> News of the day <

Dr Pro – două vorbe despre clor

Clorul este o substanţă de culoare galben-verzuie care se dizolvă extrem de uşor în apă. Are miros iute, înţepător, toxic iar nasul omului îl simte de la concentraţii începând cu 0,3 ppm (părţi per milion!). Se adaugă la apa de reţea întrucât distruge foarte eficient microorganismele. În acele zone din lume unde nu se adaugă … Read more

septembrie 2019
Lu Ma Mi Jo Vi Du
« Aug    
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30  

Câte ceva despre anomaliile apei

“Trăim prin harul apei” (“ We live by the grace of water”’)– National Geographic special edition, noiembrie, 1993.

Deşi apa este cea mai studiată substanţă de pe Pământ este şi cea mai puţin înţeleasă. Dimensiunile mici moleculare contrazic uluitoarea complexitate a reacţiilor la care participă asemeni unui cameleon pentru susţinerea vieţii. Apa reprezintă circa 94% din greutatea unui făt la naştere şi 59% din cea a unui adult aflat la apogeul vieţii. În interiorul organismului apa se deplasează intra şi extracelular prin canalele de intrare a apei în celulă descoperite de Pof Dr Gheorghe Benga de la Cluj (aquaporine) printr-un mecanism osmotic (prin diferenţă de presiune osmotică). Timpul de înjumătăţire al apei din corpul nostru este de zece zile (după 19 zile întreaga cantitate de apă este înlocuită). Copii au nevoie de mai multă apă deoarece rinichii lor nu pot concentra urina şi reţine apa la fel de mult ca un adult. În mod obişnuit apa este considerată un lichid tipic şi anonim. Nimic nu este însă mai atipic şi mai neobişnuit decât banala apă iar aceste “capricii”sunt cele care fac posibilă existenţa vieţii pe Pământ. Mai întâi deşi suntem învăţaţi că la robinet sau în sticlele de la market se află “apă de băut”, în realitate este vorba de soluţii apoase care conţin sute şi mii de substanţe dizolvate sau aflate în stare de suspensie şi pe care le introducem în organism când ne este sete. Nu numai în România, ci şi în alte ţări mai “pretenţioase”, apa îmbuteliată are ca sursă tot reţeaua publică (peste 70% din sortimentele îmbuteliate) şi deci poate fi considerată tot menajeră. Apa este cel mai mare solvent de pe Pământ, ea fiind atât de generoasă încât poate “lua la ocazie” prin dizolvare peste douăsute de mii de substanţe chimice diferite, din care peste zece mii nu îi modifică gustul, culoarea, mirosul (rămâne inertă) aşa încât noi nu vom ştii că ele există în ea. Întrucât toate fiinţele vii conţin apă lichidă, putem afirma că noi înşine suntem nişte soluţii apoase (această substanţă miraculoasă nu-şi modifică structura ca solvent şi astfel, organismele vii o pot strecura şi recila ori de câte ori este nevoie în procesele metabolice). Punctul de “topire” al apei solide (gheaţa) este cu 100K mai mare decât la alte hidruri cunoscute (mai mare cu 54K decât al O şi cu 4K decât al H). Punctul de fierbere al apei este cu 150K mai mare decât la alte hidruri asemănătoare (cu 90K mai mare decât a O şi cu 20K faţă de H). Apa fierbinte îngheaţă mai repede decât apa rece. Fenomenul a fost observat de Aristotel în sec IV î.Ch dar a fost adus în lumina atenţiei comunităţii ştiinţifice şi a publicului de un student sărac dar perseverent din Tanzania – Erasto Mpemba iar azi această ciudăţenie a apei îi poartă numele (efectul Mpemba). Dacă ar fi să ţinem seama de categoria de substanţe chimice din care face parte, apa ar trebui să se găsească pe Pământ doar sub formă de vapori. Căldura specifică a apei este de zece ori mai mare decât a fierului şi se încălzeşte de cinci ori mai încet decât cuarţul (dar şi procesul de răcire este tot lent). Capacitatea calorică specifică reprezintă cantitatea de căldură, în calorii, absorbită de 1 gram dintr-o substanţă, când se ridică temperatura cu 1°C. Unitatea de măsură pentru căldură, caloria, este egală cu capacitatea calorică a unui gram de apă (la 15°C). Întrucât absoarbe foarte repede şi foarte mult căldură, pe care o eliberează încet, vietăţile din mări şi oceane nu sunt ameninţate de răcirea bruscă sau de supraîncălzire. Pentru a evapora apa dintr-un ceainic de cafea ne este necesară de 5,5 ori mai multă căldură decât pentru a o face să fiarbă. Fără această “meteahnă” a apei, lacurile ar seca foarte repede iar viaţa din ele ar pieri. Când îngheaţă, apa se dilată (celelalte hidruri se contractă) devenind astfel mai uşoară (îi creşte volumul cu 9%) decât în stare lichidă (ea se contractă de fapt dar până la 4 grade , temperatură de la care inexplicabil începe să se dilate). Pentru că se ridică şi rămâne la suprafaţă şi pentru că este un bun izolator, niciodată apa nu va îngheţa până la fundul vasului. Din acest motiv, chiar atunci când iernile sunt foarte aspre în Antarctica, animalele marine nu sunt prea afectate de frig. Capilaritatea este proprietatea lichidelor de a se abate de la principiul vaselor comunicante în spaţiile capilare (foarte mici). Ea este o consecinţă a tensiunii superficiale şi a adeziunii.

