Твердість води. 
Кругообіг карбону

Реферат на тему:

" ТВЕРДІСТЬ ВОДИ. КРУГООБІГ КАРБОНУ"

Твердість води

Загальна твердість води переважно зумовлюється наявні­стю в ній гідрокарбонатів, хлоридів, сульфатів та інших сполук каль­цію і магнію. Загальна твердість поділяється на карбонатну (усув­ну) і постійну (неусувну).

Карбонатна твердість зумовлена наявністю у воді розчин­них бікарбонатів кальцію і магнію, які при кип’ятінні води розкла­даються на вуглекислоту і нерозчинні монокарбонати. Останні є причиною утворення накипу на стінках парових котлів, стерилізато­рів, радіаторів, самоварів, чайників та інших водонагрівних приладів. Тому в медичній практиці інструменти багаторазового використан­ня кип’ятять у дистильованій воді, рідше — у чистій дощовій воді.

Карбонатна твердість часто співпадає з усувною твердістю. При кип’ятінні усувається переважно та частина карбонатної твердості, яка залежить від гідрокарбонату кальцію. При великій кількості у воді гідрокарбонату магнію різниця між карбонатною і усувною твер­дістю буває досить значною.

Постійною твердістю води називають ту, яка залишається після тривалого кип’ятіння води і зумовлюється наявністю у ній хлоридів, сульфатів, нітратів і фосфатів кальцію і магнію.

Твердість води оцінюють у мг-екв/дм3. 1 мг-екв/дм:і твердості відповідає 20,0 мг/дма Са++ або 12,2 мг/дм3 М§++. Воду з твердістю до 3,5 мг-екв/дм3 називають м’якою, від 3,5 до 7 — середньої твер­дості, від 7 до 14 — твердою, понад 14 мг-екв/дм3 — дуже твердою.

При підвищенні твердості води погіршується розварювання м’яса, бобових, погано настоюється чай і псується його смак, збільшується витрата мила при пранні, оскільки піна утворюється лише після того, як увесь кальцій і магній будуть зв’язані (на зв’я­зування 10 г кальцію необхідно 166 г мила). Тверда вода створює незручності й під час купання, миття голови внаслідок осідання кальцієвих і магнієвих солей жирних кислот на поверхні тіла. Во­лосся при цьому стає жорстким, шкіра — грубою. Цього можна уникнути сполоснувши волосся слабким розчином оцту. У осіб з чутливою, тонкою шкірою може настати подразнення шкіри.

При різкому переході від вживання м’якої води до твердої, а особливо, коли у воді є сульфати магнію, що трапляється в турис­тичних або експедиційних умовах, при зміні місця проживання, можуть виникати тимчасові диспептичні явища. Роль твердої води в появі й розвитку нирковокам’яної хвороби достеменно не доведено.

Під час проведення протягом останніх років численних епідемі­ологічних досліджень в Англії, США, Японії та інших країнах було виявлено зворотну залежність між рівнем твердості води і смерт­ністю від серцево-судинних захворювань. Механізм цього явища досі не з’ясовано.

Деякі автори вважають, що вода є частковим джерелом каль­цію для організму людини. Справа в тому, що кальцій багатьох харчових продуктів засвоюється лише на 30%, тоді як кальцій питної води — на 90%. Слід відзначити, що овочі, зварені у м’якій воді, втрачають велику кількість кальцію, а у твердій воді - збага­чуються кальцієм за рахунок осідання його на поверхні овочів.

Гранична норма твердості води не повинна перевищувати 7, а в окремих випадках — 10 мг-екв/дм3. При вживанні маломінералізованої води загальна твердість її повинна становити не менше 1,5 мг-екв/дм3. Вода, що не містить солей кальцію і магнію, неприєм­на на смак.

Кругообіг карбону в природі

Карбон (лат. Carboneum), С — хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва. Відомі два стабільних ізотопи 12 С (98,892%) і 13С (1,108%).

Середній вміст карбону в земній корі 2,3*10−2% по масі (1*10 -2 в ультраосновних, 1*10 -2 в основних, 2*10 -2 в середніх, 3*10 -2 в кислих гірських породах). Карбону нагромаджується у верхній частині земної кори (біосфері): в живій речовині 18% карбону, в деревині 50%, в кам’яному вугіллі 80%, в нафті 85%, антрациті 96%. Означає частина карбону літосфери зосереджена у вапняках і доломіті.

Число власних мінералів карбону — 112- виключно велике число органічних сполук карбону — вуглеводородів і їх похідних.

