Откуда берётся в воде кислород и почему не задыхаются рыбки в аквариуме. Вода кислород
Откуда берется кислород в воде? Взаимодействие кислорода с водой. Насыщение воды кислородом
Пожалуй, сейчас даже дети знают, что химическая формула воды - h3O. Однако это теория, а на деле в воде растворено огромное количество веществ как органического, так и неорганического происхождения. Чистая вода, как известно, не имеет вкуса и запаха, но кто угодно может убедиться в том, что в подавляющем большинстве случаев это не так. В питьевой воде, например, содержится некоторое количество минеральных солей, что придает ей солоноватый привкус. В той или иной степени в ней содержится все то, с чем она контактирует. Точный состав воды зависит от места ее забора, ведь в разных местах она контактирует с разными веществами. Кое-где химики найдут в жидкости тяжелые металлы, где-то - различные органические вещества.
Как же так получается?
Вода является универсальным растворителем. Дистилированная вода считается наиболее чистым в химическом смысле веществом, однако через некоторое время она утрачивает свое первоначальное состояние. И вот почему: вода является настолько хорошим растворителем, что со временем в нее попадают молекулы различных веществ из воздуха. В природе же это происходит еще и за счет жизнедеятельности различных организмов, живущих в водной среде.
Газы в воде
Наливая воду в стакан, можно увидеть пузырьки газа, которые будут находиться на стенках сосуда. Наряду с солями и другими веществами вода растворяет в себе и газы. Прежде всего это азот из воздуха, а также кислород, углекислый газ, а в некоторых случаях еще метан и сероводород. Причем холодная вода растворяет газы гораздо лучше, чем теплая, так что чем ниже температура, тем выше концентрация газов. И наоборот - с ростом температуры растворимость падает.
Источники растворенных в воде газов
Но откуда вообще все эти вещества берутся в воде? Азот, как правило, растворяется в процессе взаимодействия с атмосферой, метан - в результате контакта с породами и разложения донного ила, а сероводород образуется как продукт гниения органических остатков. Как правило, сероводород содержится в глубинных водных слоях и не поднимается к поверхности. При его высокой концентрации жизнь невозможна, так, например, в Черном море на глубинах более 150-200 метров из-за высокой насыщенности вод сероводором почти нет живых организмов, кроме некоторых бактерий.
Кислород также всегда содержится в воде. Он является универсальным окислителем, поэтому частично разлагает сероводород, снижая его концентрацию. Но откуда берется кислород в воде? О нем разговор пойдет особый.
Кислород
Практически все живые организмы нуждаются в кислороде. Люди дышат вохдухом, который представляет собой смесь газов, немалую часть которой составляет именно он.
Обитатели водной среды также нуждаются в этом веществе, так что концентрация кислорода в воде - это очень важный показатель. Обычно он составляет до 14 мг/л, если речь идет о природных водах, а иногда даже больше. В той же жидкости, которая течет из-под крана, кислорода содержится гораздо меньше, и это легко объяснить. Водопроводная вода после водозабора проходит через несколько этапов очистки, а растворенный кислород - крайне неустойчивое соединение. В результате газообмена с воздушной средой большая его часть просто улетучивается. Так откуда берется кислород в воде, если не из воздуха?
На самом деле это не совсем правда, из воздуха он тоже берется, но его доля, растворенная в результате контакта с атмосферой, крайне мала. Для того чтобы взаимодействие кислорода с водой было достаточно эффективным, необходимы особые условия: низкая температура, высокое давление и относительно низкая минерализация. Они соблюдаются далеко не всегда, и жизнь вряд ли бы существовала в нынешнем виде, если бы единственным способом образования этого газа в водной среде было взаимодействие с атмосферой. К счастью, есть еще два источника, откуда берется кислород в воде. Во-первых, растворенные молекулы газа в большом количестве содержатся в снеговых и дождевых водах, а во-вторых - и это основной источник - в результате фотосинтеза, осуществляемого водной растительностью и фитопланктоном.
Кстати, несмотря на то, что молекула воды содержит кислород, извлечь его оттуда живые организмы, конечно, не в состоянии. Поэтому им остается довольствоваться именно растворенной долей.
О значении водорослей
Мало кто в обычной жизни задумывается, чем мы дышим и почему состав воздуха именно такой, какой он есть. Практически все знают, что большинство живых организмов, дышащих воздухом, приспособлено именно к такой смеси. Но если речь идет о наземно-воздушной среде, то вопросов не возникает. А откуда в воде кислород? Как и на земле, там много растений, которые с помощью процесса, который называют фотосинтезом, потребляя свет и углекислый газ, выделяют O2.
Если же быть точнее, в последние десятилетия по тем или иным причинам человечество уничтожило огромную часть лесов. Но речи о глобальном кризисе пока нет, хотя население планеты постоянно растет, и потребление кислорода огромно. И огромное значение в этом вопросе имеют водоросли, которые обитают в Мировом океане, большей частью именно за их счет происходит насыщение воды кислородом. Некоторые их виды люди и морские обитатели употребляют в пищу, но их количество остается достаточным для эффективного фотосинтезирования. Вот откуда берется кислород в воде, а значит, благодаря газообмену с атмосферой, и в воздухе. Именно фотосинтез водорослей - его основной источник. Кстати, именно за счет процессов, происходящих в растениях, был накоплен первичный кислород в атмосфере, а сейчас происходит только поддержание ее неизменного состава.
