Čista voda je spojina s kemijsko formulo (H
2O). Čiste vode v naravi praktično ni, lahko pa jo pridobimo tudi s kemijsko sintezo in obeh elementov – vodika in kisika ali z večkratno destilacijo vode v kovinskih posodah.
Reakcija plinske zmesi vodika in kisika poteče ob vžigu z eksplozijo, saj je močno eksotermna (sprošča toploto), zato se mešanica vodika in kisika imenuje tudi pokalni plin. Reakcija je ravnotežna, kar pomeni, da poteka v obe smeri in da je mogoče s segrevanjem vode nad 1000 oC ali z elektrolizo vode, vodo delno razkrojiti na vodik in kisik. Skoraj popoln termičen razkroj vode je možen nad temperaturo ……………… oC.
Temperatura plamena pri sežigu vodika in kisika doseže tudi do 3000 oC in se uporablja za varjenje.
Reakcija lahko poteka tudi v gorilni celici, pri normalni temperaturi, pri čemer nastaja elektrika.
Pridobivanje pitne vode
Če naravni vodni viri (reke, jezera, podtalnica, deževnica) niso onesnaženi in vsebujejo primesi v dovoljenih koncentracijah, se lahko uporabljajo za pitno vodo.
Pitna voda v naravi je zelo redka, saj vode iz različnih virov, ob sicer normalnih vsebnostih mineralnih primesi, vsebujejo preveč organskih primesi in mikroorganizmov. Zato je treba vodo dezinficirati, kar je mogoče u uvajanjem klora (kloriranje), vodikovega peroksida, ozona (ozoniziranje) ali pa se vodo z ultrazvočnim dezinfektorjem.
Pitno vodo je mogoče z velikimi stroški dobiti tudi iz onesnažene rečne ali jezerske vode s kemijsko in mehansko obdelavo, v zadnjem delu pa tudi z dezinfekcijo.
Pridobivanje vodika in kisika
1.) Termični razkroj vode
Iz vode je mogoče pridobiti vodik in kisik z termičnim razkrojem vode nad …….. oC po reakciji:
Ker je reakcija endotermna in ravnotežna narašča število molov vodika in kisika z višjo temperaturo. Pri 1000 oC razpade …… % vode, pri temperaturi 2000 oC ….% vode in skoraj vsa pri temperaturi nad ………………. oC
2.) Elektroliza vode
Ekonomsko upravičen in uporabljan je proces elektrolize vode, pri katerem poteka razkroj vode s pomočjo enosmernega električnega toka.
Ta postopek je izredno pomemben za energetiko v prihodnosti, ko naj bi iz vode, ki jo je na Zemlji dovolj, in sončne energije, ki jo bo tudi dovolj naslednjih 4 milijarde let, s pomočjo sončnih celic in elektrolize, pridobivali vodik in kisik. To zmes bi nato vodili po plinovodih do porabnikov in uporabljali kot danes zemeljski plin.
Računi kažejo, da bi sončne centrale, ki bi delovale v puščavi Sahari na površini ………………………… lahko pokrile vso porabo po energiji v ………………… Seveda pa bi taka območja postala potem še bolj strateško pomembna. Zaenkrat je še največji problem pretvorba sončne energije v električno s čim večjim izkoristkom.
Pridobivanje vodnega plina
Zelo uporabljen postopek je razcep vode s pomočjo razžarjenega koksa, pri temperaturah nad …………. oC. Pri tem nastane tako imenovani vodni plin, zmes vodika in ogljikovega oksida, ki se uporablja v organski sintezni kemiji.
Pridobivanje snovi iz morske vode
Morska voda zavzema 97% vse vode na Zemlji in vsebuje okrog 40 gramov topnih snovi na liter. V vsej morski vodi je okrog 50 milijonov milijard ton raztopljenih snovi,od tega 85% NaCl.
:slika 9:
Morska voda vsebuje veliko raztopljenih halogenidov (kloridi, bromidi, jodidi) kot npr. natrijev in kalijev klorid (NaCl, KCl), natrijev in kalijev bromid (NaBr, KBr), natrijev in kalijev jodid (NaI, KI), kalcijeve, barijeve soli hidrogenkarbonatov in drugih soli idr.
tabela2: Sestava morske vode| Raztopljena snov | Količina v g na l morske vode |
| natrijevi ioni | 10.7 |
| magnezijevi ioni | 1.4 |
| kalcijevi inoi | 0.5 |
| kalijevi ioni | 0.4 |
| kloridni ioni | 19.2 |
| hidrogen karbonatni ioni | 0.14 |
| bromidni ioni | 0.07 |
Morska voda je vir za pridobivanje različnih spojin in iz njih nekaterih elementov.
Najbolj znano je pridobivanje natrijevega klorida v solinah, z izparevanjem morske vode in izločanjem soli s kristalizacijo.
:slika 10:
Z elektrolizo morske vode pridobivajo tudi klor in natrijev hidroksid. Pri tem se klor izloča na anodi, vodik na katodi, v vodni raztopini pa ostane natrijev hidroksid.
Brom in jod pridobivajo iz morske vode z izpodrivanjem s klorom. Klor je kot bolj elektronegativen element boljši oksidant in izpodrine iz morske vode brom in jod.
:slika 11:
Številne elemente pridobivajo iz morske vode s pomočjo rastlin, ki vežejo nekatere elemente ali s selektivnimi ionskimi izmenjevalci, to je spojinami, ki vežejo pod določenimi pogoji nekatere elemente oz. spojine.
