Chemia wody wykłady i zagadnienia 11-15

12. Wodne układy dyspersyjne

Układem dyspersyjnym nazywamy mieszaninę jednorodną lub niejednorodną składająca się z fazy rozproszonej (rozdrobionej) i rozpraszającej, czyli ośrodka dyspersyjnego. Roztwory właściwe są więc układami molekularno- dyspersyjnymi, w których substancja rozproszona w ośrodku dyspersyjnym wykazuje rozdrobnienie molekularne. Poszczególne cząstki bądź jony fazy rozproszonej są od siebie oddzielone za pomocą ośrodka dyspersyjnego. Zależnie od wielkości rozdrobnienia cząstej fazy rozproszonej w cieczy układy dyspersyjne dzielimy na:

• cząsteczkowo dyspergowane (roztwory właściwe)
• koloidowo dyspergowane (roztwory koloidalne)
• grubo dyspergowane (zawiesiny, inaczej niejednorodne mieszaniny mechaniczne)

Roztwór właściwy - zwany też roztworem rzeczywistym to układ, w którym cząstki substancji rozproszonej mają rozmiary mniejsze od 1 nm (nanometr- 10-9 m)
Pojęcie to zostało wprowadzone aby rozróżnić "prawdziwe" roztwory od roztworów koloidalnych takich jak zoli, emulsji, pian itp). Jeśli w roztworze nie
występują cząstki większe niż 1 nm to zazwyczaj świadczy to o tym, że mają one rozmiary zbliżone do pojedynczych cząsteczek danego związku chemicznego.
Definicja ta jest poprawna dla związków chemicznych o niezbyt wysokiej masie cząsteczkowej. W przypadku polimerów, mówimy o występowaniu roztworów właściwych w przypadku gdy w mieszaninie pojedyncze cząsteczki polimeru są od siebie dobrze odseparowane tworząc tzw. kłębki statystyczne. Przy bardzo dużej masie cząsteczkowej kłębki te mogą mieć znacznie większe niż 10-9m rozmiary

Podział ze względu na stan skupienia

Roztwory można podzielić ze względu na ich stan skupienia:

• gazowe (mieszaniny gazów) 
• ciekłe
  
  • cieczy w cieczy 
  • ciała stałego w cieczy 
• stałe (kryształy mieszane) - powstają podczas krystalizacji 

Roztwory gazowe

Wszystkie gazy mieszają się bez ograniczeń ilościowych. Zjawisko to wynika z tego, że odległości między cząsteczkami gazów są duże a oddziaływania międzycząsteczkowe bardzo słabe. Przy dużych ciśnieniach, w  gazie mogą rozpuszczać się ciecze i ciała stałe, które przy małych ciśnieniach nie parują, przy szczególnie dużych ciśnieniach roztwory w gazach przybierają właściwości zbliżone do roztworów ciekłych - są to tzw. roztwory nadkrytyczne.

Roztwory cieczy w cieczy

Ciecze nie mieszają się wcale (np. olej i woda), lub jeśli mieszają się, to bez ograniczeń (np. woda i alkohol etylowy) lub w pewnym zakresie. Mieszaniny trzech lub więcej cieczy tworzą często złożone układy fazowe, w których, zależnie od stężenia poszczególnych składników występują momenty, gdy istnieje roztwór jednorodny, gdy powstają dwie fazy, składające się z dwóch różnych roztworów, lub wszystkie trzy składniki całkowicie się rozdzielają. Zachowanie tego typu układów jest często przedstawiane w formie tzw. trójkąta stężeń Gibbsa.

Roztwory ciał stałych w cieczach

Ich powstawanie jest wynikiem możliwości penetracji ciała stałego przez cząsteczki cieczy oraz powstające w trakcie tego procesu oddziaływania między nimi. Reguły, wg których można w miarę łatwo przewidzieć jaki związek chemiczny rozpuści się w jakim rozpuszczalniku, są opisane w haśle rozpuszczalnik.
Roztwory ciekłe ciał stałych posiadają własność nasycania się, dlatego (w zależności od nasycenia roztworu) rozróżniamy:

• roztwory nienasycone 
• roztwory nasycone 
• roztwory przesycone 
• roztwory stałe

Układ koloidalny (koloid, układ koloidowy, roztwór koloidalny) – niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek

Rodzaje układów koloidalnych

Wyróżnia się następujące rodzaje układów koloidalnych:

Ośrodek rozpraszający	Substancja rozpraszana	Rodzaj	Przykład
Gaz	Gaz	Gaz	Powietrze - jeden gaz w innych gazach
	Ciecz	aerozol ciekły	mgła
	Ciało stałe	aerozol stały	dym
Ciecz	Gaz	piana	piana mydlana
	Ciecz	emulsja	lakier do paznokci, mleko, majonez
	Ciało stałe	zol, zawiesina koloidalna (suspensja), roztwór koloidalny	Ag kol w H2O
Ciało stałe	Gaz	piana stała	pumeks, styropian
	Ciecz	emulsja stała	opal
	Ciało stałe	zol stały (pirozol)	szkło rubinowe

Ciało stałe i ciecz przenikające się wzajemnie to żel.
Nie występują układy koloidalne, w których gaz rozproszony jest w gazie (gazy tworzą wyłącznie roztwory rzeczywiste). Ponadto większość układów koloidalnych nazywana jest zolami, przy czym pojęcie zolu jest niejednoznaczne. Podobnie niejednoznaczne jest pojęcie aerozolu.
Układy koloidalne z fazą ciągłą w postaci gazu to gazozole, natomiast z fazą ciągłą w postaci cieczy to liozole.

