a iontové sloučeniny – dochází k jejich disociaci, ionizaci
nebo štěpení
uvolněné ionty následně podléhají hydrataci – interakce
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
9
uvolněné ionty následně podléhají hydrataci – interakce ion-dipól
V případě polárních sloučenin je jejich rozpustnost ve vodě dána tvorbou vodíkových můstků
V přírodě nikdy není chemicky čistá, obsahuje příměsi.
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydratace iontové sloučeniny, např. NaClinterakce ion (Na+ a Cl-) - dipól H2O
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
10
Hydratace polární sloučeniny, např. NH3tvorba vodíkových můstků
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Charakter molekul vody:
6) Tvorba hydrátů - solí krystalizujících z roztoků hydratovaných kationtů a aniontů
voda je v hydrátech vázána:
a) slabou vazbou v krystalové mřížce, tzv. krystalová voda např. křemičitany, hlinitany atd.
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
11
CaSO4 · 1/2 H2O + 3/2 H2O → CaSO4 · 2H2O
b) silnou donor-akceptorovou (koordinační) vazbou
Be
OH
OH
O
O
SO4
2-
2+
2
2
H2
H2např. hydrát BeSO4 · 4H2O
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Fyzikální charakteristiky vody:
1) Tepelné vlastnosti2) Hustota3) Viskozita4) Povrchové napětí
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
12H
yd
roch
em
ie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Fázový diagram vodyTepelné vlastnosti vody
Trojný bod:T = 0,001 °C, p = 0,61173 kPa- rovnovážný stav kapalné,
pevné a plynné fáze
Kritický bod:T = 374 °C, p = 22140 kPa- látka se již vyskytuje pouze v
ktkp
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
13
- látka se již vyskytuje pouze v plynné fázi
- zvýšením tlaku ji nelze zkapalnitks
kt – křivka táníks – sublimační křivkaKp – křivka sytých par
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Tepelné vlastnosti vody
Vysoká měrná tepelná kapacita – vysoká hodnotavelká tepelná setrvačnost vody (zadržuje teplo)
– vliv na klima- transport tepla (ústřední topení)
Látka (18˚C) c [J.kg-1.K-1]
Voda 4180
Etanol 2460
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
14
Etanol 2460
Olej 2000
Kyslík 917
Hliník 896
Železo 450
Měď 383
Stříbro 235
Platina 133
Zlato 129
Teplo
- část vnitřní energie, kterou systém vymění(přijme nebo odevzdá) při styku s jiným systémem, aniž by přitom docházelo ke konání práce
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Přenos tepla izochorický děj [V = konst.] => W(obj.) = 0 => ∆U = Q
∫∫ ==∆=2
1
2
1
T
T
Vm
T
T
V dTCndTCUQ
CVm je závislá na teplotě !!!
VV T
UC
∂∂=
pokud CVm = konst. => ∆U = n CVm (T1-T2) = CV (T1-T2) Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
15
pokud CVm = konst. => ∆U = n CVm (T1-T2) = CV (T1-T2)
= m c (T1-T2) = Q
W(obj.) = objemová práce∆U = změna vnitřní energieQ = teploCV = izochorická tepelná kapacita, CV = n CVm, CV = m c [J.K-1]CVm = molární izochorická tepelná kapacita [J.mol-1.K-1]c = měrná izochorická tepelná kapacita [J.kg-1.K-1]T = teplota
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Tepelné vlastnosti vody
měrné skupenské teplo [J.kg-1]1) tání (lt) je teplo, které přijme 1 kg pevné látky, jestliže se při
teplotě tání celý přemění na kapalinu téže teploty 2) varu (lv) je teplo, které přijme 1 kg kapalné látky, jestliže se
při teplotě varu celý přemění na plyn téže teploty3) kondenzace (lk) je teplo, které odevzdá 1 kg plynu, jestliže se
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
16
3) kondenzace (lk) je teplo, které odevzdá 1 kg plynu, jestliže se přemění na kapalinu téže teploty
Látka lt [kJ.kg-1]
hliník 399led 334železo 289etanol 108zlato 64rtuť 11,8
Látka lv [kJ.kg-1]
hliník 10 500železo 6 340voda 2 257etanol 879vodík 454rtuť 301
Vysoké lk – efektivní ochlazování ekosystémů
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Hustota ρ [kg.m-3]- mění se s teplotou a tlakem- max. hodnota 999,973 kg.m-3 (minimální objem) při T = 3,98 °C
a p = 101,325 kPa
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
17
Závislost hustoty vody na teplotěpři různých hodnotách tlaku
Závislost hustoty vody na teplotěpři tlaku 101,325 kPa.
