II..

Prezentare generala

Apa este cea mai raspandita substanta compusa si reprezinta trei sferturi din suprafata globului terestru. Ca si aerul, ea constituie factorul principal al mentinerii vietii pe pamant.

Apa este o resursa naturala esentiala cu rol multiplu in viata economica. Apa este un factor de mediu indispensabil vie ii. Fără apă nu ar putea exista ţ

via ă. În organism apa intră în compozi ia organelor, esuturilor i lichidelor ţ ţ ţ şbiologice. Ea dizolvă i transportă substan ele asimilate i dezasimilate; ş ţ şmen ine constantă concentra ia sărurilor în organism i, evaporându-se pe ţ ţ şsuprafa a corpului, ia parte la reglarea temperaturii. . Lipsa de apă sau ţconsumul de apă poluată are multiple consecin e negative ţ

asupra omului i sănătă ii sale.ş ţ

Molecula de apa de-a lungul timpului

Formula exactă a moleculei de apă este H2O (2 atomi de hidrogen sunt lega i de ţun atom de oxigen), aceasta a fost înfiin ată de italianul Stanislau Cannizzarro. ţ

În 1781, fizicianul englez H. Cavendish a arătat că apa se formează prin explozia unui amestec de hidrogen i oxigen, cu ajutorul scânteii electrice. ş

În 1783, Lavoisier a repetat experien a, realizând pentru prima oară sinteza ţcantitativă a apei. S-a stabilit atunci că 2g de hidrogen se combină cu 16g oxigen pentru a da 18g apă.

În 1805, Humboldt i Gay-Lussac au arătat că apa este formată din două volume de şhidrogen i un volum de oxigen.ş

Apa naturală constă în amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: 16O, 17O, 18O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului: 1H, 2H, 3H. Combinarea acestora genereazã 18 specii de molecule de apã.

Apa pură este întotdeauna un amestec de apă u oarã (Hş 2O) i de cantită i extrem ş ţde mici de apă grea (D2O) i apă hipergrea (Tş 2O).

Compozitia moleculei

Apa este o substan ă compusă(compus hidrogenat al oxigenului).ţ

Formula moleculară: H2O Raportul de combinare: 2AH + AO = 18 Raportul de volum: 2 vol. H/1 vol. O Starea moleculară a apei: 1H: 1s1

8O: 1s2, 2s2 2p4

Se formează două legături covalente polare O-H. Molecula de apă este covalentă polară; este un dipol.

Structura

In molecula de apa, nucleele celor doi atomi de hidrogen formeaza cu centrul atomului de oxigen un unghi de 104054’. Ca urmare a acestei structuri molecula de apa are un moment electric pronuntat.

Proprietati fizice

Apa este un lichid incolor, fără miros, fără gust, inodor, insipid, înghea ă la ţtemperatura de 0oC, fierbe la temperatura de 100oC, pâna la temperatura de +4oC î i şmăre te constant densitatea 1 g/cmş 3, după care se mic orează(apa î i măre te ş ş şvolumul la solidificare), la 25oC, densitatea este de 0,997 g/cm3. Ghea a plute te pe apă, ţ şceea ce face posibilă via a acvatică, deoarece sub stratul de ghea ă se găse te un strat ţ ţ şde apă, densitatea ghe i este de 0,917 g/cmţ 3. Omologi apei , H2S, H2Se, H2Te, sunt substan e gazoase în condi ii obi nuite. ţ ţ ş

Apa reprezintă o serie de proprietă i fizice care o deosebesc de celelalte hidruri din ţperioada a 2­-a. Aceste proprietă i sunt cunoscute sub numele de ,,anomaliile ţproprietă ilor fizice ale apei”.ţ Anomaliile observate în proprietă ile fizice ale apei pot fi ţexplicate pe baza asocieri moleculelor ei (v. asocia ia moleculară).ţ

Puncte de topire si de fierbere ale hidrurilor elementelor din perioada a 2-a

Hidrura CH4 NH3 H2O HF

p.t. [oC] -184 -78 0 -83

p.f. [oC] -164 -33 100 19,5

Punctele de topire si de fierbere ale hidrurilor elementelor din grupa 16 (VI A).