METODY OTRZYMYWANIA KOLOIDÓW
W celu uzyskania rozdrobnienia koloidalnego stosowane są dwa rodzaje metod:
Metody dyspersyjne, polegające na rozdrabnianiu cząstek o wymiarach większych od 500nm aż do uzyskania wymiarów charakterystycznych dla roztworów koloidalnych. Należą tu głównie: rozdrabnianie mechaniczne (rozcieranie), metoda Brediga, polegająca na rozpyleniu głównie czystych metali w łuku Volty, peptyzacja (polega na działaniu roztworem odpowiedniego elektrolitu na świeżo wytrącony trudno rozpuszczalny osad), rozpylanie za pomocą ultradźwięków, rozpylanie katodowe, termiczne itd.
Metody kondensacyjne, polegające na łączeniu cząsteczek lub jonów w większe zespoły aż do osiągnięcia rozdrobnienia koloidalnego. Najważniejsze z tego typu metod to zmniejszenie rozpuszczalności, redukcja, czasem utlenienie, hydroliza, polimeryzacja, metoda zarodnikowa i inne.
METODY OCZYSZCZANIA KOLOIDÓW
Oczyszczanie koloidów od domieszek substancji tworzących roztwory rzeczywiste (ciała krystaliczne i elektrolity) ma duże znaczenie w zapewnieniu trwałości zolu. Do najczęściej stosowanych do tego celu metod należą: dializa, elektroliza, ultrafiltracja, elektrodekantacja i adsorpcja wymienna na jonitach. Jedną z łatwiejszych metod jest dializa. W celu przeprowadzenia dializy woreczek z błony półprzepuszczalnej (kolodium, celofan lub naturalna błona zwierzęca) napełniamy czystym rozpuszczalnikiem (najczęściej wodą) i umieszczamy w naczyniu z zolem. Substancje o rozdrobnieniu cząsteczkowym przechodzą przez membranę do wewnętrznej cieczy i mogą być w ten sposób usunięte z koloidu. Zmieniając stale ciecz wewnętrzną możemy koloid doprowadzić do żądanej czystości. Tak działające urządzenie do doczyszczania koloidów zwane jest dializatorem. Elektrodializa jest połączeniem dializy z elektrolizą a jej przewaga nad dializą polega głównie na większej szybkości oczyszczania (dializę należy prowadzić co najmniej przez kilkanaście dni, podczas gdy elektrodializa już po upływie 2-3 dni daje czysty zol).
WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW KOLOIDALNYCH
Właściwości mechaniczne
Jedną z najbardziej charakterystycznych cech układów koloidalnych są ruchy Browna. Zjawisko polega na ciągłych chaotycznych ruchach postępowych, obrotowych i drgających, fazy rozproszonej w ośrodku ciekłym lub gazowym. Ruchy Browna można zaobserwować przypatrując się np. cząstkom kurzu oświetlonym cienką wiązką światła w zaciemnionym pomieszczeniu.
Właściwości optyczne
Jedną z najbardziej charakterystycznych cech układów koloidalnych jest efekt Tyndalla. Polega on na tym, że jeżeli przez roztwór koloidalny przepuszczamy wiązkę światła, to wskutek uginania się promieni na cząstkach fazy rozproszonej, mniejszych od długości fali, światło staje się widoczne w postaci smugi świetlnej. Intensywność tego efektu jest tym większa im większa jest różnica między współczynnikami załamania fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego. Efekt Tyndalla został wykorzystany w konstrukcji ultramikroskopu, który ma duże zastosowanie w różnorodnych badaniach koloidów, np. liczenie cząsteczek,  obserwacja ruchów Browna, pomiar szybkości koagulacji i inne. Kształty geometryczne cząstek fazy rozproszonej o wymiarach odpowiadających rozdrobnieniom koloidalnym możemy obserwować jedynie w mikroskopie elektronowym.
Absorpcja światła. Niektóre układy koloidalne mają silniejszą absorpcję aniżeli rozproszenie światła. Pomiar absorpcji światła jest jedną z metod badania układów koloidalnych, pozwala on na oznaczanie stężenia fazy rozproszonej i na śledzenie przebiegu koagulacji. Barwa układów koloidalnych uwarunkowana jest zarówno przez absorpcję, jak i przez rozproszenie światła. Zależy ona od wielkości, kształtu i stopnia agregacji cząstek fazy rozproszonej. W świetle rozproszonym może być ona inna niż w świetle przechodzącym. Ten sam układ koloidalny może mieć różną barwę w zależności od stopnia rozproszenia.
Właściwości elektryczne. Na skutek adsorpcji jonów elektrolitu z roztworu na powierzchni cząstki koloidalnej powstaje ładunek elektryczny. W wyniku tej adsorpcji tworzy się podwójna warstwa elektryczna złożona z powłoki wewnętrznej, czyli adsorpcyjnej, przylegającej mocno do powierzchni zewnętrznej, będącej warstwą jonów przeciwnego znaku. Zależnie od tego jakie jony są adsorbowane na powierzchni, cząstka może być naładowana albo ujemnie albo dodatnio. Jednak znak ładunku elektrycznego nie jest ich cechą charakterystyczną. Ta sama bowiem cząstka koloidalna może mieć ładunek dodatni lub ujemny, zależnie od środowiska. Na przykład koloidalny jodek srebra AgJ w roztworze zawierającym jony srebra jest naładowany dodatnio, w roztworze zaś zawierającym jony jodkowe ujemne