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Dynamická viskozita (η) udává poměr mezi tečným napětím (τ) a změnou rychlosti (u) v závislosti na vzdálenosti (z) mezi sousedními vrstvami proudící kapaliny (gradientu rychlosti) - charakterizuje vnitřní tření newtonské kapaliny
z
u
d
dητ =
ud je gradient rychlosti – G (smyková rychlost - )(růst rychlosti ve směru na ní kolmém)
η = [N·s·m-2], [Pa·s]Newtonůvzákon
γ&
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
18
zdje gradient rychlosti – G (smyková rychlost - )
(růst rychlosti ve směru na ní kolmém)
a τ je tečné napětí
Rychlostní profil toku v kapalině mezi nepohyblivou a pohybující se deskou
γ&
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Napětí (mechanické napětí) je veličina charakterizující stav kontinua podrobeného vnějšímu silovému působení(podíl síly F a plochy S, na kterou tato síla působí)
dS
dF=σ
1) normálové napětí – kolmé (tahové) působení síly na plochu
σ = [N.m-2] = [Pa]
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
19
Podíl dynamické viskozity (η) a hustoty kapaliny (ρ) se označuje jako součinitel kinematické viskozity nebo kinematická viskozita (v)
ρην =
1) normálové napětí – kolmé (tahové) působení síly na plochu2) tečné napětí (smykové) - působení ve směru tečny na plochu
ν = [m2.s-1]
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Viskozita je látkovou charakteristikou, její hodnota závisí na teplotě a tlaku. Viskozita kapalin klesá s teplotou a roste s tlakem
(s výjimkou nízkých teplot)
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Látka (18 °C)Kinematická viskozita[m2.s-1]
voda 1,06.10-6
benzen 7,65.10-6
benzín 7,65.10-7
glycerín 1,314.10-3Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
20
Závislost dynamické a kinematické viskozity vody na teplotě
glycerín 1,314.10-3
chloroform 3,89.10-6
nitrobenzen 1,72.10-5
topný olej 5,2.10-5
motorový olej 9,4.10-5
rtuť 1,16.10-7
petrolej 2,06.10-6
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Newtonské tekutiny – platí Newtonův zákon
- křivka tečení je lineární a vždy prochází počátkem souřadnicového systému
- zpravidla nízkomolekulární látky např. voda, líh atd.
Nenewtonské tekutiny – neplatí Newtonův zákon
- křivky tečení jsou nelineární a nemusí vždy procházet počátkem
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
γ,τ &
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
21
- křivky tečení jsou nelineární a nemusí vždy procházet počátkem souřadnicového systému
- jejich viskozita - zdánlivá viskozita (nenewtonská viskozita) není při daném tlaku a teplotě konstantní – závisí na dalších faktorechjako je např. smyková rychlost kapaliny (rychlost smyku), okrajové a počáteční podmínky, nebo historie předchozí deformace kapaliny
- vysokomolekulární látky, taveniny polymerů, tixotropní barvy, suspenze, krev atd.
