بخشی از مقاله
وجود آب و اهميت آن در طبيعت
آب مايه حيات است. شصت و هفت درصدوزن بدن انسان را آب تشكيل مي دهدكه حدود نيمي ار آن در سلول هاي بدن و باقيمانده آن در خون و ساير مايعات بدن يافت مي شود.آب مواد غذايي و همچنين موادي را كه بايند دفع شوند در بدن جابجا مي كند . اكسيژن هوا به وسيله ي هموگلوبين خون از ششها به سلول هاي بدن مي رسد.غذايي كه مي خوريم در محيط آبي هضم مي شود و محصولات هضم غذا بوسيله خون به سلول ها مي رسند و محصولات غير مفيد تنفس سلول ها به
وسيله ي خون به عضوهايي كه براي دفع آنها نقش دارند،منتقل مي شوند.آب تنها ماده اي است كه در شرايط عادي موجود در زمين به هر سه حالت جامد،مايع و گاز يافت مي شود .آب خالص ماده اي بيرنگ ،بي بو و عملاًبي طعم است،در C100(درفشار يك جو مي جوشد) و در C0منجمد مي شود.آب در رودخانه ها درياها درياچه ها و اقيانوس ها وجود داردو به صورت برف و يخ نيز نواحي قطبي و قله هاي كوههاي بلند را مي پوشاند.
خواص فيزيكي آب
دماهاي ذوب و جوش آب و چند ماده مولكولي ديگر كه وزن مولكول هاي آنها به هم نزديك استدرزير داده شدهاست.به طوري كه ملاحظه مي كنيد دماهاي ذوب و جوش آب به ميزان قابل توجهي از ساير مواد مولكولي بيشتر است .علت آن را بايد در ساختارو پيوندهاي مولكول آب جستجو كرد.
خاصيت قطبي آب
براي نشان دادن خاصيت قطبي مولكولهاي آب چنانچه يك شانه پلاستيكي را به موهاي خشك خود كشيده ايد يا ميله اي را كه بر اثر مالش بار دار شده است به جريان بار يك و مداوم آب از شير آزمايشگاه مطابق شكل نزديك كنيد مشاهده مي كنيد كه جريان آب منحرف مي شود زيرا مولكول هاي قطبي آب به سمت بار الكتريكي ساكني كه در شانه يا ميله ايجاد شده است جذب مي شود.
تجزيه الكتريكي آب
آب تركيبي از هيدروژن و اكسيژن است و اجزاي تشكيل دهنده ي آن را مي توان با عبور دادن جريان برق از درون آب معين كرد . اين عمل الكتروليز ناميده مي شود .الكتروليز آب در ظرفي به نام ولتا متر انجام مي گيرد.الكترود هاي ولتامتر را به دوسر يك باتري مناسب وصل مي كنيم.الكترودي كه به قطب مثبت باطري وصل مي شود آند و الكترودي كه به قطب منفي وصل مي شوت كاتد ناميده مي شود.
آب مقطر جريان آب را از خود عبور نمي دهداز اين رو بايد مقداري محلول سود يا اسيدسولفوريك به آن بيفزاييم و به هم بزنيم نا جرريا عبور كند.حباب هاي گاز روي الكترودها ظاهر مي شود و گازها زير لوله ها ي پر از آب روي الكترود ها جمع مي شوند .آزمايش نشان مي دهد كه مقدار سود يا اسيد تغيير نمي كند،يعني گازها از تجزيه آب بدست مي آيند .حجم گاز در كاتد تقريباًدو برابر حجم گاز دز آند است.
گازهايي كه در لوله ها جمع مي شوند،يكسان نيستند.در آند گازي بيرنگ بدست مي آيد و يك چوب كبريت نيم افروخته در آن شعله ور مي شود. اين گاز اكسيژن است.
در كاتد گازي بيرنگ بدست مي ايد كه در مجاورت هوا به كمك شعله مي سوزدو انفجار كوچكي توليد مي كند.اين گاز هيدروژن است
اكسيژن و هيدروژن را كه از الكتروليز آب بدست مي آيند ،مي توان باهم تركيب كرد و دوباره آب بوجود آورد.آزمايش تركيب شدن اين دو گاز را در دستگاهي به نام آب سنج انجا ممي دهند.اين دستگاه از يك لوله با جدار ضخيم تشكيل شده است كه در آن دو ميله فلزي براي عبور جريان برق و ايجاد جرقه قرار دارد.اين لوله بر روي تشتك پر از جيوه واژگون مي كنند.