Zawiesina - układ niejednorodny, dwufazowy, w postaci cząstek jednego ciała rozproszonych (faza rozproszona) w drugim ciele (faza rozpraszająca), np. cząstek ciała stałego w gazie lub cząstek cieczy w cieczy. Jeżeli cząstki te są dostatecznie małe, mowa jest o układzie koloidalnym. Gęstość fazy rozproszonej w zawiesinach jest na ogół większa niż gęstość fazy rozpraszającej i z tego powodu rozproszone cząstki fazy stałej mają tendencję do sedymentacji (opadania).

Sedymentacja zawiesin w wodzie- proces opadania i odkładania się cząsteczek zanieczyszczeń w wodach m.in w ściekach. W wyniku sedymentacji następuje całkowite rozdzielenie faz lub (w przypadku cząstek niewielkich) wytwarza się stan równowagi zwany równowagą sedymentacyjną. Poziom zanieczyszczeń zmniejsza się w wyniku opadania zawiesin na dno zbiornika. Proces ten występuje najczęściej w zbiornikach wód stojących lub o słabym przepływie wody.

13. Kształtowanie się składu wód od opadowych do podziemnych.

Wody opadowe- atmosferyczne

Powstają w wyniku skraplania się pary wodnej i opadają na ziemię w postaci deszczu, śniegu, gradu itp. Charakter i skład wód opadowych zależy od czystości atmosfery, tj. od rodzaju i ilości domieszek naturalnych oraz zanieczyszczeń przemysłowych zawartych w powietrzu. Skład chemiczny wód opadowych zależy również od wielkości opadów, kierunku wiatru, wysokości chmur i rodzaju opadów. Wody atmosferyczne zawierają znaczne ilości rozpuszczonych gazów, przede wszystkim tlenu, azotu, dwutlenku węgla. Występują w nich także w małych ilościach gazy szlachetne, amoniak, tlenki azotu (z utlenienia azotu podczas wyładowań elektrycznych w atmosferze), rozpuszczone sole (np. chlorek sodu), nierozpuszczalne sole wapnia, magnezu, związki krzemu oraz domieszki mechaniczne (pył mineralny i organiczny, sadza, cząstki roślinne, mikroorganizmy, a wśród nich bakterie chorobotwóórcze itp.). W rejonach zaludnionych i uprzemysłowionych o zanieczyszczonym powietrzu atmosferycznym wody opadowe mogą zawierać domieszki zanieczyszczeń powietrza np. różne odpady produkcyjne, produkty niezupełnego spalania węgla i innych paliw, gazy przemysłowe: CO₂, NH_3, H₂S, tlenki azotu i siarki, metale ciężkie, różne tlenki: As₂O₃, P₂O₅, Fe₂O₃, PbO, ZnO. W wyniku chemizacji rolnictwa w wodach pojawiły się substancje owadobójcze, chwastobójcze i grzybobójcze. Mogą zawierać także pierwiastki radioaktywne pochodzące z wybuchów nuklearnych i termojądrowych. Najczystsze wody opadowe występują w obszarach lesistych i wysokogórskich, najbardziej zanieczyszczone w rejonach uprzemysłowionych i na obszarach suchych. Skład wody atmosferycznej ulega radykalnej zmianie po zetknięciu się jej z powierzchnią ziemi.