γ,τ &
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Tokové křivky (křivky tečení) kapalin
Bez meze toku:
A1 – pseudoplastická(řídnoucí) kapalina – polymery, lepidla, barvy
A2 – dilatantní (houstnoucí) kapalina – škrob, rozpouštědlaH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
22
kapalina – škrob, rozpouštědla
S mezí toku (zubní pasty, čokoláda, krémy):
A3 – Binghamova (plastická) kapalina
A4 – Cassonova kapalina
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Proudění tekutin
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
• stacionární (ustálené) - rychlost proudění tekutiny je v daném místě v závislosti na čase konstantní
• nestacionární (neustálené) - rychlost proudění tekutiny je v daném místě proměnná v čase
• s volnou hladinou – proud omezen pevnými stěnami, na povrchu volná hladina, pohyb důsledkem vlastní tíhy kapaliny
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
23
hladina, pohyb důsledkem vlastní tíhy kapaliny
• tlakové – proud omezen ze všech stran pevnými stěnami, pohyb důsledkem rozdílu tlaků
• proudové paprsky – ohraničeny kapalným nebo plynným prostředím, pohyb vlastní tíhou nebo setrvačností
• 1D, 2D, 3D – např. 1D: jedna ze 3 složek vektoru rychlosti u je mnohem větší než dvě další složky, např. ux>>uy, ux>>uz=>ux= u, uy≈0,uz≈0
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Proudění tekutin
1) laminární (vrstevnaté) – částice kapaliny se pohybují v paralelních drahách
2) turbulentní – nepravidelný a neuspořádaný pohyb částic kapaliny, časové a prostorové fluktuace vektoru rychlosti, uvnitř proudu dochází k míchání
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
24H
yd
roch
em
ie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
ν
vL=Re
Kritérium charakteru proudění – Reynoldsovo číslo
Re < 2320 ⇒ laminární (v kruhovém potrubí)Re > 4000 ⇒ turbulentní (v kruhovém potrubí)
v – charakteristická rychlost, např. průřezováL – charakteristická délka, např. průměr potrubíν – kinematická viskozita
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
25H
yd
roch
em
ie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
1) Síla, která působí ve směru tečny k povrchu na úsečku jednotkové délky – mezifázové napětí v systémech kapalina/plyn.
Povrchové napětíH
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
26
2) efekt, při kterém se povrch kapalin snaží minimalizovat svou plochu, respektive zaujmout energeticky nejvýhodnější stav (pokud by na kapalinu nepůsobily vnější síly, měla by kulovitý tvar)
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Povrchové napětí
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
látka (20 °C) γ [mN.m-1]
dF – přírůstek elementární kohezní sílypůsobící ve směru tečny k povrchu kapaliny
koheze (soudržnost látky) – působení přitažlivých sil mezi molekulami látky
dl - úsečka procházející povrchem kapaliny
γ = [N.m-1]
γγγγ = f (druh kapaliny nebo plynu a T)
l
F
d
d=γ
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
27
aceton 23,3
benzen 28,9
etanol 22,55
n-hexan 18,4
n-pentan 16,0
rtuť 476
voda 72,75
γγγγ = f (druh kapaliny nebo plynu a T)Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Příčiny povrchového napětí
1) přitažlivé interakce (síly) mezi molekulami tekutiny - jsou silnější než síly mezi molekulami plynu nebo molekulami kapaliny a plynu
2) rozdíl mezi vnitřní potenciální energií molekul v povrchové vrstvě avnitřní potenciální energií molekul uvnitř kapaliny
Povrchové napětí působí v H
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
28
působí v povrchové vrstvě
kapaliny, ne kolmo k němu!
Povrchová vrstva - tvořena molekulami, které se nacházejí ve vrstvě volného povrchu kapaliny o tloušťce rovné poloměru sféry molekulového působení. Výsledná síla působící na molekuly kapaliny v této vrstvě směřuje směrem dovnitř do kapaliny. Kapaliny se proto chovají tak, jako by jejich volný povrch byl pokryt tenkou pružnou blánou.
