Kolor wody - Color of water
Kolor wody zmienia się w zależności od warunków otoczenia, w którym obecna jest woda. Podczas gdy stosunkowo niewielkie ilości wody wydają się być bezbarwne , czysta woda ma lekko niebieski kolor, który staje się głębszy zielony wraz ze wzrostem grubości obserwowanej próbki. Zielony odcień wody jest nieodłączną właściwością i jest spowodowany selektywnym pochłanianiem i rozpraszaniem światła białego. Rozpuszczone pierwiastki lub zawieszone zanieczyszczenia mogą nadać wodzie inny kolor.
Kolor wewnętrzny
Właściwy kolor płynnej wody można zademonstrować, patrząc na źródło białego światła przez długą rurkę wypełnioną oczyszczoną wodą i zamkniętą na obu końcach przezroczystym okienkiem. Jasno turkusowo- niebieska barwa spowodowana jest słabą absorpcją w czerwonej części widma widzialnego .
Absorpcje w widmie widzialnym zwykle przypisuje się wzbudzeniom elektronowych stanów energetycznych w materii. Woda jest prosty trzy atomu cząsteczki H 2 O i wszystkie jego elektroniczne absorpcji występuje w nadfioletowym obszarze widma elektromagnetycznego , a zatem nie są odpowiedzialne za barwę wody w widzialnej części widma. Cząsteczka wody ma trzy podstawowe tryby wibracji . Dwie drgania rozciągające wiązań OH w stanie gazowym wody występują przy v 1 = 3650 cm -1 i v 3 = 3755 cm -1 . Absorpcja spowodowana tymi drganiami występuje w zakresie podczerwieni widma. Absorpcja w widmie widzialnym wynika głównie z harmonicznej v 1 + 3v 3 = 14 318 cm- 1 , co odpowiada długości fali 698 nm. W stanie ciekłym w temperaturze 20°C drgania te są przesunięte ku czerwieni z powodu wiązania wodorowego, co daje czerwoną absorpcję przy 740 nm, inne harmoniczne, takie jak v 1 + v 2 + 3v 3, dające czerwoną absorpcję przy 660 nm. Krzywa absorpcji dla ciężkiej wody (D 2 O) ma podobny kształt, ale jest przesunięta dalej w kierunku podczerwieni widma, ponieważ przejścia wibracyjne mają niższą energię. Z tego powodu ciężka woda nie absorbuje światła czerwonego, a zatem duże ciała D 2 O nie miałyby charakterystycznego niebieskiego koloru częściej spotykanej wody lekkiej ( 1 H 2 O).
Intensywność absorpcji spada wyraźnie z każdym kolejnym wydźwiękiem, co skutkuje bardzo słabą absorpcją dla trzeciego wydźwięku. Z tego powodu rura musi mieć długość co najmniej jednego metra, a wodę należy oczyścić metodą mikrofiltracji, aby usunąć wszelkie cząstki, które mogłyby powodować rozpraszanie Mie .
Kolor jezior i oceanów
Jeziora i oceany wydają się niebieskie z kilku powodów. Jednym z nich jest to, że powierzchnia wody odbija kolor nieba . Chociaż to odbicie przyczynia się do obserwowanego koloru, nie jest to jedyny powód. Woda w basenach z pomalowanymi na biało bokami i dnem będzie miała kolor turkusowy, nawet w basenach krytych, gdzie nie ma odbicia błękitnego nieba. Im głębszy basen, tym bardziej niebieska woda.
Część światła padającego na powierzchnię oceanu jest odbijana, ale większość przenika przez powierzchnię wody, oddziałując z cząsteczkami wody i innymi substancjami znajdującymi się w wodzie. Cząsteczki wody mogą wibrować w trzech różnych trybach, gdy wchodzą w interakcję ze światłem. Czerwone, pomarańczowe, żółte, a czasem zielone fale światła są absorbowane, więc pozostałe widziane światło składa się z krótszej długości fali niebieskiej i fioletowej. To jest główny powód, dla którego kolor oceanu jest niebieski. Względny udział odbitego świetlika i światła rozproszonego z głębi jest silnie zależny od kąta obserwacji.