Wody podziemne

Powstają wskutek wsiąkania (infiltracji) części wód opadowych i powierzchniowych. Dodatkowym (znikomym) źródłem jest skraplanie się pary wodnej w glebie i kondensacja pary wodnej z magmy. Wody z powierzchni ziemi – opadowe i powierzchniowe- ługują z górnych warstw gleby (która jest naturalnym odbiornikiem wszelkich opadów i nieczystości) różne substancje nieorganiczne (mineralne) i organiczne oraz mikroorganizmy. Z tego powodu skład fizyczno-chemiczny i bakteriologiczny wód spływających po powierzchni gleby jest bardzo zmienny i zależy od wielu czynników, m. in. od czasu kontaktu z glebą, rodzaju gleby, pory roku, ilości i rodzaju wód opadowych, zagospodarowania zlewni, ukształtowania i pokrycia terenu itp. Wody przenikające do ziemi ulegają samooczyszczaniu. W czasie filtracji do gleby i głębszych warstw gruntu woda uwalnia się od zanieczyszczeń mechanicznych oraz pozbywa się koloidalnych i rozpuszczonych substancji organicznych w wyniku zachodzących procesów biochemicznych i sorpcji. Wody opadowe przenikają przez glebę i wyługowują z niej pewna ilość substancji humusowych. Prędkość filtracji w glebie jest bardzo mała, wobec czego procesy samooczyszczania i sorpcji biologicznej zachodzą niemal całkowicie. Dlatego woda podziemna z większych głębokości jest praktycznie pozbawiona substancji organicznych, tlenu rozpuszczonego i mikroorganizmów. Obok wspomnianych wcześniej procesów zachodzi rozpuszczanie różnych składników gleby, gruntu i skał, czemu sprzyja obecność w wodzie rozpuszczonych gazów, np. CO_2, NH₃.Gleba zawiera wiele soli łatwo rozpuszczalnych, które rozpuszczają się w wodzie w czasie jej filtracji przez glebę. W ten sposób do wód podziemnych dostają się chlorki, siarczany i azotany ( z gleby nawożonej nawozami azotowymi i z procesów biochemicznych), jak również małe ilości fluorków, bromków, jodków, fosforanów i innych związków.

Pod wpływem CO₂ woda rozpuszcza minerały proste z których powstają wodorowęglany. W wyniku tych reakcji do wód podziemnych dostają się jony HCO₃^-, Ca₂⁺, Mg₂⁺ itp. Rozpuszczony w wodzie CO₂ ma również zdolność do rozpuszczania siarczków. Wody podziemne zawierające siarkowodór mogą rozpuszczać tlenki żelaza, z których powstają siarczki. Utlenianie siarczków prowadzi do powstania siarczanów. Natomiast siarczany pod działaniem organicznych substancji redukujących w warunkach beztlenowych przechodzą w węglany i wodorowęglany i powstaje siarkowodór. Przenikając przez grunt woda rozkłada hydrolitycznie również krzemiany, glinokrzemiany i żelazokrzemiany, a związki krzemu, glinu i żelaza przechodzą do wody w postaci rozpuszczonej lub koloidalnej. Skład i jakość wód podziemnych zależą od takich czynników, jak: ilość i rodzaj składników wód opadowych i powierzchniowych, które przenikają w głąb ziemi, zanieczyszczenia powierzchni ziemi i górnych warstw gleby oraz właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne samej warstwy gruntu, przez która przesiąka woda. Skład chemiczny wód podziemnych nie jest zatem stały, lecz ulega ciągłym zmianom. Zawierają one znaczne ilości CO_{2 ,} związków żelaza i manganu. Im głębiej przenika woda, tym jej skład jest bardziej ustalony. Wody podziemne w głębszych warstwach wodonośnych są pozbawione tlenu rozpuszczonego, zawierają niewielkie ilości substancji organicznych, a stopień zasolenia zwiększa się na ogół wraz ze zwiększeniem głębokości zalegania warstwy wodonośnej.

Wody mineralne

Wody lecznicze, które zawierają składniki mineralne i gazowe w niemal stałych stężeniach. Właściwości balneologiczne nadają wodom zawarte w nich składniki jonowe, gazowe, radoczynne i podwyższona temperatura. Należą do nich: dwutlenek węgla, siarkowodór, lit stront, żelazo, fluorki, brom, jod, arsen, bor, bar. Wody mineralne zawierają gazy, np. CO₂, H₂S, CH₄, N₂, nie tylko rozpuszczone, lecz również w postaci bardzo drobnych zawiesin oraz wydzielające się w postaci baniek. Obecność wolnego gazu wskazuje na nasycenie wody danym gazem. Największe znaczenie w wodach leczniczych mają dwutlenek węgla i siarkowodór. Dwutlenek węgla jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, a związki węgla występują w dużych ilościach w skorupie ziemskiej, stąd jego zawartość w wodach może być duża. Siarkowodór pochodzi zazwyczaj z redukcji siarczanów, bądź też działalności wulkanicznej. Wody mineralne dzieli się na:

- szczawy alkaliczne, ziemne, żelazisto-ziemne, zawierają bezwodnik kwasu węglowego, sód, wapń, magnez i żelazo.

-solanki- zawierają przede wszystkim jony sodu i chloru

-siarczanowe- zawierają chlorek sodu, siarczany wapnia, magnezu, sodu i siarkowodór.

-siarczkowe- związki siarczków

-ciepliczne

-radonowe

Wody powierzchniowe

Powstają wskutek spływania wód opadowych, podziemnych (źródłowych) i gruntowych do naturalnych i sztucznych zagłębień terenowych. Dzielą się na wody płynące (cieki), do których zaliczamy potoki strumyki i rzeki, oraz wody stojące, jak stawy, jeziora, sztuczne zbiorniki wodne (zaporowe).