Dacă forţele de adeziune dintre moleculele lichidului şi cele ale solidului sunt mai mari decât forţele de atracţie moleculară dintre moleculele lichidului, se formează un menisc concav spre exterior şi spunem că lichidul udă suprafaţa solidă. Dacă raportul între forţele de mai sus este invers, se formează un menisc convex şi spunem că lichidul nu udă suprafaţa solidă. Udarea sau nu a unei suprafeţe solide, depinde de natura celor două elemente care vin în contact.

Apa udă sticla curată şi fibrele de bumbac, dar nu udă sticla acoperită cu un strat subţire de grăsime, nici parafina şi nici masele plastice. Apa are cea mai mare tensiune superficială (cu excepţia mercurului). De aceea picătura de apă tinde să se facă ghem. Picătura de apă este strânsă ca într-un ambalaj în pelicula sa superficială. Aşadar, suprafata apei este întotdeauna acoperită cu o peliculă foarte subţire alcătuită din molecule. Pentru a o rupe este necesară aplicarea de forţă şi încă una destul de mare. Cele mai multe din aceste anomalii au fost explicate prin “apetitul” apei pure de a forma structuri hexagonale.

Astfel, fiecare atom de hidrogen al moleculei centrale formează o legatură de hidrogen cu câte o pereche de electroni neparticipanţi ai altor două molecule de apă şi fiecare pereche de electroni neparticipanţi ai moleculei centrale formează o legatură de hidrogen cu un atom de hidrogen al unei molecule de apă vecine. În această structură, oxigenul are numărul de coordinaţie 4, iar hidrogenul numărul de coordinaţie 2. Continuată la infinit, structura aceasta duce la o reţea hexagonală, similară cu a β-tridimitei. Unghiurile de valenţă sunt lărgite la 109,5°, covalenţele H-O sunt lungite la 0,99Å, iar distanţele O….O sunt de 2,76 Å. Această structură, confirmată şi prin difracţia cu neutroni, explică momentul electric al moleculei H2O, mai mare în gheaţă (2,5 D) decât în apa în stare de vapori (1,84 D). Anomaliile proprietăţilor fizice ale apei se explică prin faptul că apa lichidă nu este formată din molecule H2O independente, ci din molecule asociate prin legături de hidrogen. Deşi nu domneşte încă unanimitate de păreri asupra structurilor asociate ale apei, este sigur că la topirea gheţii nu se rup toate legăturile de hidrogen ale reţelei, ci numai o parte din ele. Apa lichidă este deci compusă din fragmente cu structură tetraedrică/hexagonală, dar şi din asociaţii cu structuri mai compacte, care, în echilibru cu structura mai afânată de tridimită, explică creşterea abruptă a densităţii la topire, la 0°C, urmată de o creştere mai lentă a densităţii până la 4°C, când este atins un maxim. Peste această temperatură, densitatea scade monoton. Deşi ruperea asociaţiilor de molecule de apă, în fragmente mai mici şi în molecule simple de H2O, continuă, are loc şi o dilataţie normală ca în orice lichid, datorită creşterii energiei cinetice a moleculelor cu temperatura. Sub 4°C domină primul, iar peste 4°C al doilea dintre aceste efecte antagoniste.