З накопиченням карбону в земній корі пов’язане накопичення і багатьох інших елементів, які осідають у вигляді нерозчинних карбонатів і т.д.

У порівнянні зі середнім вмістом в земній корі людство у виключно великих кількостях витягує карбон з надр (вугілля, нафта, природний газ), так як ці викопні основні джерела енергії.

Карбон широко поширений також в космосіна Сонці він займає 4-е місце після гідрогену, гелію і оксигену.

Відомі чотири кристалічні модифікації карбрну: графіт, алмаз, карбін і лонсдейліт. Графіт — сіро-чорна, непрозора, жирна на дотик, дуже м’яка маса з металевим блиском. При кімнатній температурі і нормальному тиску (0,1 Мн/м2, або 1кгс/см2) графіт термодинамично стабільний. Алмаз — дуже тверда, кристалічна речовина. Кристали мають кубічні межацентрировані ґрати: а=3,560(. При кімнатній температурі і нормальному тиску алмаз метастабільний. Помітне перетворення алмаза в графіт спостерігається при температурах вище за 1400 °C у вакуумі або в інертній атмосфері. При атмосферному тиску і температурі біля 3700 °C графіт переганяється. Рідкий карбон може бути отриманий при тиску вище за 10,5 Мн/м2 (1051 кгс/см2) і температурах вище за 3700(З. Для твердого вуглеводу (кокс, сажа, деревне вугілля) характерно також стан з неврегульованою структурою «аморфний» вуглевод, який не являє собою самостійної модифікаціїв основі його будови лежить структура мелкокристаллического графіту. Нагрівання деяких різновидів «аморфного» вуглеводу вище за 1500−1600(З без доступу повітря викликає їх перетворення в графіт. Фізичні властивості «аморфний» вуглеводу дуже сильно залежать від дисперсність часток і наявності домішок. Щільність, теплоємність, теплопровідність і електропровідність «аморфний» вуглеводу завжди вище, ніж графіту. Карбин отриманий штучно. Він являє собою мелкокристаллический порошок чорного кольору (щільність 1,9 — 2 г/см3). Побудований з довгих ланцюжків атомів С, укладених паралельно один одному. Лонсдейліт знайдений в метеоритах і отриманий штучнойого структура і властивості остаточно не встановлені.

Конфігурація зовнішньої оболонки атома карбону 2s22p2. Для карбону характерне утворення чотирьох ковалентних зв’язків, зумовлене збудження зовнішньої електронної оболонки до стану 2sp3. Тому карбон здатний в рівній мірі як притягати, так і віддавати електрони. Хімічний зв’язок може здійснюватися за рахунок sp3-, sp2- і spгібридних орбіталей, яким відповідають координаційні числа 4,3 і 2. Число валентних електронів карбону і число валентних орбіталей однаковоце одна з причин стійкості зв’язку між атомами карбону.

Унікальна здатність атомів карбону сполучатися між собою з утворенням міцних і довгих ланцюгів і циклів призвела до виникнення величезного числа різноманітних з'єднань карбону, що вивчаються органічною хімією.

У сполуках карбон проявляє ступені окислення -4- +2- +4. Атомний радіус 0,77овалентні радіуси 0,77,6760ідповідно в одинарному, подвійному і потрійному зв’язкахіонної радіус С4- 2,604+ 0,20ри звичайних умовах карбон хімічно інертний, при високих температурах він сполучається з багатьма елементами, виявляючи сильні відновні властивості.

Всі форми карбону стійкі до лугів і кислот і повільно окислюються тільки дуже сильними окислювачами (хромова суміш, суміш концентриров. HNO3 і KCIO3 і інш.). «Аморфний» карбон реагує з фтором при кімнатній температурі, графіт і алмаз — при нагріванні. Безпосередньо сполука карбону з хлором відбувається в електричній дузіз бромом і йодом карбон не реагує, тому численні карбону галогеніди синтезують непрямим шляхом. З оксигалогенидів загальної формули COX2 (де Х — галоген) найбільш відома хлорокис COCI2 (фосген).

При температурах вище за 1000 °C карбон взаємодіє з багатьма металами, даючи карбіди. Всі форми карбону при нагріванні відновлюють оксиди металів з утворенням вільних металів (Zn, Cd, Cu, Pb і інш.) або карбідів (CaC2, Mo2C, WC, TaC і інш.). Карбон реагує при температурах вище за 600 — 800 °C з водяною парою і оксидои карбону (IV) — вуглекислим газом Всі форми карбону нерозчинні в звичайних неорганічних і органічних розчинниках, але розчиняються в деяких розплавлених металах (наприклад, Fe, Ni, Co).