Wody rzeczne (cieki)

Skład wód rzecznych jest bardzo zmienny i zależy od wielu czynników: ilości i jakości wód zasilających, klimatu, pory roku, ilości opadów, rodzaju gleby, procesów życiowych organizmów wodnych, ścieków bytowo-gospodarczych odprowadzanych bez wystarczającego oczyszczenia... Nie nadają się do bezpośredniego spożycia w stanie surowym. Skład fizyczno-chemiczny i bakteriologiczny jest różny na całej ich długości, a niekiedy i szerokości. Zmianę składu wody powoduje różny sposób zasilania rzek na poszczególnych odcinkach, składu wód dopływów i procesy jakie przebiegają w korycie rzeki.

W wodach rzecznych występują azotany pochodzące z opadów atmosferycznych, spływów z pastwisk i pól nawożonych związkami azotowymi, czy zanieczyszczeń ściekami z miast. Zawartość azotanów, a także fosforanów w wodzie rzecznej jest mniejsza w okresie letnim, gdyż są one zużywane przez rośliny wodne. Zawartość związków żelaza zmienia się w zależności od sposobu zasilania wody rzecznej. Stężenie żelaza zwiększa się w okresie zimowym, gdy rzeka jest pokryta lodem i zasilana wodami gruntowymi, jak również na wiosnę, gdy rzeki są zasilane wodami pochodzenia błotnego. W lecie zawartość żelaza jest mniejsza, gdyż wyższa temperatura wody, dobre wymieszanie i napowietrzenie sprzyjają utlenianiu żelaza dwuwartościowego do trójwartościowego i wytrącaniu się z roztworu trudno rozpuszczalnego wodorotlenku. Zawartość gazów rozpuszczonych zależy od zmian warunków fizycznych zachodzących w ciągu roku, a zatem od temperatury, intensywności fotosyntezy, sposobu zasilania wody rzecznej oraz ciśnienia cząstkowego danego gazu podczas występowania pokrywy lodowej. Zawartość CO₂ w wodzie zmienia się w przeciwieństwie do zmian zawartości tlenu: w zimie największe stężenie CO₂ i zmniejsza się ono w miarę wzrostu temperatury i rozwojem roślinności. W walce z zanieczyszczeniem wód rzecznych pomocna jest naturalna zdolność do samooczyszczania. Procesy te polegają na utlenianiu tlenem rozpuszczonym w wodzie substancji organicznych na produkty nieorganiczne.

Wody jeziorne

Jeziora są przeważnie zasilane wodami rzecznymi, a skład wody w jeziorze różni się znacznie od składu zasilającej je rzeki. Przyczyną tych różnic jest wolniejszy przepływ wody w jeziorze niż w rzece. Powoduje to znacznie intensywny proces odparowania i wzrost mineralizacji wody jeziornej, wytrącanie osadów i dłuższy kontakt wody z osadami dennymi, co sprzyja wymianie jonowej. Z tego powodu skład wody jest zmienny na różnych głębokościach. Dotyczy to zarówno stężenia jonów jak i gazów rozpuszczonych (tlen, azot, dwutlenek węgla, a także pH). Jeziora dzieli się na słodkowodne (przeważają jony wapnia i wodorowęglanowe) oraz słone (jony siarczanowe, chlorkowe oraz sodu). Mniejsze zmiany składu wody zachodzą w jeziorach dużych i mniejszy jest także wpływ, jaki na skład wody wywierają dopływające rzeki. W przypadku nadmiaru odżywczych substancji nieorganicznych, azotu i fosforu może nastąpić eutrofizacja.

Woda morska

Stanowi 95% wszystkich wód na globie ziemskim. Cechą charakterystyczną jest zawartość chlorków, sodu, magnezu. W wodach rzecznych przeważają natomiast jony wapnia, wodorowęglanowe i siarczanowe. Wody morskiej ubywa stale w skutek parowania, a przybywa z rzek. Na skutek tych procesów następuje zagęszczanie wody gęstość wody morskiej wynosi 1,024 kg*m^-3, a temperatura na głębokości 3000m jest stała (273-276K). Odczyn wody morskiej jest lekko alkaliczny, pH wynosi 8-8,3. Woda morska odznacza się charakterystycznymi stosunkami stężeń poszczególnych składników. Wyraża się je za pomocą współczynników, np. chlorobromowy wynosi ok. 300. Zawartość związków azotowych jest zmienna i zależy od procesów nitryfikacji i denitryfikacji. Ze wzrostem głębokości ubywa azotu azotanowego, co wiąże się z obumieraniem planktonu.

Woda do picia

Musi spełniać podstawowe warunki sanitarno-epidemiologiczne:

-powinna być klarowna, bezwonna, bezbarwna i o orzeźwiającym smaku;

-nie powinna zawierać składników trujących, ani tez nadmiernych ilości związków żelaza, magnezu, wapnia i manganu;

-nie powinna zawierać bakterii chorobotwórczych, pasożytów zwierzęcych ani ich larw i jaj.

