Cap 1. Cap 1. PROPRIETATILE APEIPROPRIETATILE APEI [618956]

Cap 1. Cap 1. PROPRIETATILE APEIPROPRIETATILE APEI
1.1. STRUCTURA MOLECULEI DE APA1.1. STRUCTURA MOLECULEI DE APA
Structurile moleculare ale apei în cele trei stări de agrega re
1
A. B. C.
Structura moleculară Structura moleculară Structura molecu lară
ordonată semiordonată neordonată
a apei în stare a apei în stare lichidă. a apei în stare
solidă (gheață). gazoasă (vapori de apă).
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.2. PROPRIETATI FIZICE ALE APEI1.2. PROPRIETATI FIZICE ALE APEI
Toate proprietățile fizico-chimice ale apei derivă din p articularitățile
structurale ale moleculei de apă și asocierea lor prin int ermediul
legăturilor de hidrogen.
Proprietate Valoare
Densitate, ρ(T= 4oC) 1000 kg/m3
Temperatură de topire, Tt(p=1atm) 0oC
2t
Temperatură de fierbere, Tf(p=1atm) 100oC
Căldură de vaporizare, Lv 2442,8 kJ./kg
Căldură specifică, Cp 4182 J. /kg K
Viscozitate dinamică, η(T=20oC) 1,005.10W5kg./m.s
Conductivitate termica, k (T=25oC) 0,6.W/.(m*K)
Tensiune superficială, τ(T= 25oC) 71,96 .10W3N./m
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.1. 1.1.1. DensitateaDensitatea apei apei
Densitatea apei variază cu temperatură, însă aceasta depinde și de alte proprietăți
precum salinitatea, presiunea, adancimea și materiile în susp ensie.
Densitatea crește proporțional cu salinitatea și adâncime a.[g/cm3]1,0001Densitate maxima la 3,98CDependența de temperatură a densității apei lichide și soli de
3Densitatea apei [g/cm
0,91690,91730,9997
Temperatură [oC]- 4- 2 0 2 4 6 8GheaŃăApă
( )( ) ⋅
−Τ+⋅+−⋅=ρ29863, 312963,68 2 , 50892994,2881 1000TT
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.1. 1.1.1. DensitateaDensitatea apei apei
4
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.2. 1.1.2. VascozitateaVascozitatea apei apei
Viscozitatea este proprietatea fluidelor în mișcare de a se o pune deformărilor , care nu
provoacă variații ale volumului lor, prin dezvoltarea unor ten siuni tangențiale în
suprafața de separație a straturilor, care se deplasează cu vit eze diferite.
Proprietatea de vâscozitate este însoțită de proprietatea de aderență la perete și este
pusă înevidență de experiența luiNewton.
5pusă înevidență de experiența luiNewton.
hU⋅=η
τ
η=vâscozitatea dinamică;
U/h= gradientul de viteză în lungul normalei la direcția de curgere (viteză de alunecare).
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.2. 1.1.2. VascozitateaVascozitatea apei apei
Apa are viscozitate relativ mică, iar viscozitatea sa scade direct proporțional cu creșterea
temperaturii, cantitatea de suspensii organice și anorganice.
Variatia vascozitatii dinamice a apei cu temperatura.
υη=
6Vascozitate dinamica ……..1 N s/m2= 1 Pa s = 10 Poise
Vascozitate cinematica ….1 m2/s = 1 x 104cm2/s =1 x 104Stokes = 1 x 106centistokes
În apă, rezistența de înaintare este de aproximativ 100 de ori mai mare decât în aer.
ρυη=
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.3. 1.1.3. TensiuneaTensiunea superficiala superficiala
Tensiunea superficială este proprietatea generală a lichidel or de a lua o formă
geometrică de arie minimă în lipsa forțelor externe, datorată ac țiunii forțelor de
coeziune dintre moleculele lichidului. Tensiunea superfic ială a apei are o valoare
mare, care se datorează existenței unei puternice legături între moleculele de
apă. Această legătură se poate reduce semnificativ prin adăugare de compuși
organici sau prin creșterea temperaturii și salinității.
7
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.3. 1.1.3. TensiuneaTensiunea superficiala superficiala
Suprafața liberă a apei se comportă ca o membrană elastic ă: picioarele
insectelor, în contact cu suprafața apei, determină în doirea acesteia,
crescându-i aria.