Nu există polimeri definiţi ai apei, ci fiecare moleculă de apă tinde să se înconjoare tetraedric cu alte molecule. În apa lichidă se formează asociaţii de două până la şase molecule de apă, care însă există, individual, numai un timp foarte scurt. Asociaţiile de molecule de apă se desfac şi se refac necontenit, în aşa mod încât numărul total, statistic, de molecule asociate, dintr-o cantitate dată de apă, să rămână constant, la aceeaşi temperatură.

Se apreciază că, la topire, se rup brusc 15% din legăturile de hidrogen din cristalul de gheaţă, la 40° sunt desfăcute aproximativ jumătate din legături, iar în stare de vapori sunt desfăcute toate legăturile de hidrogen.

“Apa este formată din hidrohen şi oxigen. Mai există însă un al treile lucru pe care îl conţine apa şi pe care nimeni nu-l ştie”). H.D.Lawrence.

Osmoza inversă şi apa „osmotică”

Auzim tot mai des cuvintele „osmoză inversă” deja intrate în vocabularul cotidian precum „DVD”, „celular”, „termopan” sau „plasmă”. Ce înseamnă pentru noi „osmoza” şi la ce ne foloseşte?

Osmoza este fenomenul prin care substanţele apoase trec prin membrana celulei (care este semi-permeabilă) proces în cadrul căreia sunt transportate în interiorul celulelor noastre, de regulă, substanţele necesare activităţii celulare (se defineşte prin mişcarea unui solvent printr-o membrană semipermeabilă care separă două soluţii şi care are ca finalitate echilibrarea concentraţiei în minerale a celor două soluţii cu concentraţie diferităsau este procesul fizic de trecere a unei soluţii printr-o membrană semipermeabilă pentru separarea substanţelor aflate în stare de dizolvare sau de suspensie).

Membrana osmotică nu permite trecerea substanţelor dizolvare sau în suspensie ci doar a sulutului, în cazul nostru doar a apei.Este o metodă de înaltă calitate de obţinere a apei pure destinate cercetării în biochimie, biofizică sau pentru consumul uman.

Iniţial metoda a fost folosită pe staţia spaţială (purificarea/reciclarea tuturor lichidelor eliminate de cosmonauţi) întrucât transportul apei pe staţia spaţială necesita costuri enorme (peste 10.000 de dolari litrul), apoi pe submarinele armatei americane.

Procesul de osmoză prin membrane semipermeable a fost observat pentru prima oara în 1748 de către Jean Antoine Nollet. Timp de 200 a rămas la stadiul de aplicare doar în laborator, până în 1949 când Universitatea din California Los Angeles (UCLA) (Loeb şi Sourirajan) pune la punct un sistem de desalinizare a apei de mare şi obţinere a apei dulci potabile, folosind membrane semipermeabile din acetat de celuloză prin fenomenul de osmoză inversă.

Principalul criteriu de apreciere a performanţei unei membrane osmotice este rezistenţa chimică şi selectivitatea.Există pe piaţă membrane de triacetat de celuloză (CTA) care “putrezesc” în prezenţa clorului din apă, şi membrane pe bază de TFCM (Thin Film Composite Membrane) care sunt de asemenea, descompuse de clor. Cele mai performante membrane osmotice sunt fabricate pe bază de materiale compozite (poliamidă) şi au fost brevetate de FilmTec Corporation în 1970. Aceste polysulfonamide au fost sintetizate prin reacţii de policondensare (interacţiunea 1,6 hidro-hexanediamine şi 1,5-clorură de naphthalenedisulfonyl (NDSC) cu diferite cantităţi de agent crosslinking 1,3,6-clorură de naphthalenetrisulfonyl (NTSC))

Până în anul 2000 existau, în lume,peste 20 000 de staţii de obţinere a apei potabile prin osmoză inversă, asigurând câteva milioane de tone de apă purificată molecular destinată consumului uman.

