Introducere în Hidrologie

H2O

Fig. 1.1. Structura moleculară a apei.

Punctul ternar al apei:

0.00750C

4.58 mm Hg

Proprietăţile apei depind

de starea ei de agregare.

1.1. HIDROSFERA

- ÎNVELIŞUL DE APĂ AL PĂMÂNTULUI

1.1.1. Proprietăţile apei în stare naturală

Apa are formula chimică H2O, atomul de oxigen fiind legat de doi atomi de hidrogen. Molecula de apă are o sarcină negativă în dreptul atomului de oxigen şi două sarcini pozitive în dreptul atomilor de hidrogen.

Deoarece sarcinile opuse se atrag reciproc, moleculele de apă tind să se se atragă unele pe altele (Fig. 1.1) devenind „lipicioase”, şi dând consistenţa cunoscută unui volum de apă. Fără forţa gravitaţională o picătură de apă ar fi o sferă perfectă.

Tot datorită caracterului de dipol electric, apa este un „solvent universal” deoarece dizolvă mai multe substanţe decât orice alt lichid. De aceea, pe ori unde va trece, la suprafaţa solului sau prin subsol, apa se va încărca cu substanţe chimice, minerale şi cu substanţe organice.

Apa, ca element indispensabil vieţii, se prezintă în natură sub cele trei forme de agregare: lichidă (apa pură sau încărcată cu substanţe dizolvate), solidă (zăpada şi gheaţa) şi gazoasă (aflată sub diferite grade de saturaţie şi presiune). La temperatura de 0.00750C şi presiunea de 4.58 mm Hg, cele trei stări de agregare coexistă (punctul ternar). Proprietăţile apei depind de starea ei de agregare.

Starea gazoasă. Aerul absoarbe vapori de apă datorită proprietăţii sale de higroscopicitate. Concentraţia apei aflată în stare de vapori în atmosferă, sau umiditatea aerului, variază în funcţie de condiţiile climatice şi topoclimatice. Vaporii de apă din atmosferă modifică transparenţa aerului şi absorb radiaţii infraroşii contribuind la efectul de seră.

Starea lichidă. Temperatura apei în stare lichidă depinde de temperatura aerului şi de condiţiile de mediu înconjurător. Căldura specifică a apei (cal/g) este cantitatea de căldură necesară pentru ca 1 cm3 să sufere o variaţie de 10C faţă de temperatura sa iniţială. Căldura specifică a apei este mai mare decât a altor substanţe. Apa reţine căldura, greu înmagazinată, mai mult timp decât alte lichide. Astfel, apa este un moderator termic al regiunilor limitrofe (diminuează amplitudinile).

Căldura latentă a apei (mai mare decât în cazul altor lichide) o reprezintă cantitatea de căldură absorbită sau cedată în cursul proceselor de schimbare de fază la presiune constantă. La solidificare se cedează mediului înconjurător 80 cal/g; la evaporare se absoarbe din mediu 540 cal/g, şi tot aceeaşi cantitate de energie se cedează mediului la condensare.

- Căldura specifică

- Căldura latentă

- Conductibilitatea calorică

- Conductibilitatea electrică

- Turbiditatea

- Duritatea

pH-ul apelor naturale

≈ 6–8.5

- toxicitate

- saprobitate

- halobitate

- trofitate

Conductibilitatea calorică (cal/cm/s) ca proprietate de a transfera căldura este mai mare ca la alte lichide, prin urmare, apa se încălzeşte şi se răceşte de cinci ori mai încet decât uscatul.

Conductibilitatea electrică a apei se datoreşte, în mare măsură, impurităţilor şi sărurilor dizolvate. Forţele intermoleculare din sol provoacă fenomenul de capilaritate şi vâscozitate, care influenţează viteza de curgere.

În stare pură apa este lipsită de culoare, gust şi miros.

Culoarea apei naturale se datorează naturii substanţelor dizolvate, a celor în suspensie, precum şi microorganismelor pe care le conţine. Transparenţa apei se exprimă prin distanţa (în cm) până la care se pot distinge contururile unui obiect.

Turbiditatea apei (g/l, kg/m3) este dată de cantitatea de particule solide existentă într-un volum de apă la un moment dat.

Densitatea maximă a apei de 1 g/cm3 se realizează la 40C, iar la 00C de 0.917 g/cm3. Aşa se explică prezenţa gheţii la suprafaţa luciilor de apă.

Duritatea apei este determinată de conţinutul în săruri de calciu şi magneziu. Unitatea de măsură este gradul german = 10 mg Ca/l (sau = 1.42 mg MgO/l ); un grad german = 17.9 grade franceze şi cu 1.25 grade engleze.

Apa naturală este una dintre componentele a numeroase reacţii chimice anorganice sau organice. Agresivitatea apei, ca proprietate de a ataca chimic substanţele cu care vine în contact, este dată de conţinutul de săruri, de acizi, de temperatură si de viteza de circulaţie. Astfel, apa este principalul agent de transport al elementelor fizice, chimice şi biologice.

Reacţia ionică a apei, reprezintă logaritmul cu semn schimbat al concentraţiei ionilor de hidrogen; pH-ul apelor naturale variază sensibil în jurul valorii neutre (6 – 8.5).

Gustul apei naturale (plăcut, dulceag, sărat, amar, acru, sălciu) depinde de conţinutul în săruri minerale şi gaze dizolvate. Existenţa unui miros a apei naturale trebuie legat de prezenţa în exces a poluanţilor sau de spălarea unor materiale organice aflate în putrefacţie.