Hidrură p.t. [oC] p.f. [oC]H2O 0 100H2S -85,5 -60,3H2Se -65,7 -41,5H2Te -51 -4

Din analiza vaporilor punctele de topire i de fierbere ale hidrurilor prezentate se şconstată că apa are constante fizice anormale de ridicare. Anomaliile proprietă ilor ţfizice ale apei se explică prin faptul că apa lichidă nu este formată din molecule independente, ci din molecule asociate prin legături de hidrogen (H2O)n.

Studiile cu raze X asupra ghe ii au eviden ia o structură afânată. Fiecare moleculă de ţ ţapă este înconjurată tetraedic de alte 4 molecule.

Prin trecerea ghe ii în apă lichidă masa nu variază, dar volumul se mic orează.ţ ş

Proprietati chimice

  Apa reac ionează cu unele metale i nemetale, cu o serie de oxizi i de săruri. ţ ş ş

Astfel metalele active cu apa din punct de vedere chimic (de ex.: Na, K etc.) reac ionează cu apa, punând în libertate hidrogenul:ţ

  Na + H2O -> Na(OH) + ½H2

  Dintre nemetale, fluorul, cu afinitate mare pentru hidrogen, deplasează acest

element din apă: 

F2 + H2O -> 2HF + ½O2

  În acela i mod reac ionează i clorul. Alte elemente reducătoare, ca P, Si, B, C, ş ţ ş

reac ionează cu apa la cald. Oxizii multor metale i nemetale reac ionează cu apa, ţ ş ţFormând baze i acizi. Apa participă la o serie de reac ii de hidroliză. Multe ş ţsubstan e simple sau compuse (în special săruri) se separă din solu ie apoasă sub ţ ţformă de cristalohidra i. Apa este un foarte bun dizolvant pentru multe ţsubstan e, i în special pentru electroli i (datorită constantei ei dielectrice foarte ţ ş ţmari). Cele mai multe reac ii chimice au loc în solu ii apoase.ţ ţ

Reactia cu metale

Metale: potasiu , calciu, sodiu reac ionează violent cu apa, la rece, cu formare de hidroxid i ţ şdegajare de hidrogen.

Magneziu reac ionează cu apa la cald sau în stare de vapori:ţMg2 + 2H2O = Mg(OH)2 + H2

  Aluminiu este atacat de apă numai dacă este cură at de stratul protector de oxid:ţ

2Al + 6H2O = Mg(OH)3 + 3H2

  Fierul înro it reac ionează cu apa în stare de vapori i formează oxid feroferic (oxid al ş ţ ş

Fe II i Fe III):ş3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

  Plumbul, cuprul, mercurul, aurul, argintul nu sunt atacate de apă sau de vaporii acestuia. Unele metale se corodează în prezen a apei. Atacul este mai puternic în prezen a oxigenului i ţ ţ ş

a oxidului de carbon.

Reactia cu nemetale

Clorul în reac ie cu apa formează apa de clor:ţ 

Cl2 + H2O = HCl + HClO

HClO = HCl + [O]

  Trecând un curent de vapori de apă peste cocs (carbon) la temperatura de

cel pu in 1000ţ oC se formează un amestec de monoxid de carbon i hidrogen, şdenumit gaz de apă. Reac ia are importan ă industrială:ţ ţ

 

C + H2O = CO + H2

 

Reactia cu oxizii

Apa reac ionează cu oxizii metalici solubili cu formarea de hidroxizi.ţ Una dintre reac iile cu importan ă practică o constituie stingerea varului, reac ie ţ ţ ţ

puternic exotermă.

