Culoarea aparentă a apelor naturale (și a bazinelor de înot) este deseori determinată mai mult de solidele dizolvate și suspendate, sau prin reflectarea cerului, decât de apă în sine.
În timp ce cantitățile relativ mici de apă par incolore, apa pură are o culoare albastră, care devine un albastru mai profund, pe măsură ce grosimea eșantionului observat crește. Nuanța albastră a apei este o proprietate intrinsecă și este cauzată de absorbția și dispersia selectivă a luminii albe. Elementele dizolvate sau impuritățile suspendate pot da o culoare diferită.
Lumina din spectrul electromagnetic vizibil poate traversa câțiva metri de apă pură (sau gheață) fără absorbție semnificativă, astfel încât să pară transparentă și incoloră. Astfel, plantele acvatice, algele și alte organisme fotosintetice pot trăi în apă până la sute de metri adâncime, deoarece lumina soarelui poate ajunge la ele. Vaporii de apă sunt în esență invizibili ca gaz.
La o grosime de 10 metri sau mai mult însă, culoarea intrinsecă a apei (sau a gheții) este vizibil turcoaz (albastru verzui), deoarece spectrul său de absorbție are un minim ascuțit la culoarea corespunzătoare a luminii (1/227 m-1 la 418 nm). Culoarea devine din ce în ce mai puternică și mai întunecată, cu cât grosimea este mai mare. (Practic, lumina soarelui nu ajunge în zonele oceanelor sub 1000 de metri adâncime.) Infraroșu și lumina ultravioletă, pe de altă parte, sunt puternic absorbite de apă.
Indicele de refracție al apei lichide (1,333 la 20 °C) este mult mai mare decât cel al aerului (1.0), similar celui al alcanilor și etanolului, dar mai mic decât cel al glicerinei (1,473), benzenului (1,501), disulfura de carbon (1,627) și tipurile comune de sticlă (1,4 până la 1,6). Indicele de refracție al gheții (1,31) este mai mic decât cel al apei lichide.
Culoarea intrinsecă
(O piscină de interior apare albastră de sus, pe măsură ce lumina se reflectă din fundul bazinului trecând prin suficientă apă încât componenta roșie să fie absorbită. Aceeași apă într-o găleată mai mică arată doar puțin albastru și apa de la distanță apropiată pare incoloră pentru ochiul uman. )
Culoarea intrinsecă a apei lichide poate fi demonstrată prin examinarea unei surse de lumină albă printr-o conductă lungă care este umplută cu apă purificată și închisă la ambele capete cu o fereastră transparentă. Culoarea albastru-turcoaz este cauzată de o absorbție slabă în partea roșie a spectrului vizibil.
Absorbțiile în spectrul vizibil sunt, de obicei, atribuite excitațiilor stărilor de energie electronică din materie. Apa este o moleculă simplă de trei atomi, H2O, și toate absorbțiile sale electronice apar în regiunea ultravioletă a spectrului electromagnetic și, prin urmare, nu sunt responsabile de culoarea apei în regiunea vizibilă a spectrului. Molecula de apă are trei moduri fundamentale de vibrație. Două vibrații de întindere a legăturilor O-H în starea gazoasă a apei apar la v1 = 3650 cm-1 și v3 = 3755 cm-1. Absorbția datorată acestor vibrații are loc în regiunea infraroșie a spectrului. Absorbția în spectrul vizibil se datorează în principal armonicei v1 + 3v3 = 14,318 cm-1, echivalent cu o lungime de undă de 698 nm. În stare lichidă la 20 °C, aceste vibrații suntdeplasate spre roșu datorită legăturii de hidrogen, rezultând absorbția roșie la 740 nm, alte armonice cum ar fi v1 + v2 + 3v3 dând absorbție roșie la 660 nm. Curba de absorbție pentru apa grea (D2O) are o formă similară, dar este deplasată mai departe spre capătul infraroșu al spectrului, deoarece tranzițiile vibraționale au o energie mai mică. Din acest motiv, apa grea nu absoarbe lumina roșie și, prin urmare, cantitățile mari de D2O nu ar avea culoarea albastră caracteristică apei ușoare mai întâlnite (1H2O).
Culoarea lacurilor și a oceanelor
(Cantitățile mari de apă, cum ar fi oceanele, au culoarea albastră inerentă a apei. )
Lacurile și oceanele apar albastre din mai multe motive. Unul este că suprafața apei reflectă culoarea cerului. În timp ce această reflecție contribuie la culoarea observată, nu este singurul motiv.
Lumina, la incidența pe suprafața oceanului, se reflectă înapoi direct, dar cea mai mare parte pătrunde în suprafața apei care interacționează cu moleculele sale. Moleculele de apă pot vibra în trei moduri diferite atunci când lumina cade pe ea. Lungimile de undă roșii, portocalii, galbene și verzi sunt absorbite, astfel încât lumina rămasă văzută este compusă din culori albastru și violet. Acesta este principalul motiv pentru care culoarea oceanului este albastră.