Роль растворенного кислорода (РК)
Несмотря на то что дыхательная система водных обитателей устроена иначе, чем у жителей наземно-воздушной среды, они нуждаются все в тех же веществах. Прежде всего речь идет о кислороде, который играет важную роль в жизнедеятельности подавляющего большинства организмов. И если мы извлекаем его из атмосферы, где его доля более или менее стабильна и составляет около 21%, то жители рек, морей и океанов сильно зависят от того, сколько кислорода в воде содержится в месте их обитания. Помимо рыб, кислород нужен и растениям. Однако его продукция обычно выше, чем уровень потребления, так что это не должно вызывать беспокойства.
Нормальные показатели
Из-за своей значительной роли в нормальном функционировании экосистем, уровень РК часто подвергается контролю со стороны биологов и экологов. Ведь в природе все связано, нарушение газового баланса в одном водоеме может вызвать проблемы и в соседних, если они связаны. Как правило, замеры проводятся до полудня, в этот период концентрация газа в поверхностных водах становится максимальной и составляет до 14 мг/л. Этот показатель подвержен серьезным суточным и сезонным колебаниям, но он не должен опускаться ниже 4 мг/л. Уменьшение концентрации до 2 мг/л и менее вызывает массовую гибель обитателей гидросферы. Фактически - от удушья. Постепенное снижение показателя может говорить о загрязнении водоема и также может со временем закончиться гибелью водных жителей.
РК в искусственно созданных экосистемах
Важное значение хорошая аэрация имеет, например, в аквариумистике. Именно поэтому необходимо не только устанавливать специальные насосы, закачивающие воздух в воду и насыщающие его кислородом, но и, например, при необходимости высаживать на дне различные водоросли. Конечно, тем, кто имеет подобное хобби, в первую очередь интересна эстетика экосистемы, однако нельзя забывать о ее устойчивости и некой долговечности.
Если же речь идет о рыбных хозяйствах, производстве жемчуга и других специфических отраслях подобного типа, то помимо различных мер, направленных на сохранение достаточной концентрации растворенного кислорода в воде, необходимо регулярно проводить измерение этого показателя с помощью специальных проб. При их заборе крайне важно, чтобы не произошло контакта с воздухом, это может исказить результаты анализа.
fb.ru
Кислород в воде
Кислород вместе с другими газами, входящими в состав воздуха, легко растворяется в воде.
Сколько же воздуха может раствориться в воде? Говорить о растворимости воздуха в целом нельзя, нужно говорить о растворимости каждой составной части воздуха в отдельности.
Кислород, азот, аргон, двуокись углерода и другие газы обладают различной растворимостью. При одинаковых температуре и давлении чистого кислорода в воде растворится почти в 2 раза больше, чем азота, а углекислого газа — в 35 раз больше, чем кислорода.
Однако существуют общие закономерности для всех газов. Чем выше температура жидкости, тем меньше растворимость газов. В литре чистой воды при нормальном атмосферном давлении, равном 760 миллиметрам ртутного столба, и при температуре 0° растворяется около 50 кубических сантиметров чистого кислорода. А при температуре 30° — примерно в 2 раза меньше. Чистого азота при температуре 0° и нормальном атмосферном давлении растворится 24 кубических сантиметра, а при температуре 30°—14 кубических сантиметров.
Чем выше давление газа над жидкостью, тем больше его растворимость.
Если в закрытом сосуде, наполненном на одну треть водой, создать давление в 2 атмосферы, то газа растворится вдвое больше, чем при 1 атмосфере. И, наоборот: при пониженном давлении газа растворится во столько же раз меньше, во сколько ниже давление.
Два равных объема различных газов, смешанных при давлении в 1 атмосферу, растворяясь в воде, будут вести себя как два самостоятельно существующих газа, находящихся под давлением в У2 атмосферы. Растворимость каждого из них будет в 2 раза меньше их растворимости при нормальном атмосферном давлении.
Воздух — это смесь газов. Так как в воздухе содержится 21 процент кислорода, то его парциальное давление, то есть та часть давления, которая падает только на кислород, будет в 5 раз меньше давления воздуха. Поэтому кислорода воздуха при нормальном атмосферном давлении растворится в воде в 5 раз меньше, чем чистого кислорода при том же давлении.
В самом деле, если при нормальном давлении и при температуре 0° насытить воду не чистым кислородом, а воздухом, то в литре воды растворится только 10 кубических сантиметров кислорода вместо 50, а азота из воздуха растворится 19 кубических сантиметров вместо 24.
В воде, содержащей различные соли, растворимость газов снижается. В речной воде кислорода растворяется меньше, чем в чистой (дистиллированной), а в морской меньше, чем в речной.
Чтобы растворить газ в воде, его нужно привести в соприкосновение или перемешать с водой; чтобы вытеснить газ из воды, воду нужно подогреть. Доведя температуру воды до 100°, можно почти полностью вытеснить из нее газ.
Возьмите колбу, наполненную доверху водой, закройте ее пробкой, в которую вставлена загнутая стеклянная трубка. Второй конец этой трубки вставьте в стакан с водой и наденьте на этот конец трубки наполненную водой пробирку. Доведите воду в колбе до кипения. В опрокинутой пробирке появится газ, тот самый газ, который был растворен в воде до ее кипячения.
Хотя до кипячения вода соприкасалась только с воздухом, но в силу различной растворимости кислорода и азота состав вытесненного газа будет существенно отличаться от состава обычного воздуха. В него входит 1 объем кислорода и 2 объема азота. А это означает, что в полученном газе кислорода уже не 21, как в воздухе, а 33 процента.