CaO + H2O = Ca(OH)2 + O

  Hidroxidul de calciu ob inut este relativ pu in solubil în apă i de aceea la stingerea ţ ţ ş

varului se ob ine a a-zisul ţ ş lapte de var, care reprezintă o suspensie fină de Ca(OH)2 într-o solu ie saturată de hidroxid de calciu.ţ

La dizolvarea dioxidului de sulf în apă are loc i o reac ie chimică din care rezultă o ş ţsolu ie acidă, acid sulfuros.ţSO2 + H2O = H2SO3

  Reac ia de carbidul sau carbură de calciu la CaCţ 2 duce la formarea acetilenei, substan ă ţ

organică utilizată la sudarea i tăierea metalelor în suflător oxiacetilenic: ş CaC2 + 2H2O = HC + CH + Ca(OH)2 + O

Electroliza apei

Această formă a obținerii hidrogenului din apă a fost pentru prima dată evidențiată de chimistul german Johann Wilhelm Ritter în jurul anului 1800, și se pare că pe termen lung este singurul procedeu rațional, deoarece în cursul procesului nu se emite CO2. Ca exemplu se poate aminti electroliza în mediu bazic, care datorită prețurilor mici este utilizată adeseori în combinație cu centrale hidroelectrice în Norvegia și Islanda. Reacția are loc într-un recipient umplut cu electrolit bun conductor de curent (sare, acid, bază), în care se găsesc doi electrozi printre care circulă un curent continuu. Procesul poate fi descries prin două reacții parțiale.

Catod:

Anod:

În principiu la anod se eliberează electroni care mai apoi sunt captați la catod. Din aceste două procese parțiale rezultă de fapt reacția de separare a atomilor de oxigen și hidrogen din apă.

Reacția de separare:

Procesul este deosebit de avantajos pentru că pe lângă hidrogen și oxigenul rezultat se poate utiliza efficient în alte procese tehnologie, nefiind lăsat liber în atmosferă.. Există aparate de electroliză industrială cu presiune înaltă cu o capacitate de producție de 60 Nm³/h la o presiune de 12bar.

Utilizarile apei

Ramura principala a vietii

Prepararea solu iilor, fiind cel mai cunoscut solventţ

Ob inerea oxigenului i hidrogenului prin elecrolizăţ ş

Prepararea celor mai importan i acizi anorganiciţ

Producerea energiei electrice

Spălat, albit, colorat

IIII..

Stare naturala

In natura, apa se gaseste sub toate starile de agregare:solida(gheata, zapada,grindina),lichida(apa de ploaie,ape subterane,oceane,mari,fluvii,rauri, etc.),gazoasa(vapori de apa din atmosfera).

Se mai gaseste in organisme animale si vegetale,cum si in cristalohidrati sub forma de apa de cristale.Apale naturale contin dizolvate cantitati variate de diferite substante.Apele care contin dizolvate cantitati mici de saruri se numesc "ape moi",spre deosebire de "apele dure" care au un procent ridicat de saruri,mai ales de calciu si magneziu.

Dintre toate apele naturale, apa de ploaie este cea mai curata.Ea dizolva in drumul ei prin atmosfera mai ales bioxid de carbon,iar in regiunile industriale,bioxid de sulf si hidrogen sulfurat.O parte din apa cazuta pe pamant cu un continut ridicat de bioxid de carbon,strabatand straturile de pamant,dizolva carbonatii de calciu si magneziu,transformandu-i in bicarbonati solubili.

