Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод - файл n1.doc

приобрести
Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод
скачать (12651.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc12652kb.19.09.2012 18:34скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Глава 11.4 СИСТЕМЫ С ЖИДКОЙ И ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСНЫМИ ФАЗАМИ

В данной главе рассмотрены системы с жидкой дисперсионной средой и с твердой или жидкой дисперсной фазой, размеры частичек которой превышают размеры коллоидных. Эти системы иногда назы­вают грубодисперсными, к ним относят суспензии и эмульсии

§ 1. СУСПЕНЗИИ

Суспензии имеют исключительно большое значение в природе и технике, далеко превосходящее значение типичных золей с твердой дисперсной фазой

Хотя частички суспензии больше коллоидных, они одновременно и поглощают и рассеивают свет. В отличие от опалесцирующих золей суспензии проявляют мутность не только при боковом освещении, но и в проходящем свете.

В связи с большим размером частичек (видимы в микроскоп) су­спензии седиментационно неустойчивы, если плотность дисперсной фазы не слишком близка к плотности дисперсионной среды и вяз­кость этой среды не очень велика. По той же причине суспензии не обнаруживают броуновского движения и осмотического давления и не способны к диффузии.

В отличие от оптических и молекулярно-кинетических свойств, ко­торые резко различны у суспензий и золей с твердой дисперсной фа­зой, по агрегативной устойчивости они весьма сходны Как правило, частички суспензий так же, как и частички лиофобных коллоидных систем, имеют на поверхности двойной электрический слой или соль-ватную (гидратную) оболочку. Величина электрокинетического по­тенциала частичек суспензий и золей примерно одного порядка и определяется с помощью макро- или микроэлектрофореза. Суспензии под влиянием электролитов коагулируют, т. е. их частички слипают­ся, образуя агрегаты.

В то же время для суспензий характерен ряд процессов, не свой­ственных коллоидным системам или протекающих иначе, чем у кол­лоидных систем. Это седиментация (описана ранее) и флотаиия, а также фильтрация и кольматадия.

Процесс флотации состоит в том, что к диспергированным в сус­пензии пузырькам газа прилипают частички твердой фазы и всплы­вают вместе с пузырьками на поверхность жидкости. При достаточно малых размерах пузырьков суммарная поверхность их оказывается очень большой и в результате всплывания на границе раздела жид­кость — воздух накапливаются твердые частички.

Сущность процесса фильтрации суспензий заключается в том, что при пропускании суспензии через пористую подложку на ее поверх­ности накапливается слой частичек твердой фазы, который имеет способность задерживать частички суспензии. Это сложный физико-химический процесс, который определяется дисперсностью и степенью агрегации частичек, а также образованием коагуляционной структу-

ры и способностью ее к самоуплотнению в фильтрующем осадке. Очень сложен и процесс кольматации — «вмыв» мельчайших глинис­тых, илистых или песчаных частичек в поры грунта для уменьшения водопроницаемости различных гидротехнических сооружений — дамб, плотин и т. д.

§ 2. ЭМУЛЬСИИ

Гетерогенные системы, в которых обе фазы являются жидкими, называют эмульсиями. Они широко распространены в природе (мо­локо, яичный желток, млечный сок растений и т. д.), их легко при­готовить искусственным путем (смазки, маргарин, майонез, космети­ческие кремы, многие лекарства и т. п.).

Обе жидкости, образующие эмульсию, должны быть нераствори­мы или мало растворимы друг в друге, и в системе должен присут­ствовать стабилизатор, который в данном случае называют эмуль­гатором. Эмульсии тем седиментационно устойчивее, чем ближе плот­ности обеих фаз. Чаще всего эмульсии состоят из воды и жидкости, которую принято называть «масло». Возможны два типа эмульсий: масло в воде (м/в) и вода в масле (в/м).