В обыкновенной, неочищенной воде, кроме растворенного газообразного кислорода, имеется еще кислород, входящий в состав растворенных в ней солей. Этот кислород вытеснить кипячением нельзя, так как он прочно связан с каким-нибудь другим элементом.
Чтобы освободить воду от солей, ее нужно перегнать.
Прибор для перегонки состоит из колбы для кипячения воды, холодильника, где конденсируются пары, и приемника, куда стекает дистиллированная вода.
Полученная таким образом вода содержит только растворенные газы, которые можно вытеснить кипячением.
Что же содержится в воде, в которой нет ни солей, ни растворенных газов?
Вода, как и всякое химическое соединение, состоит из однородных молекул.
В состав молекулы воды (Н2O) входит 2 атома водорода и 1 атом кислорода, тесно связанные между собой.
Разделить, разорвать молекулу воды на ее составные части нелегко, на это нужно затратить энергию.
Молекулярный вес воды равен 18. Он состоит из 2 атомных весов водорода, равных 2 единицам, и атомного веса кислорода — 16. Следовательно, в молекуле воды содержится около 89 процентов кислорода и около 11 процентов водорода. В килограмме воды насчитывается 890 граммов кислорода.
Это означает, что все реки, моря и океаны состоят главным образом из кислорода.
Вода занимает три четверти земной поверхности.
Но в природе вода встречается не только в жидком виде. В полярных странах и на высоких горах круглый год сохраняются огромные толщи льда и снега. Большие количества воды мы встречаем в воздухе в виде пара.
Животные и растения больше чем наполовину состоят из воды. В человеческом организме, при среднем весе тела 65—70 килограммов, содержится до 40 килограммов воды.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info
Откуда берётся в воде кислород и почему не задыхаются рыбки в аквариуме
Оглавление:
- Немного химии
- Как происходит образование кислорода в воде?
- Фотосинтез
- На примере аквариума
Иногда самые простые вопросы об окружающем мире превращаются в загадку. Даже процессы, происходящие в природной среде, зачастую не вполне ясны. Например, откуда берётся кислород в воде? Казалось бы, в этом нет смысла разбираться – он просто там есть, это всем известно, проходили ещё в школе. Но вот вспомнить, как так получается, непросто.
Это интересно: структурированная вода полезнее обычной водопроводной.
Немного химии
Как известно, вода (она же – оксид водорода) – бинарное неорганическое соединение. Образуется вода как итог соединения двух атомов водорода и одного атома кислорода. Формула – h3O.
Из этого понятно, что без кислорода существование такой субстанции, как вода, невозможно. Причём его количество постоянно уменьшается. Кислород в воде расходуется биологическим образом (им дышат водные организмы), биохимическим (сюда относится дыхание бактерий, а также разложение органики) и химическим (в результате окисления).
Но если кислород расходуется, то его потеря должна и компенсироваться.
Как происходит образование кислорода в воде?
Источников образования кислорода три:
- атмосферный воздух;
- водоросли и водные растения;
- реакции разложения минералов в глубине водоёмов.
Вода получает кислород из атмосферного воздуха в ходе двух процессов: абсорбции и аэрации. При абсорбции кислород поступает в верхний слой воды и насыщает её. Чем ниже температура воздуха и выше атмосферное давление, тем быстрее протекает абсорбция.
Аэрация – это насыщение кислородом нижних, глубинных масс воды. Достигается аэрация в результате смешивания глубинных слоёв с верхним, насыщенным. Таким образом, содержание кислорода в воде становится равномерным.
Фотосинтез
Суть этого процесса в том, что при поглощении углерода водорослями (разнообразными плавающими либо прикреплёнными растениями, а также фитопланктоном) высвобождается кислород. Проще говоря: в клетках водорослей под влиянием солнечного света происходит реакция, которая и называется фотосинтезом, в результате чего образуются глюкоза и кислород.
Процесс фотосинтеза завершается быстрее при высокой температуре воды, его скорость также зависит от яркости солнечного света и содержания биогенных веществ. Высвобождение кислорода происходит исключительно в верхнем слое воды. Кстати, глубина верхнего слоя напрямую зависит от прозрачности воды, поэтому может колебаться в пределах от двух-трёх сантиметров до двадцати-тридцати метров.
На примере аквариума
Обычный домашний аквариум – модель, которая наглядно демонстрирует оба варианта образования кислорода. Ни один аквариум, даже самый маленький, не может обходиться без водорослей. Иначе рыбки там просто задохнутся. Поэтому многие аквариумисты используют различные препараты и добавки, ускоряющие рост водных растений, а также лампы дневного света.
И почти все владельцы аквариумов применяют аэрацию. В аквариум помещается специальный компрессор, который нагнетает воздух ко дну, откуда пузырьки воздуха поднимаются к поверхности.
Оба этих способа в совокупности обеспечивают очень эффективное образование кислорода в воде.