8
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.3. 1.1.3. TensiuneaTensiunea superficiala superficiala
Apa se adună în picături, deoarece
tensiunea superficială determină o
formă cvasisferică acestora.
Coeficientul tensiunii superficiale
este definit ca fiind forța pe unitatea
9
de lungime.
lF=
σÎn bazinele acvatice, tensiunea superficială este proprietatea
apei responsabilă de împiedicarea aerisirii și penetrării
energiei solare la nivelul întregii mase de apă, cu repercu siuni
asupra dezvoltării organismelor acvatice.
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.3. 1.1.3. TensiuneaTensiunea superficiala superficiala
Capilaritatea este un fenomen datorat interacțiunilor dintre mo leculele de lichid și solid,
care apare în situațiile în care forțele de adeziune intermolecu lară dintre lichid și solid
sunt mai puternice decât forțele de coeziune intermoleculare d in interiorul lichidului.
Capilaritatea poate induce o mișcare ascendentă a apei, co ntrară celei descendente
induse de gravitație.
.
10
θ
ρσcos2hrg⋅⋅=Suprafața liberă a unui lichid în
echilibru nu este orizontală în
apropierea pereților. Unghiul de
racordare poate fi:
• ascuțit -lichidul udă peretele (apă);
• obtuz – lichidul nu udă peretele,
(mercurului).
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.4. 1.1.4. CalduraCaldura specifica specifica
Căldura specifică sau capacitatea calorică reprezintă canti tatea de căldură exprimată în
calorii, necesară pentru a crește cu un grad Celsius, t emperatura unui gram de
substanta.
A doua anomalie a apei este legată de căldura specifica ridicată a acesteia. La apa,
aceasta este de zece ori mai mare decât la fier. Apa se încălzește de cinci ori mai încet
decât nisipul, dar si procesul de răcire este lent.
11Substanta Faza Caldura specifica – J·kg-1·K-1
Aer (sec) gaz 1005
Aer (saturat in vapori de apa) gaz ≈ 1030
Apagaz 1850
lichid 4185
solid (0 °C) 2060
Carbune lichid ≈ 2000
Hidrogen gaz 14300
Litiu solid 3582
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.4. 1.1.4. CalduraCaldura specifica specifica
Datorita căldurii specifice foarte mari a apei, condițiile termice ale apei stagnante variază
foarte lent, ceea ce permite considerarea mediului lac ustru/marin/oceanic ca un mediu
stabil. Astfel, datorita capacității excepționale a apei d e a absorbi căldura, vietăți marine
nu sunt niciodată amenințate nici de supraîncălzire, nici de răcire excesiva.
Datorită capacității sale calorice, apa cedează încet și treptat căld ură către mediul
înconjurător , ceea cecontribuie la reglarea temperaturilor înmediul terestru .
1241604170418041904200421042204230
0 20 40 60 80 100 120Caldura specifica (J/kg 0C)
Temperatura (0 C)înconjurător , ceea cecontribuie la reglarea temperaturilor înmediul terestru .
Variatia caldurii specifice a apei cu temperatura
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.5. 1.1.5. ConductibilitateaConductibilitatea electrica electrica
Conductibilitatea electrică – proprietatea apei de a permite t recerea curentului electric.
Apa are o conductibilitate electrica foarte mică, ce depinde de concentrația și
mobilitatea ionilor prezenți în apă. Astfel, conductivitate ap ei creste cu cresterea
concetratiei de ioni prezenti in aceasta:
(apa pură 10-6S/m, apa potabila 0,005 – 0,5 S/m si apa de mare 5 S/m).
1.1.6. 1.1.6. ConductibilitateaConductibilitatea termica termica
13Conductivitatea termică – mărime fizică prin care se caracteri zează capacitatea unei
apei de a transmite căldura, atunci când este supusa unei difere nțe de temperatura.
Conductivitatea termică a apei are o valoare mică, λapa= 0,61 W/ m K, ceea ce face ca
transferul molecular de căldură să fie insignifiant. Insa transf erul de caldura in apa este
mai mare decat in aer λaer= 0,026 W/ m K, sau alte lichide (exceptie face mercurul ,
care areλHG= 7,9 W/ m K ).1.1.6. 1.1.6. ConductibilitateaConductibilitatea termica termica
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.7. 1.1.7. CalduraCaldura latenta latenta de de vaporizarevaporizare
Căldura latentă de vaporizare = cantitatea de căldură consumată la tem peratura de
1000C, pentru ca un gram de apă să se evapore. Datorită tăriei legăturii de hidrogen în
comparație cu legătura Van der Waals, apa are o căldura latentă de vapor izare mare
(LV≈ 2,3 J/kg).