В эмульсиях дисперсная фаза взвешена в дисперсионной среде в виде капелек. Отличительной особенностью не слишком концентри­рованных эмульсий является сферическая форма частичек (капелек).

Обычно концентрация дисперсной фазы в эмульсиях чистых жид­костей (без эмульгаторов) не превышает 2 об. %. Такие эмульсии неустойчивы, легко происходит самопроизвольное слияние капелек дисперсной фазы (коалесценция) и последующее расслоение жидкос­тей. Чем меньше размер капелек, тем устойчивее эмульсии.

Достаточно устойчивую и концентрированную эмульсию можно приготовить лишь при добавлении эмульгатора. В зависимости от ти­па желаемой эмульсии нужно брать гидрофильные или гидрофобные эмульгаторы: гидрофильные эмульгаторы необходимы для стабили­зации эмульсии типа м/в, гидрофобные стабилизируют эмульсии ти­па в/м. Таким образом, эмульгатор должен обладать сродством к дисперсионной среде. Применение соответствующих эмульгаторов да­ет возможность получать эмульсии, в которых объем фазы гораздо больше объема дисперсионной среды.

В качестве эмульгаторов могут применяться самые различные по природе вещества: поверхностно-активные вещества, молекулы кото­рых содержат ионогенные полярные группы (мыла в широком смысле слова), неионогенные поверхностно-активные вещества, высокомоле­кулярные соединения.

Глава II.5 ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ

§ 1. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ

Электродные процессы включают две тесно связанные между со­бой группы процессов: процессы возникновения разности потенциа­лов в результате протекания химической реакции (например, в гальванических элементах) и обратные им химические процессы, про-

исходящие при электролизе, т. е. вызываемые пропусканием электри­ческого тока через раствор и связанные с переходом тока с провод­ника одного рода в проводник другого рода. Эти две группы процес­сов часто являются взаимно обратимыми.

Электродные процессы как в гальванических элементах, так и при электролизе всегда связаны с изменением заряда атомов (ионов) или атомных групп, т. е. являются окислительно-восстановительными реакциями. Для получения электрического тока необходимо, чтобы процессы окисления и восстановления происходили на разных элек­тродах и в результате этого электроды переводились в такие состоя­ния, при которых их электрические потенциалы были бы различны.

При погружении пластинки металла в воду ионы металла в ре­зультате действия сильнополярных молекул воды из пластинки пе­реходят в слой прилегающей к ней воды. В результате перехода катионов в раствор металл приобретает некоторый отрицательный заряд, тогда как прилежащий к нему слой воды заряжается положи­тельно в результате удерживания перешедших в раствор катионов отрицательным зарядом металла. На границе раздела металл — во­да образуется двойной электрический слой (см. главу ІІ.З «Колло­идные растворы»).

Возникающее электростатическое притяжение между перешедши­ми в воду катионами и противоположно заряженной пластинкой ме­талла препятствует дальнейшему течению этого процесса, и в системе устанавливается равновесие. Возникает разность потенциалов между металлом и окружающей водной средой. Равновесие имеет динами­ческий характер: растворение ионов металла не прекращается при достижении равновесия, но протекает с такой же скоростью, как и обратный процесс — выделение ионов из раствора на поверхности металла.

При погружении пластинки металла в раствор какой-либо его соли облегчается процесс перехода ионов металла из раствора на по­верхность пластинки за счет повышения концентрации ионов данно­го металла в растворе. Следовательно, равновесие в этом случае установится при другом потенциале заряда металла. Если в такой системе преобладает процесс перехода ионов металла в раствор, то пластинка металла заряжается отрицательно. Если же преобладает процесс перехода ионов из раствора на поверхность металла, то он приобретает положительный заряд. В обоих случаях на границе раз­дела металл — раствор возникает разность потенциалов. Каждому металлу и определенной концентрации его соли соответствует тот или иной потенциал.

На протекающие на электродах процессы влияют многие факто­ры: гидратация ионов, взаимодействие молекул растворителя и дру­гих ионов раствора (его ионная сила) и т. п.

