Физически связанная вода присуща преимущественно

Физически связанная вода

2. Физически связанная вода

Вода, которая не входит в химический состав вещества и может состоять из свободной, капиллярной, стыковой воды микропор и адсорбционной воды

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое «Физически связанная вода» в других словарях:

ФИЗИЧЕСКИ СВЯЗАННАЯ ВОДА — см. Вода осмотическая … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

ВОДА ФИЗИЧЕСКИ СВЯЗАННАЯ — см. Вода осмотическая. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

Связанная вода — (a. fixed water; н. gebundenes Wasser; ф. eau liee; и. agua de constitucion, agua fija) часть подземных вод, физически или химически удерживаемая твёрдым веществом горн. породы. C. в. в отличие от Свободной воды (гравитационной)… … Геологическая энциклопедия

Вода пленочная (физически связанная) — часть грунтовой воды, у которой силы молекулярного взаимодействия с твердыми частицами грунта преобладают над силами тяжести. Источник: Справочник дорожных терминов … Строительный словарь

Химически связанная вода — 1. Химически связанная вода Вода, молекулы которой входят в химический состав вещества и которая освобождается лишь при химическом взаимодействии или термодеструкции Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ВОДА ОСМОТИЧЕСКАЯ — (вода диффузных оболочек, физически связанная вода) вода, связанная с поверхностью минералов в породах и почвах. 13. о. подразделяется на рыхло связанную или слабо связанную воду (или осмотически впитанную) и прочно связанную. При поглощении… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

ВОДА ОСМОТИЧЕСКАЯ — связана с поверхностью м лов в п. и почвах; подразделяется на рыхлосвязанную, или слабосвязанную, воду (или осмотически впитанную) и прочносвязанную. При поглощении рыхлосвязанной воды выделение тепла не происходит, поглощение прочно связанной… … Геологическая энциклопедия

Вода связанная физически — адсорбированная на границе поверхностей раздела фаз твердое жидкое. [Ушеров Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы. 2009. – 112 с.] Рубрика термина: Общие термины Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ВОДА ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ — 1) в почво грунтах вода, поглощаемая сухими почво грунтами из воздуха. Количество ее зависит от механического состава почво грунтов и относительной влажности воздуха. Количество В. г. определяется путем высушивания образца почвы при t 105 110 °С… … Геологическая энциклопедия

ГОСТ 9.717-91: Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные. Метод определения массовой доли химически и физически связанной воды — Терминология ГОСТ 9.717 91: Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные. Метод определения массовой доли химически и физически связанной воды оригинал документа: 2. Физически связанная вода Вода, которая не входит в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Виды воды в горных породах

В порах и трещинах горных пород всегда содержится вода в парообразном, жидком и твердом состоянии. Существуют различные классификации видов воды в горных породах. В гидрогеологии и инженерной геологии принята классификация, которая была предложена в 1936 г., а затем уточнена в соответствии с новейшими представлениями о природе воды, строении ее молекулы и характере взаимодействия воды с минеральными частицами пород:

• вода в состоянии пара;
• физически связанная вода:
  • а) прочносвязанная, или адсорбционная (ее называют также гигроскопической),
  • б) рыхлосвязанная (она же пленочная);
• свободная вода:
  • а) капиллярная,
  • б) гравитационная;
• вода в твердом состоянии;
• химически связанная вода:
  • а) кристаллизационная,
  • б) конституционная;
• вода в надкритическом состоянии.

Вода в состоянии пара

Эта вода заполняет свободную часть пор в зоне аэрации. Под влиянием изменения температуры и давления парообразная влага может переходить в состояние — конденсироваться или, наоборот, жидкая вода может превращаться в парообразную влагу. Парообразная влага в порах пород находится в постоянном динамическом равновесии с другими видами воды и парами воды в атмосфере.

Физически связанная вода

Такая вода присуща преимущественно глинистым породам. Образование физически связанной воды обусловливается наличием у мелкодисперсных глинистых минералов, входящих в состав глинистых пород, поверхностной энергии. Наибольшее количество прочносвязанной воды называется максимальной гигроскопической влагоемкостью; в песчаных грунтах она не превышает 2%, а в глинистых достигает 20%.

Рыхлосвязанная вода образует периферическую часть водной пленки и называется пленочной. Она существует в породе при влагоемкости больше максимальной гигроскопической и перемещается от частиц с толстой пленкой к частицам с тонкой пленкой под действием молекулярных сил.