Карбон визначається тим, що понад 90% всіх первинних джерел споживаної в світі енергії припадає на органічне паливо, очолююча роль якого збережеться і на найближчі десятиріччя, незважаючи на інтенсивний розвиток ядерної енергетики. Тільки біля 10% палива, що добувається використовується як сировина для основного органічного синтезу і нафтохімічного синтезу, для отримання пластичної маси і інш.

Карбон — найважливіший біогенний елемент, що складає основу життя на Землі, структурна одиниця величезного числа органічних сполук, що беруть участь в побудові організмів і забезпеченні їх життєдіяльності (біополімери, а також численні низькомолекулярні біологічно активні речовини — вітаміни, гормони, медіатори і інш.). Значну частину необхідної організмам енергії утвориться в клітках за рахунок окислення карбону. Виникнення життя на Землі розглядається в сучасній науці як складний процес еволюції карбонних сполук.

Унікальна роль карбону в живій природі зумовлена його властивостями, якими в сукупності не володіє жоден інший елемент періодичної системи. Між атомами карбону, а також між карбоном і іншими елементами утворяться міцні хімічні зв’язки, які, однак, можуть бути розірвані в порівняно м’яких фізіологічних умовах (ці зв’язки можуть бути одинарними, подвійними і потрійними). Здатність карбону утворювати 4 рівнозначні валентні зв’язки з іншими атомами. Карбон створює можливість для побудови вуглецевих скелетів різних типів — лінійних, розгалужених, циклічних. Показово, що усього три елементи — С, О, Н — становлять 98% загальної маси живих організмів. Цим досягається певна економічність в живій природі: при практично безмежній структурній різноманітності карбонних сполук невелике число типів хімічних зв’язків дозволяє на багато скоротити кількість ферментів, необхідних для розщеплення і синтезу органічних речовин. Особливості будови атома карбону лежить в основі різних видів ізомерії органічних сполук (здатність до оптичної ізомерії виявилася такою, що вирішує в біохімічній еволюції амінокислот, вуглеводів і деяких алкалоїдів).

Згідно з гіпотезою А. І. Опаріна, перші органічні сполуки на Землі мали абіогенне походження. Джерелами карбону служили (СН4)і ціанистий гідроген (HCN), що містилися в первинній атмосфері Землі. З виникненням життя єдиним джерелом неорганічного карбону, за рахунок якого утвориться вся органічна речовина біосфери, є карбону двоокис (СО2), що знаходиться в атмосфері, а також розчинений в природних водах у вигляді НСО3. Найбільш могутній механізм засвоєння (асиміляція) карбону (в формі СО2) — фотосинтез — здійснюється повсюдно зеленими рослинами. На Землі існує і еволюційне більш древній спосіб засвоєння СО2 шляхом хемосинтезув цьому випадку мікроорганізми — хемосинтетики використовують не променисту енергію Сонця, а енергію окислення неорганічних сполук. Більшість тварин споживають карбон з їжею у вигляді вже готових органічних сполук. У залежності від способу засвоєння органічних сполук прийнято розрізнювати автотрофні організми і гетеротрофні організми. Застосування для біосинтез білка і інших поживних речовин мікроорганізмів, що використовують як єдине джерело карбону, вуглеводороди нафти, — одна з важливих сучасних науково — технічних проблем.

Крім стабільних ізотопів карбону, в природі поширений радіоактивний 14С (в організмі людини його міститься біля 0,1 мккюри). З використанням ізотопів карбону в біологічних і медичних дослідженнях пов’язані багато великих досягнень у вивченні обміну речовин і кругообігу карбону в природі. Так, за допомогою радіокарбоновій мітки була доведена можливість фіксації Н14СО3 рослинами і тканинами тварин, встановлена послідовність реакції фотосинтезу, вивчений обмін амінокислот, прослідилися шляхи біосинтез багатьох біологічно активних сполук і т. д. Застосування 14С сприяло успіхам молекулярної біології у вивченні механізмів біосинтезу білка і передачі спадкової інформації. Визначення питомої активності 14С к органічних залишках, які містять карбон дозволяє судити про їх вік, що використовується в палеонтології і археології.

Використана література:

1. 1.Хімія і природа. — К., 1996.

2. 2.Хімічна енциклопедія. — К., 1992.