§ 2. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Гальваническим элементом называется устройство, с помощью ко­торого можно получать электрический ток за счет проведения хими­ческой реакции.



Составим систему, в которой пластинки двух металлов, например цинка и меди, опу­щены в растворы своих солей, разделенные диафрагмой (рис. 11.16). Отвечающие равно­весному состоянию потенциалы этих металлов неодинаковы. Цинк обладает более высокой способностью выделять ионы в раствор, чем медь, и поэтому приобретает более высокий отрицательный заряд.

Если пластинки соединить проволокой, то в результате разницы их потенциалов, проис­ходит переход электронов с цинковой плас­тинки на медную. Это нарушает равновесие

двойного слоя на обеих пластинках, в результате чего с цинковой пластинки вновь выделится в раствор некоторое число ионов цинка, а на медной пластинке разрядится соответствующее число ионов ме­ди. Таким образом, снова возникает разность в зарядах пластинок, вызывающая переход электронов с цинковой пластинки на медную. Возникает самопроизвольно протекающий процесс, который приводит к растворению цинковой пластинки и выделению на медной пластин­ке металлической меди. В результате перехода электронов по прово­локе от одной пластинки к другой возникает электрический ток. Та­ким образом, гальванический элемент, основанный на описанном про­цессе, может служить источником получения электрического тока.

Электрическая работа, получаемая с помощью гальванического элемента, будет наибольшей, если элемент работает в условиях, наи­более близких к обратимым. В этом случае разность потенциалов между электродами элемента максимальна. Наибольшая разность потенциалов данного элемента называется его электродвижущей си­лой и обозначается э. д. с.

§ 3. ЭЛЕКТРОДЫ И ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

Гальванический элемент состоит из двух полуэлементов, каждый из которых содержит по одному электроду. Из полуэлементов можно составить самые различные гальванические элементы. Например, можно составить элемент не только из двух разноименно заряжен­ных, но и из двух одинаково заряженных электродов, например из меди и золота, различающихся величиной потенциалов (Cu/Cu2+= = +0,34 В, Au/Au+=+ 1,7 В). В обоих случаях для возникновения э. д. с. имеет значение только абсолютная величина разности потен­циалов двух электродов, а не знаки их зарядов.

Электроды, работающие на основе обмена катионами между электродом и раствором, называются обратимыми относительно ка­тиона. Существуют также электроды, обратимые относительно ани­она (С1-, Br-).

Различают электроды первого и второго рода. Электроды, первого рода — это системы, в которых концентрация в растворе ионов, отно­сительно которых обратим электрод, может быть различной. Элек­троды второго рода — это системы, в которых металл электрода (на-

пример, Ag) покрыт малорастворимой солью этого металла (AgCl) и находится в растворе, содержащем хорошо растворимый электро­лит с теми же анионами (см. дальше каломельный электрод). Су­ществуют электроды, которые только обеспечивают подвод и отвод электронов для окислительно-восстановительной реакции, протекаю­щей в растворе между растворенными веществами. Такие электроды не обмениваются с раствором ни катионами, ни анионами. Материал электродов не изменяется, а лишь служит источником или приемни­ком электронов. Эти электроды называются окислительно-восстано­вительными, или редокс-электродами.

Элементы, составленные из двух электродов указанных видов, работают за счет осуществления химических реакций, поэтому их объединяют под названием химических. Однако есть электроды, ра­бота которых обусловлена лишь различием в концентрации электро­лита в разных зонах раствора при одинаковом материале электродов. Заряды электродов, опущенных в растворы с разной концентрацией соли, могут быть и одинаковыми по знаку, но в силу разности кон­центраций соли величина их будет разная, что и требуется для воз­никновения э. д. с. Такие элементы называются концентрационными.