Рыхлосвязанная вода вместе с прочносвязанной, по , образует молекулярную воду. Максимальное количество молекулярной воды, удерживаемое данной породой в данных условиях, назвал максимальной молекулярной влагоемкостью. Эта влагоемкость у глинистых пород примерно соответствует влажности нижнего предела пластичности.

Источник

Виды вод в горных породах

Лекция 3.

Для более полного понимания свойств грунтов, рассмотрим

В порах и трещинах горных пород всегда содержится вода, кото­рая может находиться в парообразном, жидком и твердом состоянии.

1. Вода в форме пара.

2 .Физически связанная вода (вода на поверхности частиц):

— прочно связанная, или адсорбированная, вода;

— слабо связанная вода (пленочная).

4. Вода в твердом состоянии.

5. Вода в кристаллической решетке минералов (химически связанная вода):

1. Вода в форме пара. Пары воды, образующиеся при испарении в атмосфере или земной коре, заполняют вместе с воздухом не занятые водой поры и трещины в горных породах.

Количество паров не превышает несколько тысячных долей процента от массы пород. В определенных условиях при понижении температуры до точки росы пары могут конденсироваться и переходить в жидкое состояние. Точка росы – это температурный предел, при котором водяные пары, находящиеся в воздухе, начинают конденсироваться и переходить в жидкое, а при очень резком изменении температуры, и в твердое состояние.

В общем объеме парообразной воды значительная доля принадлежит горячему пару больших глубин или выходу перегретых вод на поверхность Земли. Обособленные скопления пара встречаются на месторождениях нефти и газа.

2. Физически связанная вода. Присуща преимущественно глинистым породам; в скальных и раздельнозернистых породах эта вода практического значения не имеет.

Существование физически связанной воды обусловлено наличием на поверхности минеральной частицы слабого отрицательного заряда. Благодаря дипольному строению, молекулы воды притягиваются к поверхности минеральной частицы со слабым отрицательным зарядом, водородными положительными концами, образуя прочную связь. Связанная вода составляет примерно 42 % всей воды, содержащейся в земной коре. Средняя её плотность 1,2 – 1,4 г/см 3 .

— прочно связанная, или адсорбированная, вода;

Прочносвязанная вода образуется непосредственно на поверхности частиц горных пород в результате процессов адсорбции молекул воды из паров и прочно удерживается под влиянием электрокинетических и межмолекулярных сил. Особенно много физически связанной воды содержится в тонкодисперсных глинистых породах.

— слабо связанная вода (пленочная).

Слабосвязанная (пленочная) вода имеет меньший уровень энергетической связи. Она образует на поверхности частиц как бы вторую пленку поверх прочносвязанной и может передвигаться от участков с большей толщиной пленки к участкам, где толщина меньше. Пленка удерживается молекулярными силами, возникающими между молекулами прочносвязанной воды и молекулами воды вновь образующейся пленки. По мере роста толщины пленки действие молекулярных связей уменьшается. Внешние слои слабосвязанной воды доступны для питания растений и могут служить средой развития микроорганизмов.

Признаки физически связанной воды:

— не подчиняется силе тяжести;

— не замерзает при температуре минус 78°С;

— не обладает растворяющей способностью;

— гигроскопическая вода не замерзает до минус 78°С –и до минус 6°С – пленочная.

3. Свободная вода

Капиллярная вода частично или полностью заполняет тонкие капиллярные поры и трещинки горных пород и удерживается в них силами поверхностного натяжения.

представляет собой под­земные воды, движущиеся в порах и трещинах горных пород под действием силы тяжести. Гравитационная вода обладает растворяющей способностью, передает гидростатическое давление (давление, вызываемое весом жидкости), оказывает при движении механическое воздействие на породы. Механическое действие движущейся воды на породы проявляется в выносе мелких частиц из рыхлых несвязных пород на откосах выемок и котлованов — суффозии, что может обусловить неустойчивость откосов и последующую деформацию склонов. В зоне насыщения гравитационные воды образуют водоносные горизонты. Изучение гравитационных вод, их движения, физических свойств и химического состава является основной задачей при гидрогеологических исследованиях. Такая вода характерна для зернистых и трещиноватых пород, образуя свободные постоянные водоносные горизонты в зоне насыщения верхней части подземной гидросферы.