1.1.8. 1.1.8. TransparentaTransparenta
141.1.8. 1.1.8. TransparentaTransparenta
Transparența apei depinde de lungimea de
undă a radiației care o traversează. Apa este
transparenta deoarece absoarbe foarte
putina energie (doar cea din spectrul
vizibil).
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.1.8. 1.1.8. TransparentaTransparenta
Transparența depinde de cantitatea de materie organică și anorgani că aflată în
suspensie, de curenți, temperatură și salinitate. Astfel, tran sparența apei crește odată
cu creșterea salinității și temperaturii. Deoarece transparenț a are valori relativ mici,
apa de mare nu este un mediu optic pur; poate fi pătrunsă de razele lu minoase până la
adâncimi mici. Limita se consideră a fi valoarea de 220 m adâncime. S ub această
15valoare apa devine opacă.
Transparenta apei este dată de legea lui Beer Lambert:
unde Izeste intensitatea radiației luminoase la adâncimea z a apei, I0este intensitatea
radiației luminoase la suprafața apei, ηtoteste coeficientul de absorbție total, ce
depinde de compușii în soluție și de materiile în suspensie.
Curiozitati: Cea mai mare transparență apa – Marea Sargaselor – 79m.
Valori medii: Atlantic 66m, Pacific – 50m, Indian – 42m, Oc. Arctic – 20 m.
În Marea Neagră vizibilitatea variază între 1÷25mzη
ztoteII−=0
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.3. PROPRIETATI CHIMICE ALE APEI1.3. PROPRIETATI CHIMICE ALE APEI
Proprietățile chimice ale apei sunt determinate de tipurile de l egături chimice pe
care apa este capabilă să le formeze. Pentru apa pură concentrațiil e molare ale
celor doi ioni sunt egale și au valoarea 10-7.
Apa naturală este un solvent universal, care poate dizolva diver se substanțe
minerale, gaze și substanțe organice. În apă sunt prezenți:
•cationi precum: calciu (64%), magneziu (17%), sodiu (16%), potas iu (3%),
aluminiu, fier, mangan, titan, crom, nichel, cupru, staniu, plumb, zinc, cobalt,
16aluminiu, fier, mangan, titan, crom, nichel, cupru, staniu, plumb, zinc, cobalt,
arsen, seleniu, cadmiu, stronțiu, bariu, litiu, beriliu etc.;
•anioni precum: fluor, azotat, brom, fosfat, bor, iod, cian, sulfat , carbonat,
bicarbonat, hidroxil, azotit etc.;
•substanțe neionice precum silice, substanțe uleioase, petrol iere, grase, fenoli,
detergenți și gaze dizolvate (oxigen, dioxid de carbon, azot, m etan, oxizi de azot,
amoniac, hidrogen sulfurat, radon ș.a.);
•floră și faună.
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.4. REGIMURI DE CURGERE ALE APEI1.4. REGIMURI DE CURGERE ALE APEI
•Numărul Reynolds (Re) este o mărime adimensională folosită în mecanica
fluidelor pentru caracterizarea unei curgeri, în special a regi mului: laminar,
tranzitoriu sau turbulent. Numărul Reynolds este raportul dintr e forțele de inerție și
forțele de frecare vâscoasă:νDe⋅=vR
17
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa

1.4. REGIMURI DE CURGERE ALE APEI1.4. REGIMURI DE CURGERE ALE APEI
•Numarul Froude Fr = dublul raportului energiei cinetice specifice in sectiu nea data si
a energiei potentiale a curgerii in aceeasi sectiune.
Pentru Fr > 1 Pentru Fr<1
curgere in regim supracritic , rapid curgere in regim subcritic , lent
totential cu adancimi mici siviteze mari fluvial cu adancimi mari siviteze mici .hgvFr⋅=2
18totential cu adancimi mici siviteze mari fluvial cu adancimi mari siviteze mici .
Gabriela Dumitran – Reabilitarea surselor naturale de apa