Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Экологическая химия ↓


Химия воды


Химия воды является важной частью экологической химии, поскольку она связана с пониманием химических свойств и процессов воды в различных экологических контекстах. Это включает в себя естественные водные объекты, такие как реки, озера и океаны, а также воду в искусственных условиях, таких как очисные сооружения и системы распределения. Понимание химии воды позволяет ученым оценивать качество воды, понимать геохимические циклы и решать проблемы загрязнения и экологической устойчивости.

Химический состав воды

Вода, имеющая химическую формулу H2O, представляет собой простую молекулу, состоящую из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Структура воды изгибается по сравнению с линейной из-за двух пар неподеленных электронов на атоме кислорода. Угол между атомами водорода составляет примерно 104,5 градуса. Эта уникальная угловая структура важна для многих свойств воды.

Ниже приведена упрощенная иллюстрация молекулы воды:

        Hey
       ,
      HH

Свойства воды

Разные точки зрения

Вода известна своей полярностью. Атом кислорода более электроотрицателен, чем атомы водорода, что означает, что он сильнее притягивает электроны к себе. Это создает дипольный момент с частичным отрицательным зарядом около атома кислорода и частичным положительным зарядом около атомов водорода.

Водородные связи

Полярность молекул воды позволяет им образовывать водородные связи друг с другом. Эти связи слабее, чем ковалентные, но их значительное количество приводит к таким явлениям, как высокая температура кипения воды и поверхностное натяжение.

Растворяющие свойства

Благодаря своей полярности вода известна как "универсальный растворитель". Она может растворять много веществ, включая соли, сахара, кислоты, основания и газы. Это делает воду отличной средой для химических реакций и биологических процессов.

pH воды

Значение pH воды является мерой ее кислотности или щелочности и варьируется от 0 до 14. Чистая вода имеет нейтральное значение pH, равное 7. Однако pH естественной воды может изменяться в зависимости от растворенных минералов и газов.

Шкала pH представлена как:

        Кислотная (0-6) Нейтральная (7) Щелочная (8-14)

Изменения в pH воды могут повлиять на водные организмы и повлиять на химические реакции. Например, кислотная вода может привести к вредным условиям, таким как коррозия и токсичность металлов для водных организмов.

Жесткость и минеральный состав

Жесткость воды определяется концентрацией ионов кальция и магния. "Жесткая вода" содержит высокие уровни этих минералов, в то время как "мягкая вода" имеет низкие уровни. Часто жесткость измеряется в частях на миллион (ppm).

Следующие химические реакции ведут к образованию жесткой воды:

        CaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ + 2HCO3-

Присутствие карбоната кальция и карбоната магния в воде часто обусловлено геологическими структурами и содержанием глины, что влияет на химию водных систем.

Жесткость воды может повлиять на использование воды в бытовых, промышленных и сельскохозяйственных целях. Например, жесткая вода может вызвать образование накипи в трубах и снизить эффективность мыла и моющих средств.

Естественные водные системы

Реки и потоки

Реки и потоки являются динамическими водными системами, с изменяющейся химией в зависимости от источника, скорости потока и экологических воздействий. Они транспортируют растворенные и взвешенные вещества, влияя на экосистемы, через которые проходят.

Химия речной воды часто классифицируется на основе ее компонентов, включая:

  • Растворенные газы, такие как кислород и углекислый газ
  • Неорганические ионы, такие как натрий, калий и хлорид
  • Органические соединения из природных и антропогенных источников

Озера и водохранилища

Озера и водохранилища - это стоячие водные объекты с различной глубиной и стратами. Они проявляют сложные химические взаимодействия, обусловленные температурой, проникновением света и биологической активностью.

Сезонные изменения в озерах могут перераспределять питательные вещества и растворенные газы, влияя на качество воды и водные организмы:

Основная модель термической стратификации в озере включает в себя следующее:

        эпилимнион (теплый верхний слой)
        термоклин (средний слой с температурным градиентом)
        гиполимнион (холодный нижний слой)

Океан

Океаны - это обширные тела соленой воды, содержащие высокие уровни растворенных солей, в основном хлорида натрия. Химия океанской воды важна для глобального регулирования климата и морской жизни.

Соленость морской воды обычно составляет около 35 промилле (ppt), что зависит от таких факторов, как испарение, количество пресной воды и геологическая активность.

Очистка и качество воды

Процессы очистки воды используются для безопасного потребления человеком и поддержания экологического здоровья. Эти процессы включают такие методы, как отстаивание, фильтрация и дезинфекция.

Отстаивание

Этот процесс включает удаление взвешенных частиц из воды с помощью гравитации. Такие химические вещества, как квасцы, могут быть добавлены для образования крупных частиц, известных как хлопья.

Фильтрация

Фильтрация включает прохождение воды через такие материалы, как песок или гранулированный активированный уголь, для удаления оставшихся примесей и взвешенных веществ.

Дезинфекция

Методы дезинфекции используются для уничтожения или инактивации вредных микроорганизмов. Общие дезинфектанты включают хлор, озон и ультрафиолетовый свет.

Загрязнение и экологическое воздействие

Загрязнение воды является значительной экологической проблемой, поскольку загрязнители из промышленных, сельскохозяйственных и бытовых источников по-разному влияют на водные системы.

Общие загрязнители включают:

  • Питательные вещества, такие как нитраты и фосфаты, которые вызывают эвтрофикацию
  • Тяжелые металлы, такие как свинец, ртуть и кадмий
  • Органические загрязнители, такие как масла и моющие средства

Эвтрофикация

Эвтрофикация - это процесс, при котором избыток питательных веществ в водных системах вызывает чрезмерный рост растений и водорослей. Это может привести к дефициту кислорода и повлиять на водные организмы.

Кислотные дожди

Кислотные дожди, вызванные выбросами двуокиси серы и окислов азота, приводят к подкислению водных объектов, влияя на целостность экосистем и твердых тел.

Заключение

Химия воды - это сложная и многодисциплинарная область, которая включает изучение химических процессов и свойств в различных водных системах. Понимание химии воды позволяет контролировать, управлять и улучшать качество воды, тем самым способствуя защите окружающей среды и защите здоровья человека. Продолжение исследований и технологических инноваций необходимо для решения водных проблем и обеспечения устойчивости для будущих поколений.


Магистрант → 7.2


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (7.1.3)
Загрязнители воздуха и дым
Следующий (7.2.1) →
pH и жесткость воды

Комментарии 



Химия воды

https://www.chemistryelite.com/g/7.2?ceal=ru