4. Вода в твердом состоянии. Эта вода распространена в зонах многолетнемерзлых пород в виде кристаллов, жил, линз, прослоев льда. При температуре пород ниже нуля гравитационная и часть связанной воды. Кристаллы льда цементируют отдельные минеральные частицы, превращая рыхлые породы в твердые. Свойства пород, сцементированных льдом, резко отличны от свойств талых пород. Изучением свойств мерзлых пород занимается особая наука — геокриология или мерзлотоведение.

6. Вода в кристаллической решетке минералов (химически связанная вода). принимает участие в строении кристаллической решетки в виде молекулы (Н₂О), гидроксида (ОН — ), водорода (Н + ) и оксания (Н₃О + ).

— конституционная вода — вода в минералах, входящая в кристаллическую решетку и учавствующая в их строении в виде ионов ОН — , Н + , H₃0 + ,сама вода образуется после полного разрушения. Выделяется из минерала в пределах от 300° до 1000°С.

—кристаллизационная вода участвует в строении кристаллических решеток некоторых минералов в виде молекул воды в строго определенных количествах (например, гипс СaSO₄-2H₈0). Эта вода также выделяется из минералов при определенной температуре (от 300 до 100° С) и сопровождается поглощением тепла, что и позволяет определять исследуемый минерал при помощи метода термического анализа. Выделение кристаллизационной воды обусловливает разрушение кристаллической решетки минерала и ее перестройку (например, гипс превращается в ангидрит).

— цеолитная вода — часть кристаллизационной воды, которая может выделяться и вновь поглощается без разрушения кристаллической решетки; входит в состав кристаллических решеток некоторых ми­нералов— цеолитов, представляющих собой водные алюмосиликаты.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Связанная вода

Связанную воду, в свою очередь, делят на химически и физически связанную.

Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов и включает конституционную и кристаллизационную воду (и ту и другую называют также кристаллогидратной). Эта вода входит в состав твёрдой фазы почв и не является самостоятельной физической фазой. Она не передвигается в почве и не имеет свойств растворителя. Конституционная вода представлена группой ОН в таких соединениях как Fe(OH)₃, Al(OH)₃, а также в ОН-группой в органических соединениях. Кристаллизационная вода представлена молекулами Н₂О в кристаллогидратах, например в гипсе: CaSO₄·2H₂O, мирабилите: Na₂SO₄·2H₂O. Химически связанную воду можно удалить лишь путем нагревания, а некоторые формы (конституционную воду) – только прокаливанием минералов. В результате удаления химически связанной воды свойства минералов изменяются настолько, что можно говорить о переходе их в иное соединение.

Физически связанную (или сорбированную) воду почва удерживает силами поверхностной энергии. Поскольку величина поверхностной энергии возрастает с увеличением общей суммарной поверхности частиц, то содержание физически связанной воды зависит от размера частиц, слагающих почву. Частицы крупнее 2 мм в диаметре не содержат физически связанную воду; этой способностью обладают лишь частицы, имеющие диаметр 9 Па. Находясь под столь большим давлением, молекулы прочносвязанной воды сильно сближены, что меняет многие свойства воды. Она приобретает некоторые качества твердого тела: её плотность достигает 1,5 – 1,8 г/см 3 ; она не растворяет электролиты; на не замерзает; неё более высокая вязкость, чем у обычной воды и она не доступна растениям. Количество водяного пара, сорбированного почвой зависит от влажности воздуха. Максимальной гигроскопической водой (МГ) считают предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха 94 – 98%, при этом толщина сорбированной плёнки достигает 3–4 слоев молекул воды. В почвах минеральных МГ колеблется в пределах 0,5 – 1%, в слабо гумусированных песках и супесях – до 15-16%, в сильно гумусированных суглинках, глинах и в торфах может достигать 30-50%.

Гигроскопическая влага не способна передвигаться (рис. 2 ). Для расте­ний она недоступна, полностью удаляется при высушивании поч­вы в течение нескольких часов при температуре 100–105 °С.