Таким образом, вода насыщается кислородом в результате процессов абсорбции, аэрации и фотосинтеза. Третий способ – образование в результате разложения минералов – присущ не всем водоёмам, но его тоже нельзя не упомянуть.
www.rutvet.ru
Кислород, вода, жизнь | Помощь обучающимся
Благодаря уникальному строению своей внешней электронной оболочки, кислород занимает особое место среди важных для жизнедеятельности молекул. Молекулу О2 можно рассматривать как резервуар, хранящий большой запас энергии, для полного освобождения которой она должна присоединить 4 электрона. Если, например, эти электроны поступают на кислород вместе с протонами (в виде атома водорода), то при полном восстановлении кислорода до двух молекул воды освобождается более 180 ккал/моль. При последовательном присоединении электронов к О2 образуются так называемые активные формы кислорода (АФК), представленные, в частности, свободными радикалами. Большинство из них жадно и, как считается, неспецифично вступает во взаимодействия с другими молекулами. В водных растворах, содержащих биоорганические молекулы, эти частицы могут инициировать неконтролируемые цепные процессы, в ходе которых липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы повреждаются, и не только теряют свою функциональную активность, но и превращаются в эндотоксины. Поэтому в биохимии традиционно считается, что действие АФК и на живые клетки сводится исключительно к патогенным эффектам. Полагают, что образование АФК в клетках и тканях - печальное, хотя и неизбежное следствие аэробного дыхания, возникшего в ходе эволюции с появлением в атмосфере кислорода - побочного продукта фотосинтеза растений.
С другой стороны, имеется громадный массив данных, свидетельствующих об абсолютной необходимости АФК для нормальной жизнедеятельности. Если воздух лишен супероксидных радикалов («аэроионы Чижевского), животные и человек болеют и даже могут погибнуть. При этом в норме 10-15%, а в особых обстоятельствах - до 30% потребляемого животными кислорода идет на производство АФК. Практически у всех клеток многоклеточного организма есть ферменты, главной функцией которых является направленное и часто весьма интенсивное производство АФК. Следовательно, АФК должны играть какую-то важную роль в нормальной физиологии.
Живые клетки реагируют на внешние сигналы одним из доступных им способов: они либо выполняют свойственную им специализированную функцию, либо меняют свою специализацию (дифференцируются или дедифференцируются), либо вступают в цикл деления, наконец, самоустраняются (входят в апоптоз). Выясняется, что АФК принимают непосредственное участие в конкретной реакции клетки на тот или иной молекулярный биорегулятор. Они и сами могут имитировать действие многих биорегуляторов - гормонов и нейромедиаторов. Последние, в свою очередь, влияют на скорость продукции АФК клетками. Таким образом, АФК оказываются универсальными информационными агентами. Но если АФК, в отличие от молекулярных биорегуляторов, не обладают химической специфичностью, как они могут обеспечить тонкую регуляцию клеточных функций?
При том, что значительная часть потребляемого организмом кислорода идет на производство АФК, текущие уровни свободных радикалов и других АФК в клетках и межклеточной среде очень низки. Многочисленные как ферментативные, так и неферментативные механизмы, в совокупности именуемые «антиоксидантная защита», быстро устраняют появляющиеся АФК. Свободный радикал можно ликвидировать единственным путем - добавлением к нему или отнятием у него одного электрона. Радикал превращается в молекулу (частицу с четным числом спаренных электронов), а цепная реакция обрывается. „Антиоксиданты обеспечивают высокую скорость рекомбинаций радикалов и их превращений в устойчивые молекулы. Поэтому небольшие изменения в скоростях продукции и/или утилизации АФК могут сопровождаться резкими скачками в их актуальных уровнях. Характерная особенность реакций рекомбинаций (спаривания) электронов ~ освобождение в этом акте значительных квантов энергии. Продукты таких реакций появляются в электронно-возбужденном состоянии, эквивалентном тому, что возникает при поглощении ими кванта света. Результаты наших исследований и данные других авторов свидетельствуют, что в условиях молекулярной и надмолекулярной организованности цитоплазмы эта энергия далеко не полностью рассеивается в тепло. Она может накапливаться в макромолекулах, надмолекулярных ансамблях, излучательно и безизлучательно перераспределяться между ними. Мы полагаем, что именно эта особенность радикальных реакций обеспечивает регуляцию и координацию работы исполнительных механизмов клетки. Эквивалентная световым фотонам энергия реакций рекомбинации может выступать и в роли «пускателя» метаболических процессов, и их ритмоводителя.
Действительно, появляется все больше данных о том, что многие, если не все биологические процессы протекают в колебательном режиме. С другой стороны, как показано нами и другими авторами, процессы с участием АФК, протекающие в условиях, характерных для внутренних условий живых систем, часто протекают в колебательном режиме. Мы предполагаем, что механизмы биологического действия АФК определяются не столько их средним содержанием в среде организма, сколько структурой процессов, в которых они участвуют. Под структурой процесса мы понимаем частотно-амплитудные характеристики реакций взаимодействия АФК друг с другом или с обычными молекулами. Если эти реакции поставляют энергию активации для специфических молекулярных процессов в клетке, то они определяют ритмы биохимических, а затем и физиологических процессов.
Колебательные ритмы, как периодические, так и нелинейные автогенерируются в процессах обмена АФК, но без регулярной внешней стимуляции продукция АФК рано или поздно затухает. Организм должен получать «затравку» в виде АФК извне. АФК могут поступать в организм извне, например, в форме аэроионов (супероксидного радикала) или с водой и пищей, АФК появляются в водной среде организма при поглощении фотонов достаточно высоких энергий (УФ- и более коротковолновой диапазон), возникающих, в частности, при Черенковском излучении, сопровождающем бета-распад поступающих в организм естественным путем радиоактивных изотопов 14С и 40К.
С другой стороны, возникающие при обмене в организме АФК ритмы в той или иной степени зависят от внешних ритмоводителей. К можно отнести колебания электромагнитных и магнитных полей, даже если амплитуда колебаний очень низка, поскольку реакции с участием АФК - это, по существу, реакции переноса неспаренных электронов, протекающие в электронно-возбужденной среде. Такого рода процессы, как следует из современных представлений физики нелинейных автостохастических систем, чрезвычайно чувствительны к слабым резонансным воздействиям.