Rozpraszanie z zawieszonych cząstek odgrywa również ważną rolę w kolorze jezior i oceanów, powodując, że woda na różnych obszarach wygląda na bardziej zieloną lub niebieską. Kilkadziesiąt metrów wody pochłonie całe światło, więc bez rozpraszania wszystkie zbiorniki wodne będą wyglądały na czarne. Ponieważ większość jezior i oceanów zawiera zawieszoną żywą materię i cząstki mineralne, światło z góry jest rozpraszane, a część odbija w górę. Rozpraszanie z zawieszonych cząstek normalnie dałoby biały kolor, tak jak w przypadku śniegu, ale ponieważ światło najpierw przechodzi przez wiele metrów niebieskiej cieczy, rozproszone światło wydaje się niebieskie. W bardzo czystej wodzie — tak jak w jeziorach górskich, gdzie rozpraszanie z cząstek jest bardzo niskie — rozpraszanie z samych cząsteczek wody również przyczynia się do niebieskiego koloru.
Rozproszone promieniowanie nieba spowodowane rozpraszaniem Rayleigha w atmosferze wzdłuż linii wzroku nadaje odległym obiektom niebieski odcień. Jest to najczęściej widoczne w odległych górach, ale także przyczynia się do błękitu oceanu w oddali.
Kolor lodowców
Lodowce to duże bryły lodu i śniegu utworzone w zimnym klimacie w wyniku procesów polegających na zagęszczaniu opadłego śniegu. Podczas gdy śnieżne lodowce wydają się białe z daleka, z bliska i gdy są osłonięte przed bezpośrednim światłem otoczenia, lodowce zwykle wydają się ciemnoniebieskie ze względu na długą drogę wewnętrznego odbitego światła.
Stosunkowo małe ilości zwykłego lodu wydają się białe, ponieważ jest tam dużo pęcherzyków powietrza, a także dlatego, że małe ilości wody wydają się być bezbarwne. Z kolei w lodowcach ciśnienie powoduje wyciskanie uwięzionych w nagromadzonym śniegu pęcherzyków powietrza, zwiększając gęstość tworzonego lodu. Duże ilości wody wydają się niebieskie, dlatego duży kawałek sprasowanego lodu lub lodowiec również wydawałby się niebieski.
Kolor próbek wody
Rozpuszczony i rozdrobniony materiał w wodzie może powodować przebarwienia. Niewielkie odbarwienie mierzy się w jednostkach Hazena (HU). Zanieczyszczenia mogą być również głęboko zabarwione, na przykład rozpuszczone związki organiczne zwane garbnikami mogą powodować ciemnobrązowy kolor, a glony unoszące się w wodzie (cząstki) mogą nadawać zielony kolor.
Kolor próbki wody można zgłosić jako:
- Kolor pozorny to kolor akwenu odbijającego się od powierzchni wody i składa się z koloru zarówno rozpuszczonych, jak i zawieszonych składników. Pozorny kolor może być również zmieniony przez różnice w kolorze nieba lub odbicie pobliskiej roślinności .
- Prawdziwy kolor jest mierzony po pobraniu i oczyszczeniu próbki wody (przez odwirowanie lub filtrację ). Czysta woda ma zwykle niebieski kolor, a próbkę można porównać do czystej wody o ustalonym wzorcu koloru lub porównując wyniki spektrofotometru .
Testowanie koloru może być szybkim i łatwym testem, który często odzwierciedla ilość materiału organicznego w wodzie, chociaż pewne składniki nieorganiczne, takie jak żelazo lub mangan, mogą również nadawać kolor.