Рыхлосвязанная (или плёночная) вода – это вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх МГ. Почва удерживает её с меньшей силой и ее свойства не так резко отличаются от обычных свойств воды. Тем не менее, сила притяжения еще достаточно велика, и обеспечивает давление порядка (10÷14)·10 5 Па. Рыхлосвязанная вода также распределена в виде плёнки, однако толщина её может достигать несколько десятков или сотен эффективных диаметров молекул воды. Рыхлосвязанная вода занимает по своим свойствам промежуточное положение между гигроскопической и свободной водой. Она может передвигаться от почвенных частиц с более толстыми водяными плёнками к частицам, у которых она тоньше со скоростью несколько сантиметров в год. Её количество также зависит от типа почв (в песчаных– 3-5%, в глинистых может достигать 30-35%). Периферические молекулы воды в рыхлом слое доступны растениям.

Рисунок 2. Схема строения гигроскопической влаги по данным различных авторов (а) — по Лебедеву , (б) — по Цункеру, (в) — по Кюну.

Свободная вода. Свободная вода – это вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной и не связана сорбционными силами с почвенными частицами. У молекул свободной воды нет строгой ориентировки относительно частиц почвы. Различают две формы свободной воды в почве – капиллярную и гравитационную.
Капиллярная вода удерживается в почвенных порах малого диаметра – капиллярах, под воздействием капиллярных или менисковых сил.

Возникновение этих сил обуслов­лено следующими явлениями. Состояние поверхностного слоя жидкости по своим свойствам отличается от ее внутреннего состояния. Если на каждую молекулу воды внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих моле­кул, то молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, испытывают одностороннее, направленное вниз притяжение толь­ко со стороны молекул, лежащих ниже поверхности раздела вода — воздух. Силы, действующие вне жидкости, относительно малы и ими можно пренебречь. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению. Наличие у поверхностных мо­лекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. Это влечет за собой образование на поверхности жидкости как бы пленки, которая обладает поверхностным натяжением, или поверхностным давлением (давлением Лапласа), которое представляет собой разницу меж­ду атмосферным давлением и давлением внутри жидкости (рис. 4)

Рисунок 4. Поверхностное натяжение

Значение поверхностного натяжения зависит от формы по­верхности жидкости и радиуса капилляра. Поверхностное дав­ление, развивающееся под плоской поверхностью жидкости, называется нормальным. Для воды оно равно 1,07·10 9 Па. Дав­ление уменьшается, если поверхность жидкости вогнутая (рис. 5), и уве­личивается, в случае поверхности выпуклой.

Искривление поверхности жидкости ведёт к появлению в ней дополнительного капиллярного давления Δp. Величина этого давления связана со средним радиусом кривизны R поверхности уравнением Лапласа:

где (σ₁₂ – поверхностное натяжение жидкости на границе двух сред, для воды оно составляет 75,6·10 -3 Н/м при 0 о С); p₁ и p₂– давления в жидкости 1 и контактирующей с ней среде 2.

Рисунок 5. Проявление капиллярных сил.

Чем меньше диаметр поры, тем больше капиллярное давление и жидкость может выше подняться. В почвах менисковые (капиллярные) силы начинают проявляться при диаметре пор менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром 100 – 3 мкм. Система пор в почве очень сложна, и поры имеют различные диаметры, поэтому образуются мениски с различными радиусами кривизны, которые обеспечивают различное поверхностное давление. С этим давлением связывают способность почв удерживать определенное количество влаги и подъем воды в капиллярных порах.

В зависимости от характера увлажнения почвы различают капиллярно-подвешенную, капиллярно-посаженную и капиллярно-подпертую и воду.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почвы сверху (пори дожде, поливе). При этом под увлажненным слоем находится сухой слой почвы. Вода увлажненного слоя как бы «зависает» над сухим слоем почвы. В природных условиях в распределении капиллярно-подве­шенной воды по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной. Подвешенная вода удерживается в почвах достаточно прочно, но до определенного предела, обусловленного разностью давле­ний, создаваемой в менисках верхней и нижней поверхностей водного слоя. Если этот предел разницы давлений превышен, начинается стекание воды. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, в направлении испаряющейся поверхности. Это движение прекращается, когда капилляры из-за недостатка воды разрываются. Влажность, при которой это происходит, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). При активном восхо­дящем движении воды в почвах близ поверхности происходит накопление веществ, содержащихся в растворенном виде в поч­венном растворе. Засоление почв в поверхностных горизонтах обязано во многом данному явлению. Происходит это в том слу­чае, если в почвах в пределах промачиваемого с поверхности имеется горизонт скопления легкораство­римых солей или если полив почв осуществ­ляется минерализованными водами.