Unele componente ale apei de mare pot influența nuanța albastră a oceanului. Acesta este motivul pentru care poate să pară mai verde sau mai albastru în diferite zone. Apa din bazinele de înot (care pot conține și diverse produse chimice) cu lateralele albe si cu fundul alb, va apărea de un albastru turcoaz.
Apa curată apare albastră în piscinele cu pardoseli albe, precum și în bazinele interioare în care nu există cer albastru care să fie reflectat. Cu cât este mai adâncă piscina, cu atât mai albastră este apa.
De asemenea, dispersia de particule suspendate joacă un rol important în culoarea lacurilor și oceanelor. Câțiva zeci de metri de apă vor absorbi toată lumina, astfel încât, fără împrăștiere, toate corpurile de apă ar părea negre. Deoarece majoritatea lacurilor și oceanelor conțin materii vii suspendate și particule minerale, cunoscute sub formă de materie organică dizolvată, lumina de sus este reflectată în sus. Difuzarea din particulele suspendate ar da în mod normal o culoare albă, ca și în cazul zăpezii, dar deoarece lumina trece mai întâi prin mai mulți metri de lichid albastru, lumina împrăștiată este albastră. În apa extrem de pură – așa cum se întâlnește în lacurile montane, unde lipsește dispersia de particule de culoare albă – dispersia din moleculele de apă contribuie, de asemenea, la o culoare albastră.
(Nuanța cerului reflectat contribuie, de asemenea, la culoarea percepută a apei. )
Un alt fenomen care se întâmplă este împrăștierea Rayleigh în atmosferă de-a lungul liniei de vedere: orizontul este în mod obișnuit la 4-5 km distanță, iar aerul (fiind chiar deasupra nivelului mării în cazul oceanului) este cel mai dens. Acest mecanism ar adăuga o nuanță albastră unui obiect îndepărtat (nu doar mării), deoarece lumina albastră ar fi împrăștiată în linia de vedere a observatorului.
Suprafețele mărilor și lacurilor reflectă adesea cerul albastru, făcându-le să apară mai albastre. Contribuția relativă a luminii cerului reflectată și a luminii împrăștiate din adâncime este puternic dependentă de unghiul de observare.
Culoarea ghețarilor
Ghețarii sunt corpuri mari de gheață și zăpadă formate în timpul climelor foarte reci, prin procese care implică compactarea zăpezii căzute. În timp ce ghețarii cu zăpadă apar alb de la distanță, de aproape și când sunt protejați de lumina ambientală directă ghețarii apar, de obicei, de un albastru profund datorită lungimii lungi a traseului luminii interne reflectate.
Cantitățile relativ mici de gheață obișnuite apar albe, deoarece există o mulțime de bule de aer și, de asemenea, deoarece cantitățile mici de apă par incolore. În schimb, în ghețari, presiunea provoacă bulele de aer, prinse în zăpada acumulată, să iese în afară, crescând densitatea gheții create. Deoarece cantitățile mari de apă par a fi albastre, o bucată mare de gheață comprimată sau un ghețar ar părea albastră.
Culoarea probelor de apă
(Concentrațiile mari de var dizolvate conferă apei de la Havasu Falls o culoare turcoaz. )
Materialul dizolvat și sub formă de particule din apă poate provoca decolorarea. Decolorarea ușoară se măsoară în unități Hazen (HU). Impuritățile pot fi de asemenea colorate în profunzime, de exemplu, compușii organici dizolvați, numiți tanini, pot avea culori maro închis, sau algele care plutesc în apă (particulele) pot conferi o culoare verde.
Culoarea unei probe de apă poate fi considerată drept:
- Culoare aparentă – este culoarea întregului eșantion de apă și constă din culoarea componentelor dizolvate și suspendate.
- Culoare reală – este măsurată după filtrarea probei de apă pentru a îndepărta toate materialele suspendate.
Verificarea culorii poate fi un test rapid și ușor care reflectă adesea cantitatea de material organic din apă, deși anumite componente anorganice precum fierul sau manganul pot, de asemenea, conferi culoare.
Culoarea apelor poate dezvălui condițiile fizice, chimice și bacteriologice. În apa de băut, verdele poate indica scurgerea cuprului din instalațiile de cupru și poate, de asemenea, să indice creșterea algelor. Albastrul poate indica, de asemenea, cupru, sau ar putea fi cauzat de sifonarea mașinilor de curățare industriale în rezervor, cunoscut sub numele de reflux. Culorile roșii pot fi semne de rugină provenite din tuburi de fier sau din bacterii în aer din lacuri, etc. Apa neagră poate indica creșterea bacteriilor reducătoare de sulf în interiorul unui rezervor de apă caldă menținut la o temperatură prea scăzută. Acesta are, de obicei, un miros puternic de sulf sau de ou stricat (H2S) și este ușor de corectat prin drenarea încălzitorului de apă și creșterea temperaturii la 49 °C sau mai mult. Mirosul va persista întotdeauna în conductele de apă caldă dacă bacteriile care reduc sulfatul sunt cauza și niciodată în instalațiile de apă rece. Spectrul de culori cu indicatori de apă este larg și, dacă este învățat, poate facilita identificarea și rezolvarea problemelor cosmetice, bacteriologice și chimice.
Lasă un răspuns