Apa ( H2O )
Peste 2/3 din supafata terestra este ocupata de mari si oceane, care formeaza Oceanul Planetar. Terra este supranumita si "planeta albastra" datorita acestui fapt.
Din suprafata totala a pamantului, evaluata la 510,10 mil. km2, apa Oceanului Planetar ocupa 361,07 mil.km2, adica 70,8%. Se estimeaza ca planeta dispune de 1,37 mild. km3 de apa, dar circa 97,2% este constituita din apa marilor si oceanelor.
Omul dispune numai de apele de la suprafata solului - adica de aproximativ 30.000 km3, ceea ce inseamna circa 0,002% din total. Consumul de apa ce revine pe om/zi variaza intre 3 litri, in zonele aride ale Africii si de 1,045 litri la New York.
Valoarea productivitatii marilor si oceanelor se apreciaza ca fiind intre 0,1 - 0,5 gr/m3/zi.
Oceanul Planetar constituie baza vietii pe Terra si genereaza negentropie in ecosfera.
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.
In natura apa urmeaza un circuit. Se poate vorbi despre apa de ploaie, apa raurilor si izvoarelor, apa de mare, etc.
Apa pura se obtine din apa naturala prin distilare repetata in conditii in care sa nu poata dizolva gaze din aer sau substante solide din recipientele in care este conservata.
a) Structura moleculei de apa.
1H: 1s1; 8O: 1s22s22p4
. .
H : O : ;
. .
H
. .
H O : ;
H
H2O
Se formeaza doua legaturi covalente polare O-H. Molecula de apa este covalenta polara; este un dipol.
b) Propietatile fizice ale apei.
Stare de agregare Culoare Miros Gust Pt Pf Densitatea la 40C Conductibilitatea electrica
Lichid Incolor(in straturi groase este albastru) Inodor Insipid 00C 1000C 1g/cm3 izolator
Cele doua temperaturi extreme ale apei, de solidificare respectiv de fierbere la presiune normala, constituie 00C si 1000C in scara Celsius.
Apa prezinta o serie de propietati de celelalte hidruri ale nemetalelor vecine in sistemul periodic. Aceste propietati se numesc "anomaliile apei".
Apa este lichida intr-un interval mare de temperatura (00C si 1000C). Aceasta anomalie este atribuita asocierii moleculelor de apa prin legaturi de hidrogen.
Legaturile de hidrogen se realizeaza intre moleculele care contin hidrogen legat covalent de un element puternic electro negativ care are volum mic si electroni neparticipanti.
Legatura de hidrogen este electrostatica, mai mult slaba decat legatura covalenta si nu implica punerea in comun de electroni.
Densitatea apei variaza in functie de temperatura:
t0C 0 4 10 15 20
(g/cm3) 0,9998 1,0000 0,9997 0,9991 0,9982
Cauza anomaliilor densitatii este gradul diferit de asociere moleculara. Moleculele care s-au asociat la un anumit moment se pot desprinde pentru a se asocia din nou:
nH2O == (H2O)n
H H H
-----: O - H -----: O - H -----: O - H
. . . . . .
La inghetare se formeaza o a doua legatura de hidrogen la atomul de oxigen, motiv pentru care gheata are o structura afanata care determina cresterea volumului si scaderea densitatii.
Prin inghetare apa isi mareste volumul cu 9%. Asa se explica de ce se sparg conductele, cazanele, sticlele cand ingheata apa in ele si de ce se crapa pietrele de ger. Majoritatea lichidelor isi maresc volumul de solidificare. Se stie ca la +40C apa are max= 1 g/cm3 ceea ce se datoreaza faptului ca apa este formata din (H2O)2; aceasta presupune existenta a doua legaturi de hidrogen.
Apa in stare de vapori este formata din molecule libere (n= 1).
c) Propietatile chimice ale apei
Experimental s-a demonstrat ca apa este o combinatie chimica foarte stabila. Ea poate fi descompusa la peste 10000C sau cu ajutorul curentului electric:
2H2O = 2H2+ O2
Apa este foarte reactiva din punct de vedere chimic. Ea reactioneaza in anumite conditii cu metalele, nemetalele, oxizii bazici, oxizii acizi, cu unele saruri.
d) Actiunea apei asupra metalelor
Metalele: potasiu, calciu, sodiu reactioneaza violent cu apa, la rece, cu formare de hidroxid si degajare de hidrogen.
Na + H2O = NaOH + 1/2H2
Magneziul reactioneaza cu apa la cald sau in stare de vapori:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
Aluminiul este atacat de apa numai daca este curatat de stratul protector de oxid:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
Fierul inrosit reactioneaza cu apa in stare de vapori si formeaza oxid feroferic (oxid al Fe II si Fe III):
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Plumbul, cuprul, mercurul, aurul, argintul nu sunt atacate de apa sau de vaporii acestuia.
Unele metale se corodeaza in prezenta apei. Atacul este mai puternic in prezenta oxigenului si a dioxidului de carbon.
e) Actiunea apei asupra nemetalelor
Clorul in reactie cu apa formeaza apa de clor:
Cl2 + H2O = HCl + HclO
HclO = HCl + [O]
Trecand un curent de vapori de apa peste cocs(carbon) la temperatura de cel putin 10000C se formeaza un amestec de monoxid de carbon si hidrogen, denumit gaz de apa. Reactia are importanta industriala:
C + H2O = CO + H2
f) Actiunea apei asupra oxizilor
Apa reactioneaza cu oxizii metalici solubili cu formare de hidroxizi.
Una dintre reactiile cu importanta practica o constituie stingerea varului, reactie puternic exoterma.
CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q
Hidroxidul de calciu obtinut este relativ putin solubil in apa si de aceea la stingerea varului se obtine asa-zisul lapte de var, care reprezinta o suspensie finade Ca(OH)2 intr-o solutie saturata de hidroxid de calciu.
La dizolvarea dioxidului de sulf in apa are loc si o reactie chimica din care rezulta o solutie acida, acid sulfuros.
SO2 + H2O = H2SO3
Reactia cu carbidul sau carbura de calciu la CaC2 duce la formarea acetilenei, substanta organica utilizata la sudarea si taierea metalelor in suflatorul oxiacetilenic:
CaC2 + 2H2O = HC +CH + Ca(OH)2 + Q