В суглинистых почвах количество капилляр­но-подвешенной воды и глубина промачивания почвы за счет этой формы воды могут достигать значительных величин.

Одной из разновидностей капиллярно-подвешенной воды, встречающейся главным образом в песчаных почвах, является вода стыковая капиллярно-подвешенная (рис. 20). Возникновение ее в почвах легкого механического состава обязано тому, что в этих почвах преобладают поры, размер которых превышает раз­мер капилляров. В данном случае вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновения – сты­ка – твердых частиц в форме двояковогнутых линз («манжеты»), удерживаемых капиллярными силами (рис. 6).

Рисунок 6. Стыковая капиллярно-подвешенная вода.

Капиллярно-подпертая вода образуется при подъеме ее снизу вверх по капиллярам от грунтовых вод, или верховодки. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно-подпертую воду непосред­ственно над водоносным горизонтом называют капиллярной каймой. Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенно-грунтовой толще любого гранулометрического состава. В почвах тяжелого механического состава она обычно от 2 до 6 м, в песчаных почвах от 0,4 до 0,6 м. Чем выше к поверхности почвенного профиля, тем меньше содержание капиллярно-подпертой воды в кайме. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды в ней характеризует водоподъемную способность почвы.

Подперто-подвешенная капиллярная водаоб­разуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его слоем более крупнозернистым, над границей смены этих слоев. В слоистой толще из-за изменения размеров капилляров на поверхности раздела тонко- и грубодисперсных горизонтов возникают дополнительные нижние мениски, что способствует удержанию некоторого количества капиллярной воды, которая как бы «посажена» на эти мениски.

Поэтому в слоистой толще распределение капиллярной воды имеет свои особенности. Так, на границе слоев различного гранулометрического состава наблюдается повышение влажнос­ти, в то время как в однородных почвах влажность равно­мерно убывает либо вниз по профилю (при капиллярно-подве­шенной воде), либо вверх по профилю (при капиллярно-подпер­той воде). Влажность слоистой почвенно-грунтовой толщи при прочих равных условиях всегда выше влажности толщи одно­родной.

Капиллярная вода по физическому состоянию жидкая. Она очень подвижна, способна обеспечить восполнение запасов воды в поверхностном горизонте почвы при интенсивном потреблении ее растениями или при испарении, свободно растворяет вещества и перемещает растворимые соли, коллоиды, тонкие суспензии.

Гравитационная вода – это свободная вода, которая не удерживается сорбционными силами и капиллярами и передвигается вниз под воздействием силы тяжести.

Для нее характерны жидкое состояние, высокая растворяющая способность и возможность переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы и тонкие суспензии. Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов (подпертая гра­витационная вода).

Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по по­рам и трещинам почвы сверху вниз. Появление ее связано с накоплением в почве воды, превышающей удерживающую силу менисков в капиллярах. Гравитационная вода не только вызывает вынос или горизонтальную миграцию химических элементов, но и может обусловливать недостаток кислорода в почве.

Вода водоносных горизонтов – это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды (почвенная верховодка), насыщающие почвенно-грунтовую толщу до состояния, когда все поры и про­межутки в почве заполнены водой (за исключением пор с защем­ленным воздухом). Эти воды могут быть либо застойными, либо стекающими в направлении уклона водоупорного горизонта. Удерживаются они в почве и грунте вследствие малой водопроницаемости подсти­лающих грунтов.

Присутствие значительных количеств свободной гравитацион­ной воды в почве – явление неблагоприятное, свидетельству­ющее о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почвах анаэробной обстановки и разви­тию глеевого процесса.

Дифференцируя содержащуюся в почве воду на различные формы необходимо осознавать, что это разделение весьма условно, поскольку вода находится под влиянием нескольких сил одновременно (рис. 7). Доступность различных форм воды для растений представлена на рис. 8

Рисунок 6. Формы воды в почве. 1 – частица почвы; 2 – гравитационная вода; 3 – гигроскопическая вода; 4 – почвенный воздух; 5 – плёночная вода; 6 – зона открытой капиллярной воды; 7– 8зона капиллярной воды; 9 – уровень грунтовых вод; 10 – грунтовые воды.

Рисунок 8. Доступность для растений различных форм воды

Источник