Apa ca resursa

Fiecare aspect al vie ii noastre ţeste legat de apă. Pe lângă aer i şlumina Soarelui, apa este un element esen ial al existen ei ţ ţoricărei fiin e. Să nu uităm că în ţmediul acvatic au apărut primele forme de via ă de pe Terra.ţ

Dacă toată apa de pe pământ ar fi turnată în 16 pahare cu apa, 15 i şjumătate dintre ele ar con ine ţapa sărată a oceanelor i mărilor. şDin jumătatea de pahar rămasă, mare parte este înglobata fie în ghe urile polare, fie este prea ţpoluată pentru a fi folosită drept apă potabilă i astfel, ceea ce a şmai rămâne pentru consumul omenirii reprezintă con inutul ţunei linguri e. Din consumul ţmondial de apă, 69% este repartizat agricultirii, 23% industriei i numai 8% în şdomeniul casnic.

Tipuri de apa

Apa potabila:o apa pentru a fi buna de baut trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:sa fie limpede,fara culoare,fara miros,sa contina aer dizol-vat si cantitati mici de saruri,pana la o concentratie de 0,5% mai ales NaCl si NaHCO3,circa 600 mg/l;sa aiba o temperatura intre 8 si 12 grade C,si sa nu contina bacterii patogene.Apa potabila se obtine la sate,din izvoare si fantani,iar la oras din apa raurilor,care trebuie purificata.Purificarea se face in trei feluri:mecanic,chimic si fizic.

Apa industriala:se foloseste la alimentarea cazanelor cu abur,la racirea masinilor,precum si in diverse procese de fabricatie.Ea trebuie sa indeplineasca anumite conditii de puritate cerute de specificul industriei in care este folo-sita.

Apa dura:contine un procent ridicat de saruri de calciu si de magneziu. Apa dura nu este buna de baut, avand un gust neplacut,nu face spuma cu sapunul si nu fierbe bine legumele.Ea depune prin fierbere,pe peretii vaselor o crusta aderenta,care micsoreaza transmisia caldurii,determinand astfel o crestere a consumului de combustibil.

Apa pura:se stie ca in natura nu exista apa pura deoarececontine substan-te dizolvate,microorganisme,etc.Apa pura se obtine prin distilare.In acest scop, se foloseste un aparat de distilare in care,apa distilata se transforma in vapori prin fierbere,iar vaporii rezultati se condenseaza prin racire.Apa distilata nu este buna de baut deoarece nu contine saruri minerale si de aceea nu are nici gust si este indigesta.Apa distilata se intrebuinteaza in laboratoare de chimie la prepararea solutiilor apoase si in farmacie.

Apa distilata : se obtine in aparate speciale , fiind utilizata in industria farmaceutica Apa bidistilata:este complet lipsita de impuritati.Se obtine prin distilarea apei distilate in vase

de sticla in care se adauga KOH,acest reactiv distruge microorganismele si urmele de substante organice aflate in apa.Este intrebuintata la analize chimice speciale,in cercetari stiintifice si in industria medicamentelor.

Apa de barita:denumire folosita pentru osolutie saturata de hidroxid de bariu.Se intrebuinteaza ca reactiv in laborator la identificarea dioxidului de carbon si hidroxid de bariu.

Apa de brom:denumire folosita pentru o solutie obtinuta din dizolvarea bromului in apa.Se intrebuinteaza ca oxidant in laborator.

Apa de clor:denumire obtinuta prin dizolvarea clorului in apa.Apa de clor contine si clor elementar,dizolvat chimic.Din aceasta cauza apa de clor proas- pat preparata are culoarea galbena.In timp sau,mai repede,sub actiunea luminii solare,acidul hipocloros se descompune,cu punere in libertate de oxigen.Echilibrul este astfeel deplasat spre dreapta si intreaga cantitate de clor poate intra in reactie(din aceasta cauza apa de clor trebuie pastrata la intuneric).Apa de clor este un oxidant puternic.Ataca toate metalele la rece.

Apa de cristalizare:este apa care intra in compozitia cristalohidratilor. Poate fi legata in mod diferit si poate indeplini functii diverse.

Apa de hidrogen sulfurat:denumire folosita pentru o substanta apoasa saturata de hidrogen sulfurat.