U.S.Army, armata celei mai puternice naţiuni din lume foloseşte sisteme de purificare a apei prin osmoză inversă numite ROWPU’s (pronunţat “Roh-poo” – Reverse Osmosis Water Purification Unit)

Primul proiect important de obţinere a apei potabile prin osmoză inversă a fost demarat de guvernul SUA în 1950 şi avea ca scop asigurarea apei pure pentru Marina Americană. Echipamentele au fost folosite cu succes în timpul operaţiunii „Furtună în deşert” în Iraq dovedindu-şi fiabilitatea şi capabilitatea de a oferi apă practic din orice sursă (chiar infestată chimic, biologic sau radioactiv).

Armata română are în dotare echipamente funcţionale pe bază de osmoză inversă americane pentru obţinerea apei pe câmpul de luptă folosind orice sursă.În afară de SUA, alte state precum Israelul, China sau Spania şi-au propus să treacă progresiv la asigurarea apei potabile pentru populaţie, folosind sistemele de purificare prin osmoză inversă.

Sistemele care folosesc membrane osmotice au o serie de vulnerabilităţi ceeace le diferenţiază din punct de vedere al siguranţei în exploatare.
Heart Splash Pictures, Images and Photos
Membranele osmotice sunt uşor distruse de suspensiile din apă sau de sărurile dizolvate (carbonat de calciu, sulfat de calciu, sulfat de bariu, sulfat de stronţiu, şi dioxid de siliciu, fierul, sulful, hidrogenul sulfurat, material organic – microbi, viruşi, sărurile de aluminiu, manganul sau clorul). Toate aceste substanţe chimice organice sau anorganice, pH-ul acid sau alcalin, distrug polimerii sensibili din care este construită membrana osmotică.

De aceea performanţa membranelor osmotice (cea mai importantă componentă a echipamentului de purificare) se stabileşte în funcţie de rezistenţa la agresiunile fizico-chimice la care sunt expuse în procesul de hiperfiltrare.

Înainte de a achiziţiona un sistem de filtrare a apei, fiecare ar trebui să se informeze cu atenţie despre caracteristicile tehnice ale membranelor (compoziţie) dar şi despre sistemele de prefiltrare (protecţia membranei) deoarece speranţa obţinerii unei ape sigure biologic se poate transforma uşor în regret.

Există firme care, pentru a obţine un profit imediat, oferă echipamente ieftine, însă nu şi informaţiile absolut necesare publicului (sunt aşa numiţii “fluturi de noapte” care, pentru a aveau un preţ mic, “ieftin”, nu au sediu, au oameni slab pregătiţi şi materiale ieftine). Şi aici, la fel ca în oricare alt sector economic, profitul este singurul factor care motivează aceşti agenţi/firme.

Apa dură (de la robinet sau reţea, minerală din market sau din surse freatice – fântâni) este orice apă care conţine o cantitate apreciabilă de minerale dizolvate. Apa dură reduce durata de “viaţă” sau de folosinţă a instalaţiilor sanitare datorită depunerilor (se observă aceste “depuneri” pe vasele de bucătărie după ce o fierbem), sau creşte cantitatea de energie necesară încălzirii unui sistem de ţevi “căptuşite” cu depuneri de carbonat de calciu şi magneziu sau alte săruri minerale. În afară de risipa de energie mai trebuie amintită risipa de săpun şi detergenţi, deoarece necesită o cantitate mai mare pentru a face spumă şi a elimina murdăria.

Randamentul unui săpun sau detergent este dat de reacţia chimică dintre o componentă grasă (o trigliceridă sau stearat de sodiu şi o “leşie” sau hidroxidul de sodiu. Apa dură duce la formarea stearatului de calciu şi magneziu care aderă de cadă sub formă de “inel” gras (este vizibil după ce ne clătim cu apă atunci când ne facem baie şi pentru care se supără soţia pentru că se curăţă greu). Acesta se lipeşte şi de pielea noastră şi din acest motiv vom consuma o cantitate de săpun, dar şi de apă, mai mare pentru clătire.

3 vizitatori online acum
0 vizitatori, 3 roboti, 0 membri
Numar maxim de vizitatori astazi: 7 la 04:29 am UTC
Aceasta luna: 13 la 09-07-2019 02:16 pm UTC
Acest an: 41 la 02-27-2019 11:45 pm UTC
Din toate timpurile: 678 la 10-21-2017 04:44 am UTC