Ape Uzate

Partea I-a : Ape naturale

Introducere

În tot universul există o mpleculă pe care omul o caută necontenit, deoarece descoperirea sa în atmosfera unei planete îndepărtate poiate lăsa liberă imaginaţia în ceea ce priveşte existenţa vieţii şi a altor civilizaţii.

Această moleculă este un model triangular simplu, ce se poate reprezenta cu ajutorul unui unghi interatomic de 1050 , şi care păosedă electropactivirtate la cei doi poli şi are legături strct covalente. Formula sa este simplă, H2O.

Timp de multe secole apa a fost considerată element şi nu combinaţie. În anul 1781, N. Cavendish a arătat că apa se formează prin explozia unui amestec de hidrogen şi oxigen. În 1783, a. L. Lavoisier a realizat pentru prima oară sinteza cantitativă a apei şi apoi a descompus-o prein trecerea vaporilor peste fer înroşit la 9000C. Reacţiile care au loc sunt următoarele:

H2 + 1/2O2 = H2O

H2O  H2 + 1/2O2

În 1786, G. Monge, în 1820 Berzelius şi Dulong au stabiliot compoziţia în greutate a apei, respectiv 16 g oxigen şi 2 g hidrogen.

Apa naturală constă în amestecul speciilor de apă formate între izotopii hidrogenului şi cei ai oxigenului. Este cunoscut faptul că hidrogenul are doi izotopi naturali, 1H denumit protiu şi care reprezintă 99,95% , 2H denumit deuteriu, notat şi 2D care în natură reprezintă 0,015% şi 3H denumit tritiu, notat şi 3T care este de fapt izotop radioactiv. Oxigenul are la rândul său trei izotopi naturali 16O aflat în proporţie de 99,8%, 17O aflat în proporţie de 0,04% şi 18O aflat în proporţie de 0,16% şi tri izotopi radioactivi 14O, 15O şi 19O. Din combinarea acestora se pot forma 18 specii de molecule de apă.

Stare naturală

Apa se întâlneşte în natură în trei din cele patru stări de agregare, respectriv solidă, lichidă şli gazoasă.

Cantitatea cea mai mare de apă se găseşte în stare lichidă, formând învelişul de apă al Pământului, cunoscut sub numele de hidrosferă. Din suprafaţa totală de 5,1108 km2 a globuluii pământesc 71% sau 3,61108 km2 este ocupat de mări şi oceane. Din suprafaţa uscatului 1,48108 km2 , puţin peste 10% este acoperit de gheţari. Volumul mărilor şi oceanelor este evaluat la 1,37109 km3.

Volumul gheţarilor din regiunea arctică este apreciat la 2,9107 km3. Grosimea medie a stratului de gheaţă este de 2700 m iar în punctul cel mai adânc al continentului arctic atinge chiar 4200 m. Dacă toţi gheţarii s-ar topi, se extimează că nivelul mărilor şi oceanelor ar creşte cu peste 80 m.

Cantitatea de vapori de apă care se găseşte în atmosferă şi care condensează sub formă de nori sau ceaţă reprezintă circa 5104 km3. Aceste forme condensate pot precipita, ajungând pe pământ sub formă de ploaie, grindină sau zăpadă.

Apa este prezentă şi la nivelul solului. Această apă este fie apă reţinută de sol, fie se prezintă ca apă subterană circulantă. Până în prezent, din punct de vedere cantitativ, nu este exact cunoscută această cantitate de apă.

Este cunoscut faptul că apa urmează în natură un circuit. Evaporările anuale la nivelul planetei sunt estimate la 5105 km3 iar precipitaţiile deasupra continentelor la 12104 km3 anual.

Apa este componentul major al materiei vii, reprezentând aproximativ 80% din compoziţia acesteia. Acesta este principalul motiv pentru care apa este asociată pretutindeni cu viaţa biologică. La animalele superioare procentul de apă este cuprins între 60 şi 70%. Valori extreme de până la 98% sunt întânite la organismele acvatice (meduze, alge) iar la cealaltă extremă se află formele de rezistenţă sau de viaţă latentă, reprezentate de bacterii sporulate (conţinut aproximativ de apă sub 50%).

Apa poate fi considerată compusul major al lumii minerale şi biologice fiind totodată suportul vieţii şi activităţii umane.

Utilizarea globală a apei (folosinţe menajere, industriale şi agricole) este de circa 250 m3/an/locuitor. Această cantitate diferă totuşi de la o ţară la alta şi chiar de la o localitate la alta, în funcţie de gradul de urbanizare, industrializare şi civilizaţie.

Hidrosfera se constituie deci ca una dintre componentele principale ale mediului, care se află în continuă mişcare şi transformare şi care prezintă proprietăţi specifice. Totodată hidrosfera este capabilă să solubilizeze un număr imens de elemente sau compuşi (se estimează la ora actuală la peste un milion). Aceştia în anumite concentraţii pot deveni nocivi şi pot afecta calitatea hidrosferei.

Structura moleculei de apă

În stare de vapori, stare ce corespunde întocmai formulei moleculare, H2O, molecula apei este constituită din doi atomi de hidrogen şi unul de oxigen, între care există legături strict covalente. Cele două legături H-O sunt identice, au lungimea de 0,1 nm sa 0,99 Å. Între cei doi atomi de hidrogen distanţa este de 0,153 nm sau 1,53 Å, ceea ce dovedeşte că cei trei atomi nu pot fi aşezaţi liniar. De fapt atomul de oxigen participă la legătură cu orbitali hibridizaţi şi nu cu orbitali atomici puri. Având numărul atomic 8, oxigenul are următoarea configuraţie electronică:

8O: 1s22s22p4

Această configuraţie arată că în stratul doi, atomul are 6 electroni. Iniţial în procesul de hibridizare are loc o promovare a unui electron din substratul 2s în substratul 2p. Ulterior are loc combinarea internă a orbitatului 2s (de simetrie sferică) cu orbitalul 2p (bilobat cu lobii egali), ceea ce reprezintă hibridizarea propriu-zisă, rezultând astfel 4 (patru) orbitali hibrizi sp3 de forma identică (bilobaţi cu lobii neegali) orintaţi în spaţiu către colţurile unui tetraedru regulat, între axele cărora există unghiuri egale de 109028’. Din cei patru orbitali hibrizi sunt ocupaţi cu câte doi electroni. Aceasta asimetrie determină modificarea unghiului dintre axele orbitalilor hibrizi, în sensul micşorării acestuia de la valoarea de 109028’ la valoarea de 104045’ (unghiul de 1050 fiind în mod frecvent folosit).

În natură, apa este cel mai frecvent întâlnită în stare lichidă şi în stare solidă, gheaţă.

În stare lichidă se formează asociaţii moleculare, în care moleculele se leagă între ele prin punţi de hidrogen. Atomul de hidrogen al unei molecule se leagă printr-o punte de hidrogen cu atomul de oxigen al moleculei vecine. Prin asocierea