Pożądane jest aby woda miała niską temperaturę (280-285K) i zawierała odpowiednie składniki potrzebne organizmowi ludzkiemu, takie jak jod i fluor.

  Klasyfikacja wód naturalnych według stopnia mineralizacji

Klasyfikacja wód naturalnych uwzględniająca stopień mineralizacji została zawarta w tabelce. Granicę wód słodkich ustalono na stężenie wyczuwalne smakiem, tj. 1 kg*m^-3. W wodach morskich stopień mineralizacji nie przekracza 50 kg*m^-3. Wyższe stopnie zasolenia są charakterystyczne dla słonych jezior i wód podziemnych silnie zmineralizowanych. Klasyfikacja wód według stopnia mineralizacji pozwala tylko na bardzo ogólny podział i nie uwzględnia zawartości jonów ani gazów.

Klasa wód	Zawartość suchej pozostałości,kg*m-3	Uwagi
Słodkie Słabo zmineralizowane Średnio zmineralizowane Zmineralizowane Solanki	do 1 1-3 3-10 10-50 Powyżej 50	pitne solanki wody o zasoleniu morskim wody o zasoleniu większym niż morskie

Klasyfikacja wód według składu chemicznego

• Klasyfikacja Palmera- uwzględnia się stosunek grup anionów do i kationów, które nadają wodom naturalnym charakterystyczne właściwości, jak twardość, zasolenie, alkaliczność, odczyn. Właściwości te zależą od wzajemnego stosunku stężeń różnych jonów zawartych w wodzie. Dlatego Palmer uwzględnia w podanej klasyfikacji tylko określone pięć grup kationów i anionów i sześć charakterystycznych właściwości wody. Na podstawie klasyfikacji Palmera można podzielić wody naturalne ze względu na ich skład chemiczny na kilka grup. Ten sposób klasyfikacji wód jest zbyt ogólny i dlatego wykazuje wiele wad.
• Klasyfikacja Szczukariewa- jest oparta na podziale wód naturalnych z uwzględnieniem obecności w wodzie jonów w ilości ponad 12,5% równoważników. W warunkach normalnych w takich ilościach występuje przede wszystkim sześć najważniejszych jonów: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, SO₄^2-. W roztworze mogą istnieć połączenia oparte na kombinacjach trzech kationów z trzema anionami, co daje 49 połączeń, które odpowiadają 49 klasom wód naturalnych. Każda klasa ma swój numer, np. skład dziewiątej klasy wody jest określony obecnością jonów Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^- i SO₄^2- w ilości ponad 12,5% równoważników każdego z nich.
• Klasyfikacja Aleksandrowa polega na podziale wód naturalnych według ich składu na sześć klas. Pierwsze trzy klasy (wodorowęglanowa, siarczanowa, chlorkowa) określono na podstawie przewagi jednego z następujących jonów HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, ponad 12,5% równoważników oraz na podstawie zawartości innych jonów poniżej 12,5% równoważników, przyjmując sumę anionów i kationów równą 100% równoważników. Czwarta klasa jest kombinowana. Należą do niej wody, w których zawartość dwu lub trzech anionów przewyższa 12,5% równoważników. Każda z tych trzech klas dzieli się zależnie od przewagi jednego z następujących kationów Ca²⁺, Mg²⁺ lub Na⁺. Piąta klasa obejmuje wody jednej z klas poprzednich, jeżeli zawierają one składniki specyficzne, występujące w wodach naturalnych w dużych ilościach (Fe, Al, I , i inne). Do szóstej klasy należą wody zawierające większe ilości gazów (CO₂ i H₂S) oraz substancji promieniotwórczych.

• Klasyfikacja Alekina- jako podstawę podziału przyjęto tutaj jony, których stężenia przeważają, oraz stosunki tych stężeń. Wszystkie wody naturalne dzielą się na trzy klasy zależnie od anionu, którego jest najwięcej (stężenie wyraża się w równoważnikach). Są to więc wody wodorowęglanowe (HCO₃^- + CO₃^2-), siarczanowe (SO₄^2-) i chlorkowe(Cl^-). Każdą klasę podzielono na trzy grupy: wapniową, magnezową i sodową, uwzględniwszy kation, którego stężenie jest największe. Każda grupa dzieli się na trzy typy wód, które określa stosunek stężeń jonów (w miligramorównoważnikach). W pierwszym typie wód [HCO₃^-] >[Ca²⁺]+[Mg²⁺].

Wody te są w małym stopniu zmineralizowane i wykazują nadmiar jonów HCO₃^- w odniesieniu do ogólnej liczby jonów metali ziem alkalicznych. W drugim typie [HCO₃^-] < [Ca²⁺]+[Mg²⁺]<[HCO₃^-] + [SO₄^2-] .Należą tu wody podziemne, jak również wody rzeczne i jeziorne o małej mineralizacji. W trzecim typie [HCO₃^-] + [SO₄^2-] <[Ca²⁺]+[Mg²⁺], czyli inaczej [Cl^-] > [Na⁺]. Zaliczamy tu wody silnie zmineralizowane, wody oceanów i mórz oraz wody podziemne. Wody czwartego typu nie zawierają jonów HCO₃^-. Są one kwaśne i mogą należeć tylko do klasy siarczanowej i chlorkowej, w grupach Ca²⁺ i Mg²⁺, w których nie ma pierwszego typu.