Отдельную группу составляют газовые электроды. В них провод­ник из инертного материала (платина, графит и др.) непрерывно на­сыщается газом, который вступает в обмен ионами с раствором. Га­зовые электроды могут быть электродами, обратимыми относительно катиона (водородный электрод) или относительно аниона (кислород­ный или хлорный электроды).

Потенциалы различных электродов характеризуются условными величинами по отношению к потенциалу какого-нибудь, электрода, принятого за стандарт (ряд напряжений). Зная эти величины для двух полуэлементов, можно определить э. д. с. составленной из них цепи. В настоящее время в качестве такого электрода сравнения ис­пользуется нормальный водородный электрод. Величиной, характе­ризующей потенциал рассматриваемого электрода, является э. д. с. гальванического элемента, состоящего из этого электрода и нормаль-- ного водородного элемента. Ее называют электродным потенциалом данного электрода.

Нормальным (стандартным) потенциалом данного электрода на­зывается его электродный потенциал, когда активность ионов, кото­рыми определяется электродный процесс, равна единице.

§ 4. ВОДОРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОД

Водородный электрод состоит обычно из платиновой пластинки, поверхность которой покрыта слоем высокодисперсной платины (пла­тиновой черни). Пластинка опущена в раствор, содержащий ионы водорода, и омывается током газообразного водорода.

В водородном электроде происходит реакция



потенциал водородного электрода зависит от условий, при которых он работает: концентрации ионов водорода в растворе, давления во­дорода в газовой фазе, температуры.

В качестве нормального (стандартного) водородного электрода (для которого электродный потенциал считается равным нулю) при­нимается водородный электрод, работающий при активности ионов водорода в растворе ан+=1, давлении водорода в газовой фазе равном 0,1 МПа, и данной температуре.

Водородный электрод дает очень точные хорошо воспроизводимые результаты, однако работу с ним сильно усложняет его чувствитель­ность к условиям процесса. В связи с этим предпочитают работать с другими электродами, потенциал которых по отношению к нормаль­ному водородному электроду хорошо известен. Измеряя искомый по­тенциал по отношению к такому электроду, легко далее рассчитать его относительно нормального водородного электрода. Наиболее упо­требительным из таких электродов является каломельный.

§ 5. КАЛОМЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД. СТЕКЛЯННЫЙ ЭЛЕКТРОД

Электроды второго рода являются более устойчивыми в работе и более точными, чем электроды первого рода.

Если металлический электрод покрыть слоем малорастворимой соли этого металла и опустить в раствор хорошо растворимой соли, содержащей тот же анион, то такой электрод работает обратимо от­носительно этого аниона. К таким электродам относится каломель­ный электрод. В нем паста из ртути (металлический электрод) и ка­ломели Hg2Cl2 (малорастворимая соль) помещается в раствор КС1 (однонормальный, децинормальный или насыщенный раствор).

На электроде протекает реакция






сокой надежностью и точностью. Наряду с рассмотренными электродами применяется также хингидронный электрод и другие.

Все названные электроды являются полу­элементами, которые в сочетании с интересую­щим нас электродом составляют гальваничес­кий элемент. Измеряя э. д. с. такого элемента, можно определить электродный потенциал ис­комого электрода.

§ 6. ИЗМЕРЕНИЕ Э. Д. С. ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЕНСАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Поскольку э. д. с. гальванического элемента не сохраняет в про­цессе работы строго постоянное значение (вследствие изменения кон­центрации растворов и других причин), точные измерения э. д. с. должны производиться при минимальном прохождении тока. Этому требованию отвечает компенсационный метод измерения э. д. с, ко­торый дает возможность определить э. д. с. элемента путем измере­ния разности потенциалов в условиях обратимой работы элемента. В схеме измерения э. д. с. компенсационным методом (рис. ІІ.17) источник тока 1 с известной э. д. с. Е1\ (например, аккумулятор) замкнут через проволоку АВ. Проволока должна быть достаточно однородной и одинакового сечения по всей длине, т. е. обладать оди­наковым сопротивлением по всей длине. Выполнение этого условия гарантирует падение напряжения на всем протяжении проволоки пропорционально ее длине. Проволока натянута вдоль шкалы. В бо­ковую цепь последовательно включены измеряемый элемент 2 и чув­ствительный гальванометр 3. При этом направление тока от элемен­та обратно направлению тока от аккумулятора. Перемещением по­движного контакта К подбирается такое его положение, когда э. д. с. элемента точно компенсируется и в боковой цепи ток не проходит. Это означает, что падение потенциала вдоль участка проволоки АК точно равно э. д. с. измеряемого элемента Е2. Зная длину пит уча­стков АК и KB, можно определить э. д. с. измеряемого элемента:



§ 7. ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН РАСТВОРОВ

Определение каких-либо свойств путем измерения э. д. с. гальва­нических цепей того или другого вида называют потенциометричес-кими определениями. Из различных потенциометрических определе-

ний для нас наибольший интерес представляет определение рН рас­творов.

Измерение рН растворов сводится к определению потенциала электрода (электрод определения), погруженного в исследуемый раствор, и основано на зависимости величины его потенциала от рН (см. § 5). Величину потенциала электрода определения устанавли­вают по э. д. с. цепи, составленной из электрода с известным потен­циалом — электрода сравнения (например, каломельного, хлорсереб-ряного и др.) и электрода определения. Э. д. с. цепи измеряют ком­пенсационным методом, т. е. сравнением с э. д. с. нормального элемента.

Электрометрическое определение рН очень удобно, особенно при исследовании мутных и окрашенных растворов. Отечественная про-мышленость выпускает специальные приборы (рН-метры), с помо­щью которых быстро и точно можно измерять рН растворов.

Потенциометрия используется также для определения концентра­ции кислот и щелочей, растворимости малорастворимых веществ и других определений.

§ 8. ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролизом называют процесс, в котором химические реакции

протекают под действием электрического тока.

Наиболее общая схема процесса следующая: два электрода по­мещены в раствор электролита. Ионы электролита движутся к со­ответствующему электроду: катионы — к катоду, анионы — к аноду. В результате взаимодействия с ним они, как правило, теряют свой заряд и превращаются в нейтральные атомы или атомные группы (первая фаза процесса). Такие группы отлагаются на электроде или вступают в какую-либо вторичную реакцию между собой, с молеку­лами растворителя, другими растворенными веществами или мате­риалом электрода (вторая фаза процесса). Весь процесс является окислительно-восстановительной реакцией. Положительный электрод (анод) имеет меньшее число электронов, чем его материал в не-, йтральном состоянии. Поэтому он интенсивно отнимает электроны, т. е. анод всегда является окислителем. Отрицательный электрод (катод) обладает избыточными электронами по сравнению с нейтра­льным состоянием данного материала, и потому он легко отдает элек­троны, т. е. катод всегда — восстановитель. Два эти процесса —анодное окисление и катодное восстановление — и составляют основу процесса электролиза.

В то же время сообщение металлу (электродам) электрического заряда влияет на взаимодействие металла с окружающим раствором. Сообщение положительного заряда приводит как бы к оттягиванию электронов поверхности внутрь металла, чем облегчается непосред­ственное взаимодействие молекул воды с положительно заряженны­ми ионами, составляющими кристаллическую решетку металла. Это способствует переходу ионов металла в раствор, т. е. растворению

металла. Сообщение металлу отрицательного заряда, наоборот, за­трудняет растворение металла и способствует выделению на элек­троде ионов металла из раствора.