Vodni viri
Voda je kemijska spojina z molekulsko formulo (H
2O). V naravi kemijsko čiste vode praktično ni, ampak je v večini nahajališč v obliki raztopin.
Voda je ena najpomembnejših spojin na Zemlji, saj je življenje brez nje nemogoče. Voda se nahaja na Zemlji v hidrosferi (tekoča voda, led), v atmosferi (vodna para) in tudi v litosferi (kristalna voda, vlaga). Hidrosfera pokriva kar ¾ površine Zemlje. V hidrosferi je 1.5 x10
15 ton vode.
:slika 12:
:slika 13:
V morjih je 97.1% vse vode, ne ledenikih ob obeh tečajih 2.24%, v podtalnici 0.61%, v jezerih 0.016% in v tekočih površinskih vodah 0.0001%. V atmosferi je 0.001% vse vode oz. 10 krat več kot v vseh tekočih površinskih vodah. Že minimalne spremembe v porazdelitvi vode med posameznimi področji lahko povzročijo velike lokalne in tudi globalne probleme, kot npr,. poplave, dvig morske gladine, suše, usihanje rek, pomanjkanje pitne vode ipd.
:slika 14:
Človek lahko preživi brez vode le teden dni, nujno potrebna dnevna količina vode za življenje je 5 litrov na dan za pitje ter kuhanje in 25 litrov za osebno nego. V manj razvitih državah ima le 30 do 50 % prebivalcev dostop do čiste vode, več kot 60% pa nima dostopa do osnovnih sanitarij. Posledica tega so slaba kakovost življenja, bolezni, revščina itd. Zaradi bolezni povezanih z onesnaženo vodo umre na svetu vsak dan 34.000 ljudi. Med državami je zelo velika razlika v porabi vode na prebivalca. V Ameriki znaša tudi do 500 litrov na prebivalca na dan, v Evropi okrog 200 litrov na dan in v Afriki 20 litrov na dan.
Od vse vode na Zemlji je le 2.5% sladke vode in od katere pa je možno uporabiti le 0.007% vode, saj je večji del sladke vode (70%) v obliki ledu, ostalo pa kot vlaga v prsti ali pa je pregloboko pod površino, da bi jo lahko črpali. Količina vode, primerne za pitje se, zaradi onesnaženja in vedno večje porabe, stalno zmanjšuje.
Poraba vode na prebivalca Zemlje se je v zadnjih stotih letih povečala za več kot šestkrat, medtem ko se je število prebivalstva povečalo za več kot trikrat. Leta 1950 so znašale svetovne zaloge vode 16.800 m
3 na prebivalca Zemlje, leta 2000 so še 7300 m
3 , leta 2025 pa bodo le še 4800m
3 .
Poseben problem je tudi čas, ki je potreben za popolno obnovo zemeljskih vodnih virov. Biološka voda se obnavlja nekaj ur, atmosferska voda 8 dni, vlaga v prsti 1 leto, voda v močvirjih pet let, vodne zaloge v jezerih 17 let, voda v podtalnici 1400 let, svetovni oceani 2500 let, plavajoči led na tečajih 9700 let.
Skupno se na leto načrpa na svetu okrog 3500 kubičnih kilometrov vode, od tega se je največ porabi za kmetijstvo (69%) in za industrijo 23%. Gospodinjstva porabijo le 8% načrpane vode. V nerazvitih državah izpustijo v okolje prek 90% vse vode, ne da bo jo prej prečistili, v razvitih državah pa prečistijo prek 80 % odplak.
V naravi kemijsko čiste vode ni, so le naravne vodne raztopine, kot so morje, jezera, reke, podtalnica, dež, sneg, megla idr. V teh raztopinah se nahaja več tisoč različnih raztopljenih snovi. Torej je treba imeti tudi za pridobivanje čiste vode določene postopke, kot so kemijska sinteza iz elementov, destilacija pod posebnimi pogoji ipd.
Največ raztopljenih snovi vsebuje morska voda, ki obsega kar 97.1 % vse vode na Zemlji, njena sestava pa se delno razlikuje v različnih morjih in na različnih lokacijah. V morski vodi je npr. raztopljeno prek 40 milijard ton ogljikovega dioksida.
Kroženje vode v naravi
Voda v naravi stalno kroži in je pri tem udeležena v številnih procesih. Energijo za izhlapevanje dobi od sonca. Veter nosi vodne hlape in z njimi veliko energijo v višino in na druge predele Zemlje in ko nastanejo primerne razmere za kondenzacijo (utekočinjenje) vodnih hlapov, pade voda na Zemljo v obliki dežja, snega, rose, ipd. V teh virih je voda razmeroma najbolj čista, vendar pa ne kemijsko čista, ker vodni hlapi in vodne padavine izpirajo iz zraka topne plinaste primesi, aerosole in prah. Pri utekočinjenju vode se zopet sprošča energija, zato je voda na Zemlji tudi velik akumulator in prenašalec sončne energije.
:slika 15:
Del vode pade tudi na pobočja visoko nad morsko gladino in se lahko izkorišča njena potencialna energija (za hidroelektrarne). Del vode prehaja v podtalnico. Pri stiku s tlemi voda raztaplja različne snovi, odvisno od terena, pri tem pa se ji veča trdota (vsebnost raztopljenih snovi). Iz podtalnice se vodo črpa za industrijo, kmetijstvo, gospodinjstvo ipd. uporabljajo jo tudi rastline, delno pronica v globine, ostanek pa se izliva v potoke, reke in jezera. V morje vode prinesejo vsako leto okrog 4 milijarde ton raztopljenih snovi.
Na ta način je vodni krog zaključen.