Современная химия как точная наука начала оформляться около 200 лет тому назад. Краеугольными камнями, на которых построена современная химия, являются атомистическая теория и закон сохранения массы и энергии. Оценивая роль атомистической теории в развитии химии, Ф. Энгельс («Диалектика природы») писал: «Новая эпоха начинается в химии с атомистики».
Атомистическая теория строения вещества была впервые научно обоснована и использована как рабочая гипотеза для научных исследований в середине восемнадцатого столетия вели -ким русским ученым М. В. Ломоносовым. К этому же времени относится открытие закона сохранения массы и энергии. Закон был впервые сформулирован М. В. Ломоносовым в письме к академику Эйлеру в 1748 г.
Одновременно с изложением основ современной химии началось научное изучение воды и водных растворов. Состав воды путем ее синтеза из водорода и кислорода установил Г. Кэвен-диш в 1781 г. В том же году состав воды выяснил также А. Лавуазье путем ее разложения. Он доказал, что в результате взаимодействия воды с металлическим железом при высокой температуре происходит образование Н2 и Fe203.
С тех пор беспрерывно продолжается изучение свойств, состава и структуры воды и водных растворов. За это время сделано очень много и накоплен огромный фактический материал, но все же многие вопросы, имеющие чрезвычайно важное значение, остались еще невыясненными. Изучение воды и растворов затрудняется тем, что до сих пор нет вообще удовлетворительной теории жидкого состояния вещества. Кроме того, вода обладает 1* 3
-многими особенностями по сравнению с другими жидкостями: имеет высокую теплоту плавления и парообразования, -наибольшую плотность при температуре 4°, увеличивается в объеме при замерзании. При увеличении давления температура плавления воды сначала понижается, но начиная с давления 2000 атм температура плавления начинает повышаться, при этом удельный вес льда становится больше единицы. При давлении 20 760 атм температура плавления составляет +76°.
Вода играет исключительную роль во многих реакциях, оказывая каталитическое действие. В отсутствие воды хлор не действует на металлы, даже на щелочные, фтористый водород не разъедает стекла, натрий и фосфор не окисляются.
Реакция между водородом и кислородом не идет даже при температуре 1000°, если отсутствуют пары воды. Ничтожные количества воды резко изменяют свойства веществ; так, например, этиловый спирт после длительного (8—9 лет) высушивания над пятиокисью фосфора имеет температуру кипения 138° вместо 78,5°, и т. д. Ничтожные количества воды возвращают высушенным веществам их первоначальные свойства. Из сказанного ясно, как велика роль воды в химических процессах, протекающих на нашей планете.
До открытия изотопов кислорода и водорода вода представлялась состоящей из одинаковых молекул состава Н20. После открытия изотопов кислорода О17 и О18 (1927—1930 гг.) и изотопа водорода Н2 — (дейтерия 1932 г.) представление о химическом составе воды значительно усложнилось, так как все эти изотопы были в воде обнаружены. Таким образом, вместо одного вида молекул воды Н20 их оказалось 9 различных видов (если не учитывать существование изотопа водорода Н3, содержание которого очень мало), представляющих собой различные комбинации из указанных изотопов: НЮ17; Н2016 и т. д.
Соотношение между содержаниями в воде изотопов кислорода О16 : О17 : О18 я« 560 : 0,2 : 1, а водорода Н1 : Н2 ^ 5000 : 1. В связи с тем что масса атома дейтерия D в два раза больше массы атома водорода Н1, эти изотопы сильно отличаются по свойствам. В частности, наблюдается большое различие в свойствах их кислородных соединений, находящихся в воде в равновесии по схеме
Кислородное соединение дейтерия, так называемую «тяжелую воду» D20, в настоящее время получают в промышленных масштабах. Замерзает D20 при температуре +3,8°, кипит при температуре +101,4°, имеет плотность при 20° на 0,1074 г/см3 и вязкость на 20% больше, чем Н20; обладает по сравнению с НгО значительно меньшей растворяющей способностью.
Биологическое действие тяжелой воды изучено еще недостаточно. В малых концентрациях она, повидимому, стимулирует жизнедеятельность, а в больших парализует ее.
По мере изучения воды усложнилось представление не только о ее составе, но также и о структуре. Рентгенографические исследования воды показали, что вода имеет псевдокристаллическое строение. Молекулы воды обладают подвижностью, но в каждый момент времени имеют определенную ориентировку, временно группируясь на отдельных участках в правильную кристаллическую решетку. Происходит непрерывный процесс образования кристаллической решетки в одних участках и разрушения ее в других. При комнатной температуре структура образующейся решетки напоминает структуру кварца, по мере охлаждения она переходит в структуру тридимита, которой обладает лед.
Таким образом, «чистая» вода представляет собой сложную физико-химическую систему. Еще более сложными системами являются природные воды, так как они всегда содержат различные растворенные вещества.