Между количеством прошедшего электричества и количеством ве­щества, выделившегося при электролизе, существуют строго опреде­ленные соотношения, которые были открыты М. Фарадеєм. Согласно первому закону Фарадея, для любого электродного процесса коли­чество вещества, превращаемого при электролизе, прямо пропорцио­нально силе тока и времени его прохождения, т. е. прямо пропорцио­нально количеству прошедшего электричества. Второй закон Фарадея устанавливает, что при пропускании одинакового количества элек­тричества через растворы различных электролитов количества каж­дого из веществ, претерпевающих превращения, пропорциональны их химическим эквивалентам. При этом для выделения одного грамм-эквивалента любого вещества нужно пропустить 96500 Кл (кулонов) электричества. Это число называется постоянной Фарадея.

При проведении электролиза действительный расход тока обычно превышает его количество, рассчитанное согласно закону Фарадея в результате протекания различных побочных процессов. Отношение количества действительно получаемого вещества к теоретически рас­считанному называется выходом по току и выражается обычно в про­центах.

При электролизе всегда возникает некоторая разность потенциа­лов между электродами, направленная противоположно той, которая приложена извне. Это явление называется поляризацией. Различают химическую и концентрационную поляризацию.

Причиной химической поляризации является образование гальва­нической цепи вследствие выделения продуктов электролиза. Напри­мер, при электролизе водного раствора CuSO4 с платиновыми элек­тродами происходит выделение меди на катоде и кислорода на аноде. Это приводит к образованию гальванической цепи Cu|CuSO42, Pt, э. д. с. которой противодействует электролизу.

Концентрационная поляризация возникает в результате того, что концентрации электролита в анодном и катодном пространствах ста­новятся различными. Это приводит к образованию концентрационно­го элемента, э. д. с. которого направлена против приложенной разно­сти потенциалов.

Поляризацию обоих видов обычно можно уменьшить различными приемами (деполяризация). Например, концентрационную поляриза­цию можно значительно уменьшить, осуществляя энергичное пере­мешивание раствора. Химическую поляризацию можно ослабить применением веществ, активно взаимодействующих с веществами, ее вызывающими. Так, при поляризации, обусловленной выделением на катоде водорода, деполяризаторами могут служить различные окис­лители, а для ослабления поляризации, возникающей вследствие вы­деления на аноде кислорода, деполяризаторами могут быть соответ­ствующие восстановители.

§ 9. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Коррозией называется разрушение материала в результате хими­ческого или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Это взаимодействие начинается на поверхности материала, но при

значительном развитии оно может распространиться и вглубь. Тер­мин «коррозия» применяется к любому материалу. В настоящем па­раграфе мы остановимся только на электрохимической коррозии ме­талла. Так называется коррозия металлов, обусловленная электро­химическим взаимодействием различных составных частей данного металла или металлического изделия. Это взаимодействие происхо­дит в основном вследствие возникновения и работы гальванических элементов. Электрохимическая коррозия наблюдается при соприкос­новении металла с водой, раствором электролита (жидкостная кор­розия) или с влажным воздухом то ли с другим влажным газом (атмосферная коррозия), т. е. при условии образования на поверх­ности металла хотя бы тонкой пленки влаги.

Взаимодействие одного вполне чистого металла (исключая наибо­лее активные) с водой приводит лишь к возникновению разности по­тенциалов на поверхности раздела, так как эта разность потенциалов препятствует развитию данного взаимодействия в процесс. Если же соприкасаются два металла (или они соединены проводником), то образуется гальваническая пара и возникает процесс, самопроизволь­но протекающий в направлении растворения металла, который имеет более отрицательный электродный потенциал. Такой процесс проис­ходит не только тогда, когда соприкасаются куски двух различных металлов, но и тогда, когда контактируют даже микроскопически ма­ленькие кристаллики двух различных металлов, как это имеет место в сплавах. В таком случае на поверхности металла возникает мно­жество гальванических микроэлементов, при работе которых раство­ряется один из компонентов сплава, что постепенно разрушает по­верхностные слои металла. Одновременно все виды неоднородности ме­талла, в том числе и вызываемые различными способами обработки металлов (ковка, волочение, прокат и др.), могут влиять на течение коррозионного процесса, так как являются причиной возникновения химических цепей. Если сплав содержит не два, а большее число компонентов, то на поверхности металла возникают гальванические пары различных видов.