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Povrchové napětí v praxi
Styk kapaliny se vzduchem
1) Kapky vody
v beztížném stavupadající kapka
kapka na skle2) Vzduchové bubliny ve vodě
– kulový tvar3) Mastnota na hladině – ropná skvrna
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
29
Mýdlo, saponáty – snížení přitažlivých interakcí mezi molekulami vody –snížení povrchového napětí – projevuje se tvorbou pěny.
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vodyStyk kapaliny s pevnou stěnou
kombinace přitažlivých interakcí mezi molekulami kapaliny(kohezní síly) a mezi povrchovými molekulami kapaliny a stěny(adhezní síly) – adheze (vzájemná přilnavost dvou různých látek).
1) Nelpící kapalina – kapilární deprese a vypouklý meniskus
adheze < koheze
Pokles hladiny kapaliny v kapiláře pod hladinu kapaliny v nádobě
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
30
Např. rtuť ve skleněné kapiláře
h je rozdíl hladin kapaliny v široké nádobě a v kapilářeρA a ρB jsou hustoty fází A a Bγ mezifázové rozhraní, g tíhové zrychlenír poloměr menisku, R poloměr kapiláryθ úhel smáčení (90°> θ > 180°)
( ) θγγρρ cos22 ⋅−==⋅−⋅Rr
gh BA
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
2) Lpící kapalina – kapilární elevace a vydutý meniskus
adheze > koheze
Např. voda ve skleněné kapiláře
Vzestup kapaliny v kapiláře nad hladinu kapaliny v nádobě
( ) θγγρρ cos22 ⋅==⋅−⋅Rr
gh BA
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
31
dobře smáčejícíkapalina
dokonale smáčejícíkapalina
h je výška sloupce kapaliny v kapiláře ρA a ρB jsou hustoty fází A a Bγ mezifázové napětíg tíhové zrychlenír poloměr meniskuR vnitřní poloměr kapiláryθ úhel smáčení (0°< θ < 90°)
Rr
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Vliv teploty na povrchové napětí vody
- klesá s teplotou a při kritické teplotě je nulové
Eötvösova rovnice - závislost povrchového napětí na teplotě
( )TTkM
cf
−⋅=
⋅
3/2
ργ
k - empirická konstantaρf - hustota kapalinyTc - kritická teplotaT - teplotaM - molární hmotnost kapaliny (směsi)H
yd
roch
em
ie –
1. p
řed
ná
ška
32
f ρM - molární hmotnost kapaliny (směsi)
24100266,115,0621,75 TT ⋅⋅−⋅−= −γ
Pro vodu v rozmezí T = 0 až 30 °C byl odvozen interpolační vztah:
T je teplota ve °C
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
Disociace (autoprotolýza) vody
2 H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + OH- (aq)
Voda má amfoterní charakter – chová se jako kyselina i zásada
Rovnovážná konstanta: K = [H3O+].[OH-]/[H2O]2 (3,23.10-18)
Iontový součin vody: Kv = [H3O+].[OH-]Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
33
Iontový součin vody: Kv = [H3O+].[OH-]
- závislý na T, při T = 25 °C Kv = 1,2.10-14 mol2.l-2
Pro chemicky čistou vodu při konstantní teplotě platí:
[H3O+] = [OH-] Kv = [H3O+] 2
[H3O+] = Kv1/2 = 10-7 mol.l-1 [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol.l-1
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Hydrochemie – fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti vody
pH vody (potential of hydrogen)
pH = -log [H3O+]
- vyjadřuje koncentraci H3O+ iontů
Kyselé roztoky - převládají H O+
Hy
dro
che
mie
–1.
pře
dn
ášk
a
34
Kyselé roztoky - převládají H3O+
ionty, proto [H3O+] > 10-7 mol.l-1 a [OH-] < 10-7 mol.l-1
Zásadité roztoky - převládají ionty OH-, proto [OH-] > 10-7 mol.l-1 a [H3O+] < 10-7 mol.l-1
výsledné Kv stále 10-14 mol2.l-2
Hy
dro
che
mie
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2013
Top Related