براي انجام دادن آزمايش ،10 ميلي ليتر اكسيژن و 20 ميلي ليتر هيدروژن را وارد آب سنج كرده كرده جريان برق را وصل مي كنيم .باايجاد جرقه واكنش بين اين دوگازانجام ميشودوجيوه
درلوله بالا مي رودوآب به صورت قطره هايي برجدارلوله مي نشيند.
با دانستن اين كه از تجزيه آب 2 حجم هيدروژن و 1 حجم اكسيژن بدست مي آيد و تشكيل آن نيز همين نسبت حجمي مصرف مي شوند،مي توان نسبت حجمي اين دو عنصر را در آب حساب كرد. فرض كنيم كه در تجزيه آب يك ليتر اكسيژن و دو ليتر هيدروژن درشرايط متعارفي آزاد شده باشد . يك ليتر هيدروژن089/0گرم و يك ليتر اكسيژن 924/1 گرم وزن دارد.در نتيجه نسبت وزني اكسيژن به هيدروژن 871/0:934/1يا1:8 است.يعني در تشكيل آب يك قسمت وزني هيدروژن و 8 قسمت وزني اكسيژن لازم است.
آب به عنوان حلال
يكي از خواص قابل توجه آب توانايي آن در حل مواد ديگر است . پاره اي از نمك ها مانند كلريد سديم در آب حل مي شوند.علت حل شدن موارد جامد يوني در آب اثر جاذبه مولكولهاي قطبي آب براي يون هاي مثبت و منفي تشكيل دهندهي شبكه بلور است.به اين ترتيب مولكول هاي آب به درون شبكه بلور نفوز مي كنند و بر نيروهايي كه يون ها را در شبكه در شبكه بلور به يكديگر متصل نگهداشته اند غلبه كرده يون ها را از هم جدا مي كنند.به طوري كه يون ها در آب حل مي شوند . يون هاي مثبت و منفي به وسيله لايه اي از مولكول ها ي آب احاطه مي شوندو اين گونه يون هاي آب پوشيده مي نامند.در مقابل آن دسته از مواد جامد يوني كه انحلال پذيرند،مواد مولكولي غير قطبي مانند نفت و بنزين در آب (كه قطب است)حل نمي شوند.
گاز ها نيز درآب انحلال پذيرند اما وقتي محلول بيشتر گاز ها در آب را م
ي جوشانيم گاز ها از آن خارج مي شوند. گازهايي مانند اكسيژن و نيتروژن به مقدار كم در آب حل مي شونداما همين مقدار كم اكسيژن براي آبزيان مهم است .دي اكسيد كربن در آب به نسبت خوب حل مي شوند و در اثر انحلال در آب باران محلولي مي دهدكه اندكي اسيدي است.در شهر هاي بزرگ و مناطق صنعتي در نتيجه استفاده از زغال سنگ،كك يا مواد نفتي گوگرد دار مقادير زيادي دي اكسيد گوگرد به وجود مي آيد.انحلال پذيري اين گاز در آب باران زياد است و محلول
اسيدي مي دهد.ذره هاي كربن (دوده)موجود در هوا مي توانند بخار آب و گاز هاي اسيديبه خود جذب مي كند در نتيجه در درون اين ذره ها ي كربن غلظتهاي موضعي بالايي از اسيد به وجود مي آيد.گاز هاي ديگر به ويژه اكسيدهاي نيتروژن،از تخليه الكتريكي ميان ابر ها يا از واكنش اكسيژن و نيتروژن در موتور اتوموبيل ها حاصل مي شوند،نيز ممكن است در آب باران موجود باشند.اسن گازهاي اسيدي به سنگ بنا ها آسيب مي رسانندو خوردگي آهن را سريعتر مي كند.