Apa de plumb:denumire folosita pentru solutia de acetat de plumb.Este intrebuintata in medicina.

Apa regala:denumire pentru amestecul de acid clorhidric concentrat si acid azotic concentrat,in raport de 3:1.Ataca aurul si platina,rezistente fata de alti acizi.

Apa amoniacala : este o fractiune lichida rezultata la distilarea uscata a carbunilor de pamant. Apa pirolignoasa : este o fractiune lichida rezultata la distilarea uscata a lemnului Apa tare : denumire stiintifica a solutiei de HNO3 ,de concentratie 69 % . In practica , denumirea

este atribuita si solutiei de HCl , folosita de exemplu la obtinerea „apei de lipit” prin dizolvarea Zn. Apa grea : apa in compozitia careia intra izotopul greu al 2H , deuteriul.Masa moleculara este

20,01 g , punctul de topire este 3,82 grade C , punctul de fierbere 101,42 grade C, iar densitatea la 20 grade C este 1,105 g/cm3. Se gaseste in proportii foarte mici in apa obisnuita . Astfel , in 200 l apa obisnuita , se poate obtine abia 1 ml apa grea.Din punct de vedere chimic , apa grea reactioneaza mai incet decat apa usoara si reactiile ce se petrec in apa usoara sunt mai rapide decat in apa grea. De fapt , deuteriul reactioneaza mai incet decat H2 usor.Solubilitatea este mai mica in apa grea decat in apa usoara.Indicele de refractie este mai mic , dar vascozitatea mai mare.Efectele fiziologice ale apei grele sunt si ele deosebite de cele ale apei usoare.Apa grea este putin favorabila vietii : nu favorizeaza germinarea si nici cresterea plantelor, micsoreaza functionarea normala a protoplasmei.Se obtine prin electroliza inaintata a apei tratate cu NaOH.O concentratie mai mare de apa grea in apa de baut produce omului sete intensa , deshidratarea organismului si in final moartea.Viermii, pestii si alte vietuitoarea acvatice mor in apa grea pura , dar suporta o concentratie mai mica de 32 %.Principalele utilizari ale apei grele : agent termic si moderator de neutroni in reactoarele atomice ; sursa principala de obtinere a deuteriului prin electroliza; folosit pentru obtinerea bombelor ; se foloseste la obtinerea temperaturilor inalte(mii de grade) a plasmei , determinarea unor procese biochimice.

Apa supergrea : - sinonim cu oxid de titriu , T2O , apa in compozitia careia intra izotopul supergreu al hidrogenului 3H , titriu.

Circuitul apei in natura

Circuitul apei în natură (denumit uneori i ș ciclul hidrologic sau ciclul apei) este procesul de circula ie continuă a apei în cadrul hidrosferei Pământului. Acest proces este pus în mi care de ț șradia ia solară i de gravita ie. În cursul parcurgerii acestui circuit, apa î i schimbă starea de ț ș ț șagregare fiind succesiv în stare solidă, lichidă sau gazoasă. Apa se mi că dintr-un element școmponent al circuitului în altul, de exemplu dintr-un râu într-un ocean, prin diferite procese fizice, dintre care cele mai însemnate sunt evapora ia, transpira ia, infiltra ia i scurgerea. tiin ele care ț ț ț ș Ș țse ocupă cu studiul mi cării apei în cadrul acestui circuit sunt hidrologia i meteorologia.ș ș

Rolul apei in organism

Apa reprezinta un excelent dizolvant pentru multe substan e i este mediul în care se ţ şdesfã oarã cele mai multe reac ii chimice legate de metabolismul substan elor i deci de ş ţ ţ şvia ã.Rolul apei în organismul uman este foarte semnificativ. În organismul uman au loc ţnumeroase reac ii chimice care dau na tere la cãldurã, energie i la metabolismul necesar ţ ş şvie ii.Aceste reac ii au nevoie de un mediu apos, altfel substan ele nu se pot desface în ioni, ţ ţ ţiar reac iile nu pot avea loc.ţ

Pe lângã aceasta apa însã i este un lectrolit slab, care se disociazã în ion de hidrogen (Hş +) i hidroxil (OHş -).Aceia i ioni au proprietã i catalitice, ei accelerând un numãr considerabil ş ţ

de reac ii care în mod normal ar dura zile întregi, în prezen a ionilor reac iile au loc în ţ ţ ţcâteva secunde.

