Minu lemmik keemiline ühend - Vesi (0)

Tallinna tehnikaülikool
Elektroenergeetika instituust
Vladislav Musakko (AAVB40, 111014)
Minu lemmik keemiline ühend
VESI
Referaat
Juhendaja : Ivo Paul
Tallinn 2013

Sisukord

Оглавление

Sisukord 2
Sissejuhatus 3
1.Vesi 4
2.Vee füüsikalised omadused 4
2.1.Vee elektrijuhtivus 5
2.2. Elektrolüüs 6
2.3. Soojusmahtuvus 6
3.Veekasutamine 6
3.1Hüdroenergia 8
Kokkuvõtte 8
Viited 9

Sissejuhatus

Vesi on äärmiselt tähtis meie igapäeva elus. Kasutame seda oma organismi toiteks, enda hügieeniks ja üldises majapidamises. On olemas äärmiselt palju valdkondi, kus vett kasutatakse, kuid mina oma referaadis rõhutan just vee elektrijuhtivus omadusele, soojus mahtuvusele ja selle üldisele kasutamisele.Valisin just selle keemilise ühendi tema mitmekülgsuse pärast.

1.Vesi

Vesi ehk  divesinikmonooksiid  ehk  vesinikoksiid  ehk  oksidiaan  on keemiline ühend molekulaarse valemiga H2O. Seega koosneb üks vee  molekul  kahest vesiniku ja ühest hapniku aatomist.
Vesi on kõige levinum aine nii Maal kui ka Universumis: molekulaarsetest ainetest on vesi leviku poolest kolmandal kohal pärast vesinikku (H2) ja süsinikoksiidi (CO).
Vesi on normaaltingimustel vedel seetõttu, et vee molekulidel on väga väike molekulmass ja nad moodustavad omavahel vesiniksidemeid. Vesiniksidemete olemasolu muudab vee molekulide üksteisest eraldamise raskemaks ja tõstab seega vee sulamis- ja keemistemperatuuri[1].
Tahkes olekus vett nimetatakse jääks. Jää on kristallilise ehitusega ja selle kristallvõres esinevad tühimikud, mistõttu on jää tihedus väiksem, kui vedelal veel.
Vett võib leida peaaegu kogu Maalt ja seda vajavad kõik avastatud elusorganismid . Nad koosnevad suures osas veest, mõned vees elavad organismid isegi kuni 99% ulatuses.
Vesi katab ligikaudu 70% Maa pinnast.
Vesi on üks levinumaid ja parimaid lahusteid, selles lahustuvad hästi väga paljud gaasilised, vedelad ja tahked ained.
Enamik protsesse eluslooduses kulgeb vesikeskkonnas lahustunud ainete osavõtul. Vesilahused osalevad näiteks ainevahetuslikes protsessides, vesilahustena omastavad ka taimed mullast toitaineid.

2.Vee füüsikalised omadused

Vesi Maal võib olla kolmes agregaatolekus:

• Tahkes – jää
  

• Vedelas – vesi
  

• Gaasilises – aur
  

Normaalsel atmosfäärirõhul (760 mm elavhõbedasammast, 101 325 Pa) muutub vesi tahkeks umbes 0 °C juures ja keeb umbes 100 °C juures. Rõhu vähenemisel hakkab jää sulamistemperatuur aeglaselt kasvama, keemistemperatuur aga langema .
Rõhul 611,73 Pa (umbes 0,006 atm) on sulamis- ja keemistemperatuurid võrdsed – 0,01 °C. Seda punkti vee olekudiagrammil nimetatakse kolmikpunktiks. Sellest madalamal rõhul jää  sublimeerub  e. muutub kohe auruks, jättes vedela faasi vahele. Sublimatsiooni temperatuur langeb rõhu alanedes. Kõrgemal rõhul esinevad jää modifikatsioonid toatemperatuurist kõrgemasulamistemperatuuriga.
Normaalsetel tingimustel hakkab vesi keema +98,9 °С juures ja rõhu suurenedes see temperatuur kasvab:[2]Temperatuuril 374 °C (647 K) ja rõhul 22,064 MPa (218 atm) läbib vesi  kriitilise punkti. Selles punktis on vee gaasilise ja vedela faasi tihedus ning teised omadused samad. Sellest kõrgemal rõhul ei ole enam vahet auru ja vedela vee vahel.
Vesi võib olla ka metastabiilsetes (kreeka keeles μετα – «üle» ja ladina keeles stabilis – «püsiv») olekutes: üleküllastatud ja ülekuumutatud aur, allajahutatud ja ülekuumutatud vedelik. Sellised olekud võivad püsida üsna kaua, kuid kui nad puutuvad kokku stabiilsema faasiga, toimub faasiline üleminek. Näiteks on puhtas klaasanumas lihtne saada allajahutatud vedelat vett, mille temperatuur on alla 0 °C, aga kui tekib vähemalt üks kristallisatsioonitsenter, siis vesi muutub jääks terve mahu ulatuses.