چرخه آب در طبيعت
چهار پنجم از سطح زمين پوشيده از آب است اما تنها 3 درصد به صورت آب شيرين است. آب رودخانه ها كه درصد كمي از كل آب را تشكيل مي دهد بخشي است كه بيشترين مورد مصرف انسان قرار مي گيرد.آب از سطح در ياها و اقيانوس ها بخار مي شود و بخار آب بوسيله جريان باددر سطح زمين جابجا مي شود. بخار آب نامئي با تبديل شدن به قطره هاي بسيار كوچك آب،ابر را بوجود مي آوردو اين قطره ها بر اثر سرد شدن سرانجام به صورت برف يا باران فرو مي ريزند.آب باران يا آب حاصل از ذوب شدن برف ، خاك را مرطوب مي كند و رودخانه ها را پرمي كند.آب با نفوذ در خاك مقداري مواد حل شدني آن را حل مي كند و با خود مي برد.آب بيستر رودخانه ها به دريا مي ريزد از اين رو دريا انباري از مواد شيميايي است.
آب سخت
سختي آب معمولاًمربوط به وجود يونهاي كلسيم است.كربنات كلسيم در آب حل نمي شود اما آب باران كه داراي مقداري دي اكسيد كربن باشد مي توان سنگهاي آهكي را در خود حل كند.در اين واكنش كربنات هيدروژن كلسيم تشكيل مي شود كه انحلال پذير است:
اين واكنش برگشت پذير است و چنانچه آب را بجوشانيم كربنات كلسم از نو حاصل مي شودو اين همان رسوب سفيد رنگي است كه در كتري يا ديگ بخا ر مشاهده ميشود:
چند يون فلزي كه به طور عمده يون هاي كلسيم،منيزيم و آهن باشند توليد سخت
ي مي كنند.اين يون ها با صابون يا با بعضي شوينده ها واكنش مي دهند. صابون معمولي با يون كلسيم تولي رسوب مي كنند . از اين رو صابون در /اب سخت به خوبي كف نمي كند و براي انجام دادن شست و شو بايد مقدار صابون بيشتري به كاربرده شود در ضمن پارچه هم لك مي شود.
چنانچه سختي آب مربوط به يون هاي كلسيم و منيزيم به صورت نمك انحلال پذير كربنات هيدروژن باشد ان را سختي موقتي مي نامند و اين نوع سختي با جوشاندن آب و تشكيل نمكهاي انحلال نا پذير كربنات كلسيم و كربنات منيزيم بر طرف مي شود.يكي از روش هاي ملايم كردن آب استفاده از روش تقطير است ،دستگاهي كه در آزمايشگاهها براي تقطير به كار مي رود . اين دستگاه شامل بالن با لوله جانبي براي جوشاندن آب،يك خنك كننده براي خنك كردن بخارآب و يك بالن تخت براي جمع آوري آب مقطر است . اين روش تقطير نسبتاًگران است و معمولاً در مقياس وسيع به كار برده نمي شود. يكي از موارد مصرف آب مقطر در پزشكي و داروسازي براي تهيه آمپولها و سرم
هاست.روش ديگري كه براي ملايم كردن آب بكار مي رود شامل اضافه كردن كربنات سديم است . كربنات سديم در آب به طور كامل جدا مي شود و يون هاي كربنات آن با يون هاي كلسيم و منيزيم موجود در آب تركيب شده به صورت رسوب جدا مي شوند.
كشش سطحي آب
به طوري كه قبلاً ديديم مولكول هاي آب خاصيت قطبي دارند و يكديگر را جذب مي كنند.در زير سطح آب هر مولكول از هر جهت تحت تاثير نيروهاي جاذبه ي مولكولهاي ديگر است اما مولكول هاي موجود در سطح تحت تاثير كششي از سمت بالا نيستند . نتيجه ي آن كه مولكول هاي سطح آب به وسيله ي مولكول هايي كه در زير آنها قرار دارند به سمت درون كشيده مي شوند و اين درست مثل اين مي ماند كه روي آس ((پوست نازكي))وجود دارد . اين پوست نازك سبب مي شود كه آب نتواند به خوبي در پارچه نفوز كند و آن را تر كند. اما اگر بخواهيم چيزي را بشوييم بايد
كاملاً((تر))شود . درنتيجه براي بالا بردن قدرت تر كنندگي آب بايد ماده اي اضافه كرد تا پوست نازك آب را سست كند.صابون و شوينده هاي سنتزي مي تواند اين كار را انجام دهند.
تصفيه آب طبيعي
براي تامين آب آشاميدني شهر هاي بزرگ ابتدا آب رودخانه ها را در حوضهاي بزرگ زخيره مي كنند بر اثر تابش نور خورشيد بسياري از باكتريهاي مولد بيماري ها كه در آب موجودندكشته ميشوند.آب داراي مواد ريز كلوييدي است كه منشا آنها به طور عمده خاك رس است . اين ذره ها باره الكتريكي دارند و يكديگر را دفع مي كنند و از اين رو به صورن معلق انداين ذره ها در اين حوض ها به كندي ته نشين مي شوند . براي تسريع در ته نشين شدن ذره هاي كلوييدي مي توان تركيب هاي آلومينيم به آن افزود اين يون ها ذره هاي كلوييدي را خنثي كرده ته نشين مي شوند.
عيب زخيره كردن آب در حوض اين است كه گاهي جلبك ها در آن رشد مي كنند و رشد آنها سبب برگشتن طعم آب مي شوند.براي جلوگيري از رشد جلبك ها سولفات مس اضافه مي كنند ول مقدار آن خيلي كم بايد باشد چون كه مقدار زياد آن موجب مسموميت انسان ميشود.
آب را پس از حوض ته نشيني از روي صافي شني عبور مي دهند و در مرحله بعد باكتري هاي باقيمانده را با كلر زدن از بين مي برند . در انجام دادن اين كار بايد دقت شود زيرا زيرا اگر مقدار كلر از 1/0 قسمت در ميليون قسمت باشد باكتري هارا نمي كشد و اگر بيش از يك قسمت در يك ميليون قسمت باشد آب بد مزه مي شود. نسبت كلر مصرف شده را بر حسب فصول سال و احتمال شيوع بيماريها ي منتقل شده بوسيله ي آب ، كم و زياد مي كنند.
آلودگي هاي آب
آب جاري در جويها و آبي كه در منازلپس از مصرف در آشزخانه ،حمام،توالت وارد فاضلاب مي شود ،آلوده است و در شهر هاي بزرگ كه از سيستم فاضلاب شهري استفاده مي شود لازم است كه آب را پيش از رها كردن به رودخانه ها يا براي مصارف كشاورزي ؤتصفيه كنند،تصفيه فاضلاب شهري در سه مرحله صورت مي گيرد.مرحله اول شامل حذف مواد جامد است براي اين منظور از تورهاي سيمي استفاده مي شود تا تكه هاي چوب و كهنه جمع آوري شوند . پس از آنكه فاضلاب را با سرعت كم در كانالهايي وارد مي كنند تا ذره هاي نخاله و شن آن ته نشين شوند سرانجام در مخزن هاي بزرگي نگه مي دارندتا در آنجا مواد جامد باقيمانده ته نشين شوند . به اين ترتيب در ته مخازن لجن جمع مي شود كه از آن با استفاده از باكتري هاي غير هوا زي گاز متان براي مصرف سوخت توليد مي كنند . مرحله دوم شامل حذف مواد آلي زائد است .براي اين منظور فاضلاب را از روي يك بازوي گردان روي بستري از شن هاي درشت مي پاشند اين فاضلاب قطره قطره از لا به لاي دانه هاي درشت شن رد مي شوند باكتري هاي هوازي در سطح شن ها رشد مي كنند و در
معرض هوا از فاضلاب تغذيه مي كنند و به اين ترتيب ماده ي آلي به نيتراتها،فسفاتها و گازهايي مثل دي اكسيد كربن شكسته مي شوند.آبي كه از اين بستر خارج مي شود پس از عبور از مخزن ته نشيني و سپس كلر زني خلوص آن در حدي است كه به رودخانه هدايت مي شود يا براي آبياري به كار مي رود. مرحله سوم شامل حذف نيترات ها و فسفات هاست.اين نا خالصي هاي
انحلال پذير براي گياهان مادهي غذايي مناسبس به شمار مي رودو از اين رو موجب رشد بيش از حد جلبك ها مي شوند در اين صورت با مصرف اكسيژنحل شده درآب زندگي آبزيان از جمله ماهيها به مخاطره مي افتد. در پودر هاي شوينده نيز از فسفاتها استفاده مي شود و اين امر به نوبه خود به افزايش مقدار فسفات در فاضلاب كمك مي كند.