Apa are i proprietatea de a acumula i de a degaja cãldurã prin evaporare.Aceste ş şînsu iri ale apei au un rol foarte important în fiziologia termoreglãrii.La temperaturile şridicate ale verii organismul uman prime te mult mai multã cãldurã decât are nevoie.Dacã şcãldurã nu s-ar elimina organismul ar avea mult de suferit.Din fericire organismul dispune de o serie de mijloace de eliminare a cãldurii.Schimbarea apei din stare lichidã în stare gazoasã presupune o pierdere de cãldurã de la corpul unde se afla apa.În corpul omenesc fiecare gram de apã evaporate de pe suprafa a pielii (transpira ie) la temperatura camerei ţ ţînlesne te pierderea a 580 de calorii mici.ş

Poluarea apei

Poluarea reprezintă modificarea componentelor naturale prin prezen a unor ţcomponente străine, numite poluan i,ţ ca urmare a activită ii omului, i care ţ şprovoacă prin natura lor, prin concentra ia în care se găsesc i prin timpul ţ şcât ac ionează, efecte nocive asupra sănătă ii, creează disconfort sau ţ ţîmpiedica folosirea unor componente ale mediului esen iale vie ii. ţ ţ(Conferin a Mondială a O.N.U., Stockholm, 1972)ţ

Din cuprinsul defini iei se poate constata clar că cea mai mare ţresponsabilitate pentru poluarea mediului o poartă omul, poluarea fiind consecin ă activită ii mai ales social – economice a acestuia.ţ ţ

Cauze ale poluarii

Scurgeri accidentale de reziduri de la diverse fabrici, dar si deversari deliberate a unor poluan i;ţ

Scurgeri de la rezervoare de depozitare si conducte de transport subterane, mai ales produse petroliere;

Pesticidele si ierbicidele administrate in lucrarile agricole care se deplaseaza prin sol fiind transportate de apa de ploaie sau de la iriga ii pana la panza freatica;ţ

Ingrasamintele chimice i scurgerile provenite de la combinatele zootehnice;ş Deseurile si rezidurile menajere; Sarea presarata in timpul iernii pe sosele, care este purtata prin sol de apa de ploaie si

zapada topita; Depunerile de poluanti din atmosfera, ploile acide. Poluantii apei sunt produsele de orice natura care contin substan e în stare ţ

solida, lichida sau gazoasa, în conditii si în concentratii ce pot schimba caracteristicile apei, facând-o daunatoare sanatatii.

Poluarea trebuie evitata cu orice pret!

Concluzie

Opinia publică trebuie să se convingă de gravitatea situa iei ţactuale. Masa substan elor poluante pe care le deversăm în ape ţcre te cu fiecare zi, ceea ce înseamnă că, dacă nu luăm măsuri şpentru a preveni pericolul, poluarea de azi nu va reprezenta nimic în compara ie cu poluarea de mâine.ţ

,,Apei i-a fost dată puterea magică de a deveni seva vieţii pe

Pământ!”

BIBLIOGRAFIE

Elena Irina Moater- Chimia i protec ia mediului, Ed. Bibliotheca, 2006ş ţ

Emilia Meiro u, Nicoleta Drăgan, Nastasia Tomescu – Chimia mediului i a ş ş

calită ii mediului, Ed. Crepuscul, 2006ţ

Manual de chimie pentru clasa a IX-a, editura LiceAll

Internet.