2.1.Vee elektrijuhtivus

Puhas vesi, mis ei sisalda ioone, on hea elektri isolaator, aga isegi deioniseeritud vesi ei ole täielikult ioonidest vaba. Vedelas vees toimubautoionisatsioon, mida kirjeldab järgmine võrrand: 2 H2O (v.)«» H3O+ (l.) + OH− (l.) Kaks vee molekuli moodustavad ühe hüdroksüüliooni (OH−) ja ühehüdrooniumiooni (H3O+). Selle pöörduva reaktsiooni kiiruskonstanti nimetatakse vee dissotsiatsioonikonstandiks ja tähistatakse Kw. Kw väärtus on 10−14 25 °C juures. Puhtas vees tekitab autoionisatsioon ioone, mis põhjustavad nõrka voolujuhtivust 0,055 µS/cm (25 °C). Seda on võimalik tuvastada tundliku aparatuuriga. On teada, et vee elektritakistuse teoreetiline maksimum on 182 kΩ·m 25 °C juures. Kui soola kontsentratsioon ületab piiri 100 "ppt" (üks osa lahustunud ainet triljon osa lahusti kohta), siis see hakkab märkimisväärselt alandama vee elektritakistust (kuni paari kΩ·m-ni). See juhtub tänu selle, et sool dissotseerub vees ioonideks, mis mängivad laengute kandjate rolli. Jääs on laengu kandjateks prootonid .

2.2. Elektrolüüs

Voolu kulgemine läbi vee põhjustab selle lagunemise järgnevateks koostisosadeks: molekulaarseks vesinikuks (H2) ja hapnikuks (O2). Seda nähtust nimetatakse elektrolüüsiks. Katoodil( miinus -elektrood) toimub kahe prootoni redutseerumine ja H2 eraldumine gaasilisel kujul.
H+ + e = 0,5H2 E=0 V
Anoodil aga hüdroksüülrühma oksüdeerumine ja hapniku eraldumine:
2OH- – 2e = H2O + 0,5H2O E=+0,401
Leeliselistes lahustes toimub sõltuvad pH-st anoodil mõõdukatel voolutihedustel hüdroksüülrühma depolariseerumine, nagu on kirjeldatud eelnevalt, happelise või leeliselise keskkonna korral toimub kõrgetel voolutihedustel elektronide ärastamine hoopis veelt.
H2O – 2 e = 2H+ + 0,5O2
Voolu ülekandes osalevad kõik lahuses olevad ioonid . Kuna puhta vee juhtivus on liiga väike tööstusliku elektrolüüsi läbiviimiseks, lisatakse selleleleeliseid, happeid või soolasid, selleks et tõsta ioonide hulka ja seega voolujuhtivust.

2.3.Soojusmahtuvus

Tänu rohkete vesiniksidemete olemasolule on veel võrreldes teiste ainetega väga kõrge erisoojusmahtuvus (veel kõrgem on ainult ammoniaagil). See omadus võimaldab veel stabiliseerida Maa kliimat leevendades suuri temperatuuride kõikumisi. Jää sulamissoojus 0 °C juures on 333,35 kJ/kg (suurem ainult ammoniaagil). Tänu sellele sulab triivjää (eriti kui see on massiivne ) väga aeglaselt. On väga huvitav, et jää soojusmahtuvus −10 °C juures ja veeauru soojusmahtuvus 100 °C juures on peaaegu samad - 2,05 J/(g·K) ja 2,08 J/(g·K).