Barwa wody może zdradzać warunki fizyczne, chemiczne i bakteriologiczne. W wodzie pitnej kolor zielony może wskazywać na wypłukiwanie miedzi z miedzianych instalacji wodociągowych, a także może oznaczać wzrost glonów. Kolor niebieski może również wskazywać na miedź lub może być spowodowany syfonowaniem przemysłowych środków czyszczących w zbiorniku komód, powszechnie znanym jako przepływ wsteczny. Czerwone mogą być oznakami rdzy z żelaznych rur lub bakterii unoszących się w powietrzu z jezior itp. Czarna woda może wskazywać na rozwój bakterii redukujących siarkę w zbiorniku ciepłej wody ustawionym na zbyt niską temperaturę. Zwykle ma to silny zapach siarki lub zgniłego jajka (H 2 S) i można go łatwo skorygować, opróżniając podgrzewacz wody i zwiększając temperaturę do 49 ° C (120 ° F) lub więcej. Zapach będzie zawsze obecny w rurach z gorącą wodą, jeśli przyczyną są bakterie redukujące siarczany, a nigdy w instalacjach z zimną wodą. Poznanie spektrum barw wskazujących na zanieczyszczenie wody może ułatwić identyfikowanie i rozwiązywanie problemów kosmetycznych, bakteriologicznych i chemicznych.
Jakość i kolor wody
Obecność koloru w wodzie niekoniecznie oznacza, że woda nie nadaje się do picia . Substancje barwiące, takie jak garbniki, mogą być toksyczne dla zwierząt w dużych stężeniach.
Kolor nie jest usuwany przez typowe filtry do wody ; jednak zastosowanie koagulantów może z powodzeniem zatrzymać związki powodujące zabarwienie w powstałym osadzie . Na widziany kolor mogą wpływać inne czynniki:
- Cząstki i substancje rozpuszczone mogą pochłaniać światło, tak jak w herbacie lub kawie. Zielone glony w rzekach i strumieniach często nadają niebiesko-zielony kolor. Morze Czerwone ma sporadyczne zakwity czerwonych alg Trichodesmium erythraeum .
- Cząsteczki w wodzie mogą rozpraszać światło. Rzeka Kolorado jest często błotnistoczerwona z powodu zawieszonego w wodzie czerwonawego mułu. Niektóre górskie jeziora i strumienie z drobno zmieloną skałą, np. mąką lodowcową , są turkusowe. Rozpraszanie światła przez materię zawieszoną jest wymagane, aby niebieskie światło wytwarzane przez absorpcję wody mogło powrócić na powierzchnię i być obserwowane. Takie rozpraszanie może również przesunąć widmo pojawiających się fotonów w kierunku zieleni, koloru często obserwowanego, gdy obserwuje się wodę obciążoną zawieszonymi cząstkami.
Nazwy kolorów
Różne kultury dzielą semantyczne pole kolorów inaczej niż w języku angielskim, a niektóre nie rozróżniają w ten sam sposób niebieskiego i zielonego . Przykładem jest walijski, gdzie glas może oznaczać niebieski lub zielony, lub wietnamski, gdzie xanh może również oznaczać jedno i drugie.
Inne nazwy kolorów przypisane do zbiorników wodnych to zieleń morska i błękit ultramaryny . Niezwykłe barwy oceaniczne dały początek terminom czerwony przypływ i czarny przypływ .
Starożytny grecki poeta Homer używa epitetu „morze ciemne wino”; ponadto opisuje również morze jako „szare”. William Ewart Gladstone zasugerował, że jest to spowodowane tym, że starożytni Grecy klasyfikują kolory głównie na podstawie jasności, a nie odcienia, podczas gdy inni uważają, że Homer był daltonistą.
Bibliografia
Dalsza lektura
- Dickey, Tommy D.; Kattawar, George W.; Voss, Kenneth J. (kwiecień 2011), "Rzucając nowe światło na światło w oceanie" (PDF) , Physics Today , 64 (4): 44-49, Bibcode : 2011PhT....64d..44D , doi : 10.1063/1.3580492 , zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 25 kwietnia 2012 r.
- Pettit, Edison (luty 1936), „On the Color of Crater Lake Water”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , 22 (2): 139-146, Bibcode : 1936PNAS...22.. 139P , doi : 10.1073/pnas.22.2.139 , PMC 1076722 , PMID 16588059