Tego rodzaju klasyfikacja wód naturalnych, która opiera się na ich składzie chemicznym, umożliwia ustalenie pochodzenia wody i wyrobienie sobie poglądu na procesy wywołujące widoczna zmianę składu wody. Klasyfikacja Alekina obejmuje wszystkie wody naturalne o mineralizacji wynoszącej do 50 kg*m^-3 i wody morskie.

Gazy rozpuszczone .

Gazy rozpuszczone w wodach naturalnych:

Należą tu przede wszystkim : CO2, O2, N2, H2S,CH4, SO2, H2, Rn, i inne

Mogą być pochodzenia :

• atmosferycznego : CO₂. O₂, N₂, SO₂, inne
• chemicznego : CO₂, H₂S, H₂,N₂,CH₄, SO₂, inne
• biochemicznego : CH₄, H₂, CO₂, N₂, H₂S, i te pochodzące z rozkładu substancji organicznych w warunkach aerobowych i anaerobowych
• Radioaktywnego : Rn, He, T

Znaczenie :

geologiczne : zmieniają właściwości wody

lecznicze : oddziałują na organizm ludzki

techniczne : działanie agresywne na materiały budowlane.

Tlen Rozpuszczony :

W wodzie pochodzi z atmosfery i niekiedy z fotosyntezy roślin wodnych. Zatem znajduje się w wodzach naturalnych mających styczność z atmosferą (opadowe, powierzchniowe, płytkie wody podziemne). Zużywany jest na oddychanie organizmów wodnych, utlenianie substancji nieorganicznych, procesy rozkładu biochemicznego substancji organicznych. W czystych wodach powierzchniowych zawartość zwykle odp 100%. Stopień nasycenia liczy się ze wzoru:

x= ( C1* 1013,25*100)/ C2*p

W tych wodach gdzie zanieczyszczenie jest organiczne O₂ zużywa się na procesy biochemiczne (rozkład tych substancji) więc jego zawartość może się zmniejszać poniżej 100% nasycenia. Im większe tego typu zanieczyszczenie tym większe jest BZT a zawartość tlenu mniejsza. Zmniejszenie jego zawartości poniżej 40% wywołuje zaburzenia w biocenozie. A kiedy zmniejszy się do zera przeważają procesy anaerobowe. Taki deficyt może być powodowany : odprowadzaniem nadmiernej ilości zanieczyszczeń organicznych do wody, odprowadzaniem ścieków o wysokiej temp. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie ilości O₂ rozpuszczonego w wodzie. W głębokich wodach występuję 3 okresy stagnacji (okres letni i zimowy):

1. epilimnion (warstwa nadskokowa, głębokość 2-3 m, stała cyrkulacja i kontakt z atmosferą, zawartość tlenu zależna od czystości wody)
2. Metalimnion( termoklina)(warstwa skokowa, grubość 1m, pod warstwą naskokową, niewiele O2 rozpuszczonego)
3. Hypolimnion ( warstwa podskokowa, pod termokliną, sięga dna jeziora, pozbawiona tlenu lub zawiera jego niewielkie ilości)

Okres wiosenny i jesienny ; występuje cyrkulacja na skutek zmian temp, cała woda miesza się, O2 wyrównuje się, W płytkich wodach stojących powierzchniowych, przy silnym nasłonecznieniu, dochodzi do przesycenia wody tlenem. Dzieje się tak przez intensywną fotosyntezę roślin wodnych.

Intensywniej przebiega im woda jest bardziej nasłoneczniona. Obserwuje się więc dobowe i sezonowe zmiany zawartości tlenu. Jego zawartość oznacza się w wodach powierzchniowych oraz tych w których tlen rozp jest niepożądanym składnikiem. Działanie agresywnego CO₂ i O₂ rozp :

1. 2H⁺ + Fe = H₂ + Fe ²⁺

2. H₂ + 0,5 O₂ = H₂O

3. Są to reakcje powodujące korozję przewodów i urządzeń metalowych .

Dwutlenek węgla :

Jest niemal we wszystkich wodach naturalnych. Pochodzi z atmosfery, tlenowe beztlenowe procesy rozkładu zw org. , procesy geochemiczne i metavioiczner org żywych. CO₂ jest pochłaniany z atmosfery wtedy, gdy jego zawartość w wodzie jest mniejsza niż jego rozpuszczalność. Powietrze atmosferyczne zawiera 0,03 % CO₂, ciśnienie 3,040 hPa. Dla tych warunków w CO₂ w wodzie wynosi ok 0,7 g/m-3. W wodach jeziornych i rzecznych ta zawartość jest na ogół większa więc nie pochłaniają go z atmosfery. Na ogół wydzielają one go do atmosfery. Na odwrót jest w wodach opadowych i morzach i oceanach. Najmniej CO₂ mają wody płytkie stojące., dobrze nasłonecznione i nagrzane. Fotosynteza zachodząca w tych wodach powoduje często wyczerpanie CO₂ i zwiEksza zasadowość wody pH=>8,3. Wody rzeczne i jeziorne = 10-20 g*m-3 CO2, wody podziemne = 20-40 g*m-3 CO₂. Najwięcej mają go wody mineralne. 