Рассмотрим, как АФК могут регулировать биологические функции на уровне целого организма. Давно известно, что интенсивно производят АФК нейтрофилы, использующие, как полагают, эти оксиданты для непосредственного «сжигания» бактерий и вирусов. Но недавно выяснилось, что и лимфоциты, и тромбоциты, которые не принимают непосредственного участия в фагоцитозе и разрушении микробов, фибробласты и эндотелиальные клетки, гладкомышечные клетки сосудов, жировые клетки и клетки печени имеют ферменты и другие системы, закономерно продуцирующие АФК. АФК необходимы для нормального созревания яйцеклеток, а при акте, с которого начинается развитие новой жизни - при оплодотворении яйцеклетки - и сперматозоид, и яйцеклетка резко усиливают продукцию АФК. АФК, хотя и с более низкой интенсивностью, возникают и во внеклеточном пространстве - в межклеточном матриксе, к построенном из коллагена и протеогликанов, а также в плазме крови, в ходе реакций гликоксидации. Продукция АФК в соединительной ткани, к которой относится кровь и собственно соединительная ткань, пронизывающая весь организм, представляет особый интерес с точки зрения энергоинформационной роли процессов с участием АФК. Следует подчеркнуть, что все коллагены и многие белки плазмы крови являются спиральными волокнистыми структурами, которые теоретически способны к передаче энергии электромагнитных колебаний на большие расстояния. Можно предположить, что внеклеточные элементы соединительной ткани выполняют не столько опорную функцию, сколько информационную, поскольку образуют своеобразные каналы, связывающие все органы и ткани друг с другом, и выходящие на периферию (возможно, в виде акупунктурных точек). Клеточные элементы соединительной ткани могут служить ретрансляторами, декодерами и усилителями переносимых по волокнам сигналов. Интересно, что все без исключения живые организмы имеют соединительную ткань и ее аналоги, даже если у них отсутствует кровеносная и нервная системы.
Если АФК выполняют столь фундаментальную роль в организации процессов жизнедеятельности, то эту роль они должны были бы играть на всех этапах эволюционного процесса. Но как быть с общепринятым представлением о том, что свободный кислород возник лишь в результате фотосинтетической активности растений, т. е. длительный этап эволюции был анаэробным? Следует уточнить, что это представление основано на умозрительной гипотезе. С другой стороны, в последнее время появляется все больше фактов, говорящих о том, что вода, в которой и протекают многочисленные процессы с участием АФК, играет важнейшую роль и в порождении, и в организации этих процессов. В частности, установлено, что под действием механических воздействий - звука в слышимом и ультразвуковом диапазоне, фильтрации, механического разрушения льда, при конденсации паров воды и ее замораживании-оттаивании в воде повышается содержание перекиси водорода. При освещении воды слабым видимым светом или даже в темноте при интенсивном ее перемешивании в воде в присутствии простейших катализаторов (например, окиси меди) появляются заметные количества молекулярного водорода и кислорода.
Промежуточным этапом до появления в воде стабильных молекул Н2О2, O2 и Н2 должно быть ее разрушение до атома водорода и гидроксил-радикала: Н—О—Н - Н + ОН. Затем уже атомы водорода спариваются друг с другом, давая молекулу водорода, «ОН рекомбинируют с образованием перекиси, а последняя может разлагаться до воды и кислорода. Но хорошо известно, что для разрушения в молекуле воды ковалентной связи между атомом водорода и атомом кислорода требуется подведение к ней громадной порции энергии, эквивалентной кванту дальнего ультрафиолета. Как же может, к примеру, простая фильтрация или конденсация паров воды обеспечить появление таких порций энергии? Парадокс исчезает, если обратиться к различным современным моделям воды, во многом отличающихся друг от друга, но объединенным одной идеей - жидкая вода представляет собой не набор молекул, слабо связанных между собой, а в ней есть более или менее устойчивые структурные элементы, аналогичные полимерным молекулам. Эти модели выдвинуты для того, чтобы объяснить загадочное свойство воды, которое обобщенно можно назвать «память воды». Известно, при воздействии на полимер энергий весьма низкой плотности, в частности, механической энергии сама молекула полимера выступает в роли «повышающего трансформатора». Энергия низкой плотности преобразуется ею (конечно, с потерями) в энергию столь высокой плотности, что отдельные ковалентные связи в молекуле разрываются. Образно говоря, полимеры превращают тепло в свет. А тогда, если жидкая вода может хоть в какой-то степени рассматриваться как квази-полимер, то и в ней могут осуществляться подобные процессы, которые и приводят к появлению вначале радикалов, а затем и молекул водорода и кислорода. Имеющиеся оценки говорят, что скорость разложения воды океанов под действием абиогенных факторов может обеспечить повышение содержания кислорода в атмосфере до нынешнего уровня всего за несколько сот тысяч лет. Тогда развитие органической жизни на Земле с самого начало шло в присутствии кислорода и на фоне генерации АФК.
Учитывая квази-полимерную, структурированную природу воды, учитывая, что окислительные процессы с участием АФК в воде протекают далеко не хаотично, а имеют тенденцию к самоорганизации, выражающейся в их осцилляторном характере, весьма правдоподобным становится следующее предположение. Если на воду действуют потоки энергии низкой плотности, а в ней растворены газы N2, SO2, СО2, хотя бы в следовых количествах присутствуют модуляторы реакций АФК - ионы переходных металлов, то в воде может спонтанно идти образование сначала простейших, а затем все более сложных органических соединений - аминокислот, предшественников углеводов, нуклеиновых оснований. Как впервые показано А.Г. Гурвичем и подтверждено нами, в таких условиях может начаться спонтанная полимеризация мономеров, а образующиеся полимеры обладают зачатками ферментативной активности. Интересно, что в литературе встречаются согласующиеся с высказанным здесь предположением разрозненные данные о появлении даже в максимально очищенной от органических соединений воде аминокислот и других биомолекул, о возможности превращения одних био-мономеров в другие в присутствии АФК.
Так или иначе, появление оформленных биосистем должно было происходить в воде на фоне непрерывной генерации АФК и реакций с их участием. Отсюда следует, что характерные особенности этих процессов должны быть запечатлены на базовом уровне живых систем. Без учета этих процессов, в частности зависимости их структуры от внешних полевых воздействий космического и земного происхождения, уже нельзя строить модели, направленные на понимание механизмов функционирования живых систем на любых уровнях их организации.
www.vottovaara.ru
Кислород в воде искусственного водоёма
Добавлено: 28.03.2014
Всем прекрасно известно, что кислород – это газ, без которого невозможна жизнь. Применительно к искусственному водоёму в нём нуждаются населяющие его животные и рыбы, растения, бактерии. В отсутствии кислорода, Ваш искусственный пруд довольно быстро превращается в зловонное болото. Искусственный водоём, вода которого насыщенна кислородом, радует глаз владельца своей чистотой и прозрачностью.
Кислород в воде искусственного водоёма. Для чего?
Содержащийся в воде кислород способствует её очищению либо вступая в процессе окисления в непосредственную химическую реакцию с продуктами загрязнения, либо способствуя деятельности аэробных бактерий (бактерий, нуждающихся для своей жизнедеятельности в большом количестве кислорода).
От каких же факторов зависит содержание кислорода в воде искусственного водоёма, и как его повысить?
Кислород в воде искусственного водоёма. Факторы.
Содержание кислорода в воде напрямую зависит от температуры воды. При температуре воды 00С нормальное содержание кислорода в пресной воде составляет 14,7 мг/л (100%). С повышением температуры на 1°С содержание кислорода снижается примерно на 0,3 мг/л.
В естественных условиях количество кислорода в воде искусственного водоёма варьируется и зависит от нескольких условий. Количество кислорода в воде может увеличиваться за счет процессов абсорбирования его поверхностными слоями воды из воздуха, на интенсивность этого процесса влияет наличие ветра и течения воды. Также кислород выделяется в толщу воды в результате процессов фотосинтеза водных растений. Это происходит в дневное, светлое время суток. Ночью количество кислорода в воде уменьшается, т. к. идет обратный процесс – растения потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Поэтому максимальное содержание растворенного в воде кислорода приходится на послеполуденное время, а минимальное — на раннее утро. Пониженное содержание кислорода по утрам в сочетании с высокой температурой воды, отсутствием ветра и течения и т. п., становится иногда причиной, так называемого, летнего замора рыбы.
Для нормального существования искусственного пруда в летний период содержание кислорода в воде должно быть не менее 6 мг/л в пробе, отобранной до 12 часов дня.
Так же стоит отметить негативное влияние на количество кислорода избыточного железа в воде. Закисное железо легко переходит в окисную форму, поглощая растворенный в воде кислород.
Кислород в воде искусственного водоёма. Способы повышения концентрации.
Повысить содержание кислорода в воде искусственных водоёмов можно следующими способами:
- Принудительной аэрацией – это может быть фонтан, декоративный каскад, водопад, ручей, специальный аэратор. За декоративной привлекательностью динамических водных объектов скрывается глубокий практический смысл – насыщение воды кислородом.
- Озонирование с помощью специальной аппаратуры. Преимущество этого метода заключается в том, что в воду искусственного водоёма попадает атомарный кислород, являющийся не только более активным окислителем, но и сильным бактерицидным средством. Но вместе с тем - это самый дорогой вариант по стоимости используемой аппаратуры, и кроме того, не следует забывать, что озон чрезвычайно ядовит даже в низких концентрациях и относится к самому высокому классу опасных веществ, поэтому его использование должно контролироваться специальными датчиками.
- Использование перекиси водорода. Этот способ получил популярность благодаря форумам ландшафтных мастеров, специализирующихся на строительстве искусственных прудов и водоёмов. При использовании перекиси водорода в воду искусственного водоёма тоже попадает атомарный кислород, о свойствах которого говорилось выше. При внесении перекиси повышенное внимание следует обращать на соблюдение безопасных концентраций этого вещества, а в плавательных водоёмах, после внесения на несколько дней делать перерыв в купании.
Ознакомьтесь также:
"Круговорот азота в искусственном водоёме"
"Испарение воды"
gidrologia.ru
Кислородная вода - Справочник химика 21
Зная условия, в которых находились воды перед поступлением на барьер, класс и подкласс барьера, можно предсказать, какие элементы могут концентрироваться на этом барьере. Так, если к глеевому барьеру (графа С по вертикали) будут поступать слабокислые кислородные воды (вторая графа по горизонтали), то вероятна концентрация Си, и и Мо. Определяются элементы по пересечению соответствующих граф — в данном случае второй графы по горизонтали и графы С по вертикали (см. табл. 1). Соответствующий данным условиям подкласс физико-химического класса геохимических барьеров будет иметь обозначение С-2. [c.26]
В илах под поверхностными кислородными водами континентов сероводородные барьеры в настоящее время наиболее часто формируются в дельтах многих [c.46]На глеевых барьерах, как правило, четко выражена их двусторонность. Кроме рассмотренного потока кислородных вод, из глеевой зоны идет встречная миграция элементов, подвижных в бескислородной обстановке. К их числу относится Со, концентрирующийся за пределами глеевой зоны на кислородном барьере. [c.48]
X2,5X0,2 0,02 47 1,1 Тяжелая кислородная вода в воде 98 [c.125]
Если содержимое емкости представляет собой всю пробу для испьггания, то после сжигания пробы емкость для пробы промывают двумя порциями смеси петролейный эфир/толуол (каждая порция по объему соответствует примерно 2% от объема цилиндра) для растворения любого остатка пробы. Смесь после промывки следует сжечь в кислородно-водо-родном пламени. [c.338]
Для непосредственного доказательства участия воды в процессе горения рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания в Автомобильной лаборатории был проведен специальный эксперимент. В цилиндр двигателя вместе с бензином вводилась так называемая тяжело-кислородная вода, т. е. вода, содержащая изотоп кислорода с повышенным атомным весом (18 вместо 16). При анализе выхлопных газов часть изотопа кислорода (до 45%) была обнаружена уже не в воде, а в соединении с углеродом. Техника проведения этих испытаний была такова, что возможность реакции непосредственного замещения кислорода в молекулах воды и углекислоты была сведена до минимума. Поэтому данный эксперимент, повидимому, достаточно хорошо подтверждает высказанную ранее мысль, что в процессе горенпя рабочей смеси часть воды, поступившей в цилиндры двигателя, диссоциировала, и образовавшиеся при этом кислород и водород участвовали раздельно в процессе горения топлива. [c.26]
Как я уже отмечал ранее, недавно мы провели в пашей лаборатории следующий опыт (этот опыт предварительный, и я не хочу из него делать каких-либо выводов, тем не менее он показывает, что вода не сохраняется как таковая в процессе работы двигателя). Мы ввели в цилиндр двигателя так называемую тяжело-кислородную воду, содержащую изотоп кислорода с атомным весом 18 вместо 16, затем проанализировали отходящие газы, причем оказалось, что до 45% тяжелого изотопа кислорода вышли не в соединении с водородом, а в соединении с углеродом, в виде СОз- [c.260]
В литературе описано много типов кислородно-водо-родных элементов и ЭХГ [2]. Приведем лишь некоторые наиболее разработанные элементы и ЭХГ. [c.84]
Например, при растворении угольного ангидрида в тяжело-кислородной воде происходит реакция [c.284]
Содовые кислородные воды Легко мигрируют Ка, и, Р, Мо, и, V, Ка, В и лр. [c.279]
Краевые части болот, из поверхностных кислородных вод при смене окислительной обстановки глеевой осаждаются, и, Си, Ад, Мо, Сг, V, Аз [c.18]
Новые ряды миграции. Использование Кх позволило модернизировать ряды миграции Б. Б. Полынова, дополнить их редкими элементами, вести расчеты независимо от данных о содержании в водах хлора, т. е. выразить результаты в более контрастной форме. Для коры выветривания и вообще для кислородных вод зоны гипергенеза эти ряды имеют следующий вид (табл. 5). [c.27]
Кислородный геохимический барьер. Бескислородные воды часто содержат сероводород, двухвалентное железо и другие элементы в восстановленной форме. Если на путях миграции таких вод встречаются кислородные воды или кислород воздуха, то в этих местах возникает кислородный барьер. В зависимости от состава вод на нем возможна концентрация железа, марганца, серы и других элементов. [c.72]
Указанные олеофильные примеси нефти являются потенциальными источниками коррозии оборудования при переработке нефти и ухудшают качество получаемых нефтепродуктов. Они могут быть удалены частично или полностью только при термическом и каталитическом распаде соединений в процессах гидрогенизации, а также при специдоьной обработке нефтепродуктов химическими реагентами. При гидрогенизации нефти и нефтепродуктов большинство сернистых соединений гидрируется с выделением Нг 8, азотистых - аммиака, а кислородных - воды. Получаемый сероводород улавливается и используется для получения серной кислоты и серы. Следует также отметить, что " ррозионное действие нефтей в значительной степени зависит от количества кислорода, растворенного в них. [c.12]
Таким образом, имеется постоянный источник серы в водах и илах участка. Есть и все предпосылки для широкого развития сульфатредуцирующих бактерий. ГО в первую очередь достаточно теплый климат и обилие органических веществ, связанных с буйной растительностью камыщово-рогозово-тростниковой формации. Вырабатьшаемого бактериями в дельте НзЗ столько, что его не успевают окислить кислородные воды даже такой крупной реки, как Дон. В илах возникает восстановительная сероводородная обстановка. Начинаясь у обоих берегов, она охватывает 2/з площади реки, лишь в районе сильного течения остается место для глеевой обстановки в донных отложениях. На границе сероводородных илов и кислородных вод формируется нормальный сероводородный барьер с накоплением сульфидов [c.47]
Довольно сложная картина формирования комплексных техногенно-природных геохимических барьеров наблюдается при откачивании из шахт кислых глеевых вод. При попадании вод на дневную поверхность образуется техногенный кислородный барьер А, выпадающие гидроксиды Ре " сорбируют из вод целый ряд элементов (сорбционный барьер б). При протекании по карбонатным породам кислых вод образуется щелочной барьер В. В результате всфечи потока откачиваемых глеевых вод с кислородными водами в рассматриваемой барьерной зоне может возникнуть глеевый барьер С. [c.125]
Это открытие впоследствии подтвердили Гофман и Корпиун [48], которые также наблюдали образование небольших количеств гидразина в условиях образования аммиачного пламени при недостаточном количестве кислорода, а также при очень быстром охлаждении продуктов реакции. Кроме того, интересно отметить, что как аммиак, так и гидразин образуются при попадании кислородно-водо- [c.28]
Вартапетян Б. Б., Курсанов А. Л., Изучение водного обмена растений с помощью тяжелой кислородной воды H.,0 , Физиология растений, 6, 144—150 (1959). [c.359]
В стратифицированных водоемах в хемоклине у верхней границы гиполимниона создаются аноксигенные условия и всегда наблюдается максимальная концентрация литоавтотрофных хемосинтезирующих бактерий. Используя энергию окисления восстановленных неорганических продуктов распада органического вещества, таких, как водород, метан, сероводород, аммоний, а также восстановленных форм железа, они усваивают углерод углекислоты и синтезируют биополимеры клетки. Ниже верхней границы гиполимниона при благоприятных условиях бурно развиваются анаэробные фототрофные бактерии, главным образом несерные пурпурные, которые тяготеют к нижним горизонтам кислородных вод, и пурпурные серобактерии, тяготеющие к верхним горизонтам сероводородных зон, Еще глубже при более высоких концентрациях h3S и полном отсутствии кислорода обитают анаэробные зеленые серобактерии. Образующаяся пурпурными бактериями в процессе фотосинтеза элементарная сера и сульфаты используются сульфатредукторами. Продукция биомассы бактерий в этих слоях достигает 0,3 г/м в сутки, а их общая биомасса - до 3 г/м . В слое интенсивного хемосинтеза у верхней границы бескислородной зоны всегда скапливается значительное количество зоопланктона. [c.111]
В подземные воды свободный кислород проникает на различную глубину, называемую в геохимии кислород- ой границей. Ранее полагали, что такой границей служит горизонт грунтовых вод. В научные труды и учебные руководства даже проникла соответствующая схема Финча . Однако она оказалась весьма далекой от действительности. Прямыми наблюдениями Б. А. Беде-ра, А. И. Германова, Я. Б. Смирнова и других гидрогеологов доказано, что кислородные воды могут проникать из областей питания, например из горных массивов, в водоносные горизонты артезианских бассейнов на глубины в сотни и даже тысячи метров. Так, в При-ташкентском артезианском бассейне кислород был обнаружен в водах на глубине до 2000 м. Но кислородная граница может находиться и почти на земной поверхности. На заболоченных равнинах тундры и тайги кислород местами отсутствует даже в почвенных водах. Все же общая тенденция состоит в уменьшении содержания кислорода с глубиной, и для глубинных вод кислород не характерен. Об этом говорит его отсутствие в газожидких включениях гидротермальных минералов, в современных гидротермах, вскрываемых скважинами. Однако генерирование этого газа па больших глубинах полностью не исключается. [c.64]
Таким образом, существует наглядный признак участия кислородных вод в образовании и изменении горных пород окраска последних приобретает красные, желтые, бурые и другие теплые тона. Напротив, сизые, зеленые, черные, т. е. холодные, топа характерны для пород, образовавшихся из бескислородных вод в восстановительных условиях, о которых мы еще расскажем. В результате кислородная граница часто отмечена сменой теплой окраски на холодную, например красных пород на зеленые или черные. С этими явлениями связано важное открытие советских геологов, сделанное в 50-х годах. Они обнаружили, что кислородные воды местами внедряются в толщи сероцветных осадочных пород, содержащих восстановители — углистое и битумное органическое вещество, пирит и другие сульфиды, сидерит и т. д. При этом водоносные горизонты окисляются, образуется желтая или охристая зона пластового окисления (ЗПО) в виде языка, заключенная в сероцветных водоупорных породах. Изучение ЗПО приобрело важное практическое значение, так Как с ней связано формирование урановых и других руд в водоносных горизонтах (рис. 10). [c.67]
МощниКаМп человека в отработке месторождений. Создавая условия для их деятельности в рудных телах, т. е. закачивая туда кислородные воды, можно обеспечить подземное бактериальное выщелачивание руд. Сернокислые воды с растворенными металлами откачивают по другой системе скважин, из которых извлекают полезные компоненты. Такая технология прогрессивна она исключает строительство шахт, добычу ру ы, ее дробление и растворение. Всю эту дорогую и трудоемкую работу выполняют бактерии, которые к тому же работают в автоматическом режиме. [c.71]
На контакте сероводородных и кислородных вод особые серобактерии окисляют НгЗ с образованием элементарной серы. Кислородный барьер характерен почти для всех сероводородных источников. Вода в местах их выхода мутнеет от мелких капелек самородной серы и приобрета- [c.72]
Кислородные воды. Мы убедились, какую большую роль играет свободный кислород, растворенный в водах. Он определяет условия миграции других элементов, существование особых групп бактерий, ваншейпше геохимические особенности вод, концентрацию элементов на барьерах. Именно поэтому автор предложил выделять кислородные воды в особый тип вод, придавая кислородности высокий таксономический ранг при геохимической классификации вод. [c.73]
Сероводородные водь1. Геохимическая роль сероводорода и его производных — ионов НЗ" и 8 — огромна, так как они коренным образом меняют условия миграций большинства химических элементов, особенно образующих нерастворимые сульфиды. С сероводородным барьером связано образование многих рудных месторождений. Все это дало основание автору считать сероводородные воды вторым геохимическим типом вод, по своему таксономическому рангу равноценным кислородным водам. [c.80]
chem21.info