3.Veekasutamine

Ajalooliselt tekkisid ja õitsesid tsivilisatsioonid suurte veekogude juures: Mesopotaamia, mis on nii öelda tsivilisatsioonide häll paiknes kahe suure jõe – Tigrise ja Eufrati vahel; Egiptuse iidne ühiskond oli täielikult sõltuvuses Niilusest. Tänapäeva suurlinnade, nagu  Rotterdam , Montreal, Pariis, New York , Buenos Aires edukus põhineb osaliselt sellel asjaolul, et nendega oli võimalik teostada kaubavahetust vee kaudu. Vee roll meie elus on raskesti hinnatav , kuna seda kasutatakse peaaegu kõikjal:

• põllumajanduses;
  
• joomiseks ja toidu valmistamiseks;
  
• hügieentoiminguteks;
  
• soojuskandjana erinevates seadmetes;
  
• tuumaelektrijaamades soojuskandja ja neutronite aeglustajana;
  
• tule kustutamisel;
  
• emulsioonmääretes;
  
• koos abrasiivsete materjalidega kivimite lõikamiseks;
  
• kõikides tööstusharudes;
  
• rekreatsioonilistel eesmärkidel.
  

Euroopa veevaru on veidi üle 3500 km3/aastasA, Eesti veevaru moodustab sellest üle 11km3/aastas ehk 0,3%. Eestis kasutatakse nii põhja- kui ka pinnavett . Sealjuures enamike Eesti asulate ja ettevõtete veevajaduse katab põhjavesi, kuid Tallinnas ja Narvas, samuti mõnes tööstusettevõttes, sh Sillamäel, Kohtla-Järvel, Kundas, kasutatakse veevarustuses peamiselt pinnavett, sest põhjaveevarudest seal ei jätkuks.Et näha, kui säästlikult veevaru kasutatakse, võrreldakse ühe aasta jooksul veekogudest võetud veehulka pikaajalise aastakeskmise äravooluga, s.t arvutatakse välja veekasutuse indeks (%). Siinjuures arvestatakse elanike ja tootmise veekasutust ning kaevandustest ja karjääridest välja pumbatud vett, kuid välja jäetakse Narva elektrijaamade jahutusvesi, mida võetakse Narva jõest ja lastakse peale kasutamist samasse jõkke tagasi. Veekasutuse indeks Eestis on väike, see püsib alla nelja protsendi ja jääb alla kriitilise veevaru kasutuspiiri, mis on 20%.
Kriitilist piiri ületavad 2005. a andmetel Euroopas üheksa riiki: Saksamaa, Küpros, Hispaania , Belgia, Bulgaaria , Itaalia, Inglismaa, Malta ja Makedoonia , kus elab natuke alla poole kogu Euroopa elanikkonnast.

3.1Hüdroenergia

Hüdroenergia ehk hüdrauliline energia ehk vee-energia ehk veejõud on mehaanilise energia liik, mis vabaneb vee vabal langemisel Maa raskusjõu mõjul.
Hüdroenergiat muundatakse otse mehaaniliseks energiaks (nt vesiveskites) või elektrienergiaks hüdroelektrijaamades (nimetatud ka hüdroelektrienergiaks).
Suur osa hüdroenergiast on jõgedes, kus see kulub näiteks setete allavoolu viimiseks , samuti jõesängi uuristamiseks ja jões olevate kivide lõhkumiseks. Kõige suurem on jõgede hüdroenergia suurvee ajal. Läbi aegade on inimesed välja mõelnud meetodeid , kuidas osa sellest energiast panna tegema inimestele kasulikkutööd.
Hüdroenergiat loetakse taastuvenergiaks. Näiteks jõe  vooluhulk  ei vähene sellest, kui jõele rajatakse hüdroelektrijaam.

Kokkuvõtte

Veel on kolm põhilist olekud, igas oleksu on tal omapärased omadused, mille inimkond on väga palju uurinud, ja kasutanud. Vesi on väga tõhus elektri tootmises, ning äärmiselt puhas energia allikas. Seda valdkonda inimesed on uurinud sajandeid , ning vee omaduste mittmekülgsuse tõttu, pole jõudnud oma teadmiste tippu.

Viited

http://et.wikipedia.org/wiki/H%C3%BCdroenergia
http://www.keskkonnainfo.ee/failid/ky/vesi.pdf
http://maeopik.blogspot.com/2010/02/vee-elektrijuhtivus.html
http://et.wikipedia.org/wiki/Ves i