CO₂ może występować też w postaci rozpuszczonych cząstek CO₂, 1% z nich tworzy kwas węglowy w reakcji z wodą. Kwas węglowy dysocjuje na :

1.CO₂(g) + H₂O =H₂CO₃

2.H₂CO₃ = H⁺ + HCO3-

3.HCO3- = H+ + jon CO3 2-

Równowaga między CO2 i jego jonami zależy od pH. Całkowita zawartość co2 w wodzie to suma jego zawartości w różnych postaciach.

CO2 ogólny dzieli się na : Wolny CO2 ( on dzieli się na agresywny CO2 i na Przynależny co2) oraz na związany CO2 ( dzieli się na związany CO2 =CO3 2- i na półzwiązany CO2 =HCO3-) .

CO2 powoduje korozję i stwarza problemy gospodarcze i techniczne. Higieniczny pkt widzenia = nie ma większego znaczenia jego zawartość w wodzie. Jest niekiedy wskaźnikiem stopnia zanieczyszczenia wody powierzchniowej substancjami organicznymi. Jest ważnym czynnikiem w migracji węgla w przyrodzie.

Siarkowodór:

Może być pochodzenia mineralnego, organicznego lub biologicznego.

Mineralne pochodzenie – wody podziemne w obecności CO2 i związków żelaza na skutek rozkładu siarczków metali :

1. FeS2 + C2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 +H2S +S

2.FeS + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 +H2S

Pochodzenia organicznego : beztlenowy rozkłąd związków organicznych zawierających siarkę.

Pochodzenia biologicznego : z siarczanó na skutek ich redukcji przez bakterie siarkowe:

3 n CaSO4 + CnH2n = 3 nCaS + nCO2 +nH2O

CaS + CO2 +H2O = CaCO3 + H2S

MeSO4 + CH4 =MeCO3 + H2S+H2O

Wody roponośne mają mało siarczanów ale więcej siarkowodoru i siarczków. Redukcja siarczanów zachodzi też w głębokich warstwach jezior, mórz i oceanów. Źródłem siarkowodoru jest też wulkan, niektóre ścieki przemysłowe.

Siarkowodór dysocjuje na :

H2S = H+ + HS-

HS- = H+ + jon S2-

W pH <5 jony HS- nie występują, siarkowodór jest jako gaz rozpuszczony, w pH = 7 są jony HS-, w wodzie o pH 5<pH<7 nie ma H2S ani jonów HS-; gdy pH > 9 H2S nie bierze się pod uwagę. Jony S2- są tylko w wodzie pH >10 .

W środowisku tlenowym H2S i siarczki utleniają się do siarki lub siarczanów:

H2S + 0.5 O2 = H2O + S

H2S +2O2 = H2SO4

Siarkowodó łatwo ulatnia się z wody do atmosfery. W wodzie gdzie jest tlen rozpuszczony , siarkowodór nie występuje bądź jest jego śladowa ilość. Jeśli woda zawiera siarkowodór to jest zanieczyszczona substancjami grganicznymi i brak jest tlenu. W wodach powierzchniowych, zbiornikach wodnych i powierzchniowych występuje na dużych głębokościach. Dużo go posiadają wody z kololic warstw roponośnych. Jego obecność daje nieprezyjemny zapach i smak. Nadaje on wodzie cechy korozyjne. Agresywne działanie ma woda zawierająca 1 g H2S w 1m3. Powoduje on rozwój bakterii siarkowych. Redukują one siarczany.

Inne gazy w wodach naturalnych :

ponadto zawierają N2, CH4, NH3, SO2, H2, CO, He, Ar, Ne, Rn i inne. Pochodzą w wodzie z atmosfery, procesów chemicznych i biochemicznych, Azot : z atmosfery i denitryfikacji azotynów i azotanów. Wodór metan i amoniak i tlenek węgla – procesy chemiczne i biochemiczne. Gazy szl;achetne – wody opadowe i powierzchniowe, podziemne. Azot argon neon hel – wody mineralne z głębokich źródeł. Wody mają różnorodny skłąd gazowy. Zależny od środowiska z którego pochodzi. Wody lodowcowe – H2S i metan. Wody morskie – deficyt tlenu. Przesycenie CO2, zawartość siarkowodoru i metanu (przez brak całkowitej cyrkulacji ). Wody opadowe i powierzchniowe – tlen, CO2, azot. Azotu jest więcej niż tlenu. Z powodu większego ciśnienia cząstkowego azotu niż tlenu. W wodach podziemnych tlen maleje wraz zgłębokością, wody wgłębne nie mają tlenu ale za to mają H2S, metan, CO2, N2, H2, Rn i inne.