В процессе изучения искусственных растворов и природных вод, во мнениях исследователей намечались два течения: «физическое» и «химическое». Одни считали раствор физической смесью и рассматривали растворитель только в качестве индиферентной среды, в которой распределены частицы растворенного вещества; Другие рассматривали растворы как химические соединения растворителя с растворенным веществом.
«Физическая» точка зрения на растворы основывалась на том, что целый ряд свойств разбавленных растворов: осмотическое давление, упругость паров и др., зависит от соотношения количества молекул составных частей и мало зависит от их природы. Эта точка зрения одно время господствовала благодаря работам Аррениуса, объяснившего (1887 г.) отклонения свойств растворов электролитов от свойств растворов неэлектролитов физической причиной — увеличением числа частиц находящихся
СОДЕРЖАНИЕ
Стр>.
Введение.............................'. 3;
N
Общая часть
I. Цель и задачи анализа воды (§ 1—4)............. 9'
II. Состав природных вод.................... 14
1. Общая характеристика веществ, содержащихся в природных водах (§ 5—10)................... 14- '
2. Поверхностные воды (§ 11—15)............. 17*
3. Подземные воды (§ 16—18)............... 19
III. Выбор типа анализа воды и методов отдельных определений . . 21
1. Выбор типа анализа (§ 19—23).............. 21
2. Выбор методов отдельных определений (§ 24—26) .... 25.
IV. Основные положения теории активности (§ 27—32)....... 26
V. Ионное произведение и реакция воды (§ 33—36)........ 33-
VI. Соотношения между различными формами слабых кислот в природных водах......................... 37
1. Углекислота (§ 37—46)................. 37
2. Сероводород (§ 47—49).................. 51
3. Соотношение между различными формами сероводорода и углекислоты при их совместном присутствии (§ 50—52) . . 53
4. Фосфорная кислота (§ 53—55).............. 54
5. Кремнекислота (§56)................. . 56
VII. Активная реакция природной воды рН (§ 57—61)........ 58-
VIII. Жесткость воды общая, устранимая, постоянная и карбонатная
(§ 62—67).......................... 62
IX. Формы выражения анализов воды (§ 68—83).......... 65-.
X. Отбор проб воды для химического анализа (§ 84—85)...... 72
1. Аппаратура для отбора проб (§86—92)......... 73
2. Консервирование и отбор специальных проб (§ 93—95) . . 77
3. Проба для определения общего содержания углекислоты (§96)......................... 78:
4. Проба для определения сероводорода (§97)....... 79-
5. Проба для определения агрессивной углекислоты (§ 98) . . 79' XI. Анализ воды в полевых и полустационарных условиях. Полевые
лаборатории (§ 99—102) ..."................. 80-
XII. Контроль результатов химического анализа воды (§ 103—НО) . . 83-
Практическая часть
XIII. Определение физических свойств воды (§ 111—117)..... 89'
XIV. Определение активной реакции воды рН (§ 118—123) .... 91 XV. Определение общей жесткости воды (§ 124—127)...... 96.
143- Стр.
XVI. Определение содержания иона кальция (§ 128—130) ..... 98
XVII. Определение содержания иона магния (§ 131—134)..... 101
XVIII. Определение содержания свободной углекислоты (§ 135—138) 104
XIX. Определение содержания гидрокарбонат-иона (§ 139—140) . . 107 XX. Определение содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов при
их совместном присутствии (§ 141—144).......... 108
XXI. Определение агрессивной углекислоты (§ 145—146)..... ПО
XXII. Определение содержания хлор-иона (§ 147—151)...... 111
XXIII. Определение содержания сульфат-иона (§ 152—158) *..... 115
XXIV. Определение содержания железа (§ 159—164)........ 120
XXV. Определение содержания аммиака (§ 165—167) ....... 122
XXVI. Определение содержания нитрит-иона (§ 168—171)..... 123
XXVII. Определение содержания нитрат-иона (§ 172—175)...... 125
;XXVIII. Определение сухого остатка (§176)............. 127
XXIX. Определение окисляемости воды (§ 177—179)........ 127
Рекомендуемая литература ................. 130
Приложения I
I. Таблица для пересчета жесткости, выраженной в немецких
градусах, на миллиграмм-эквиваленты............ 131
II. Таблица эквивалентных весов ионов и множителей для пересчета миллиграмм-ионов на миллиграмм-эквиваленты .... 133 III. Таблица для пересчета миллиграмм-ионов на миллиграмм-эквиваленты ........................ 134
.IV. Таблица для пересчета миллиграмм-окислов на миллиграмм-эквиваленты ........................ 137
V. Трилонометрический метод определения общей жесткости ,
воды........................... 140 I
Цена: 200руб.