Рассмотрим двухэлектродную систему. При работе коррозионно­го гальванического элемента переход ионов металла в раствор про­исходит практически только от более активного компонента данной пары, заряжающегося при этом отрицательно (например, цинк в па­ре Zn—Си). Эти участки поверхности называются анодными. Анод­ный процесс заключается в растворении металла (окислении его). Однако накопление электронов в металле (повышение отрицательно­го заряда его поверхности) препятствует развитию анодного процес­са, если одновременно не будет происходить связывание электронов. Это, как правило, происходит на других участках поверхности, на­зываемых катодными участками (например, медь в паре Zn—Си). Катодный процесс в коррозионном гальваническом элементе заклю­чается в связывании электронов.

Таким образом, происходит переход электронов внутри металла с анодных участков на катодные, что делает возможным дальнейшее протекание анодного процесса. Коррозия развивается только при од­новременном протекании и анодного и катодного процессов. Тормо-

жение хотя бы одного из них снижает скорость всего коррозионного процесса.

При обычных процессах коррозии в атмосферных условиях элек­троны на катоде обычно связываются кислородом (кислородная де­поляризация):



Течение коррозии сильно зависит от образования на поверхности металла оксидных или других пленок. Пленка, изолируя поверхность металла от соприкосновения с воздухом или водой, по мере нарас­тания толщины прекращает дальнейшее взаимодействие.

Ввиду огромных потерь металла вследствие коррозии, издавна принимались меры для ее ослабления. Наиболее распространенными методами защиты металлов от коррозии являются методы создания на поверхности изделия защитного покрытия, изолирующего металл от разрушающего действия окружающей среды. К таким способам относится покрытие масляной краской, нитроцеллюлозными лаками, эмалями, битумами, пластическими материалами. Используются так­же металлические покрытия, создание защитных пленок (оксидных, фосфатных, сульфидных и др.). Применяют также и специфические электрохимические методы, например протекторную защиту и др.

Сущность протекторной защиты состоит в присоединении к защищаемому ме­таллу более активного металла (протектора), который становится анодом. Благо­даря этому анодные участки поверхности защищаемого металла полностью или частично превращаются в катодные по отношению к протектору.

Если коррозия протекает в жидкой среде, применяют замедли­тели (ингибиторы) коррозии. Так называют вещества, которые при введении в коррозионную среду в небольших количествах заметно снижают скорость коррозии.
РАЗДЕЛ ІІІ ПРИРОДНЫЕ ВОДЫ И
ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

Глава III. 1 НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

Общее количество воды на земном шаре составляет около 1,5 млрд. км3. Таким образом, на одного жителя нашей планеты при­ходится около 500 млн. м3 воды. Такого количества воды достаточно для водоснабжения в течение года города с населением 3 млн. че­ловек. Однако большая часть этой воды непригодна для использо­вания человеком из-за высокой концентрации в ней растворенных солей: 97—98 % всего количества поверхностных вод земного шара сосредоточено в морях и океанах, а запасы пресной воды не превы­шают 2—3 %. При этом большая часть пресной воды представлена ледниками и ледниковыми шапками и лишь незначительную часть составляют пресные воды водотоков и водоемов, а также атмосфер­ные воды.

Наиболее точный подсчет объема поверхностных вод и вод атмосферы был опу­бликован американским ученым А. Польдервартом:



1 Уточненная поправка В. Ф. Дерпгольца. У А. Польдерварта— 22 млн. км3.

В приведенном подсчете отсутствуют подземные воды, представ­ляющие значительную часть гидросферы. Следует отметить слож­ность решения данного вопроса, связанную с учетом различных форм подземной воды и подсчетом глубины ее распространения. Эта слож­ность проявляется в различии результатов, полученных разными учеными. В табл. III. 1 представлено распределение воды в гидросфе­ре по М. И. Львовичу, который учитывал в расчете подземной воды только гравитационную воду в пятикилометровой толще земной коры континентов.

Б. И.Вернадский, учитывая содержание воды в земной коре до глубины 16 км, оценивал ее количество в 450—500 млн. км.3 Для всей земной коры, по подсчетам американского геолога Дж. Каяна, количество воды составляет 840 млн. км3, а по




данным советского геолога В. Ф. Дерпгольца, — 1050 млн. км3, т. е. объем воды в земной коре приближается к объему Мирового океана. Приняв эти оценки, мы должны значитель­но увеличить объем всей гидро­сферы Земли.

СССР по запасам вод­ных ресурсов занимает второе место в мире пос­ле Бразилии. Все воды нашей страны составляют единый государственный фонд, включающий реки, озера, водохранилища, каналы, пруды и другие

поверхностные водные объекты, подземные воды, ледники и высоко­горные снежники.

По количеству рек и их протяженности СССР принадлежит пер­вое место в мире: количество рек длиной более 0,5 км составляет около 3 млн., в том числе 775 тыс. рек длиной не менее 10 км, общая протяженность которых более 5 млн. км. Суммарная величина стока наших рек является наибольшей в мире и в средний по водности год составляет 4714 км3.

Водообеспеченность (объем годового стока в расчете на одного че­ловека) в среднем по СССР составляет около 18 тыс. м3 в год, в то время как на каждого жителя Земли в год приходится в среднем 11 тыс. м3 речной воды.

Наиболее низкую обеспеченность собственными водными ресурса­ми имеют Туркменская и Молдавская ССР (0,2—0,5 тыс. м3 в год), а также Узбекская, Украинская и Азербайджанская ССР (0,9— 1,8 тыс м3 в год). Сравнительно удовлетворительные показатели во-дообеспеченности имеют Эстонская, Латвийская, Литовская и Бело­русская ССР (5—9 тыс. м3 в год). Высокую водообеспеченность име­ют Киргизская и Таджикская республики — около 18 тыс. м3 в год. Наибольшая водообеспеченность в слабо заселенных районах Сиби­ри и Дальнего Востока — до 150—260 тыс. м3 в год.

Основным источником влаги, поступающей на территорию СССР, является Атлантический океан. Годовая сумма атмосферных осадков для СССР составляет 8480 км3 или 389 мм.

Наша страна имеет богатейшие запасы озерной воды. Общее чис­ло озер составляет более 40000. В СССР находится самое большое пресное озеро Байкал (90% пресной озерной воды нашей страны). Суммарный объем вековых запасов водных ресурсов в озерах СССР составляет более 25 тыс. км3.

Водохранилища СССР в настоящее время составляют около 15 % мирового фонда водохранилищ. К началу 1971 г. в нашей стране на­ходилось в эксплуатации около 1000 водохранилищ различного на­значения с объемом, превышающим 1 млн. м3 каждое.

Подземные воды распространены по всей территории нашей стра-

ны. Суммарный объем ресурсов пресных подземных вод СССР со­ставляет около 180 км3. Ресурсы слабосоленых (1—3 г/л) и соленых (3—10 г/л) подземных вод оцениваются соответственно около 30 и 10 км3.

Суммарный объем воды в ледниках и высокогорных снежниках составляет 2830 км3. В наиболее мощных оледенениях Памира и Тянь-Шаня содержится около 2200 км3 воды.

Болота занимают значительную часть территории ряда районов СССР. Суммарные вековые запасы воды в болотах оцениваются 3000 км3, в том числе около 1000 км3 приходится на болота Западной Сибири.

Общие запасы водных ресурсов СССР составляют (км3):



1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Глава 11.4 СИСТЕМЫ С ЖИДКОЙ И ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСНЫМИ ФАЗАМИ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации