化学与生活

泳池中的化学

炎炎夏日,酷暑难耐,泳池成了极佳的避暑选择。然而泳池毕竟属于公共场所,每天高峰期前来游泳的人络绎不绝,池水很容易受到游泳者和环境的污染,例如藻类孢子、细菌以及人体汗液分泌物等。通常情况下含氯试剂会被用来保持池水的清洁卫生,背后也蕴藏了不少化学知识,今天就随本文了解一下泳池中的化学原理。

一、泳池中的含氯试剂

泳池中加入的含氯试剂主要是次氯酸钠或次氯酸钙,以前者为例,次氯酸根首先发生水解作用生成强氧化性的弱酸——次氯酸,次氯酸起着真正的杀菌消毒作用。同时,次氯酸也会发生极弱的电离作用释放出氢离子,与水解作用相比可以忽略不计。另一个常用的含氯试剂是三氯异氰尿酸(Trichloroisocyanuric Acid,TCCA),它与水作用后缓慢释放出次氯酸,与无机次氯酸盐相比该物质不含钙元素,可有效降低水的硬度和矿物质沉积,但随着时间推移氰尿酸(Cyanuric Acid)含量会逐渐升高,需要换水才能控制其浓度。

图1含氯试剂在泳池中的化学反应

 

二、泳池水的pH值

除了清洁卫生,池水的酸碱平衡也非常重要,通常使用指示剂对其进行监测。当池水的碱性过强时(pH > 8.0),说明次氯酸根含量过高,这时杀菌消毒作用较弱并且会对眼睛和皮肤造成刺激,这时可以向其中加入酸性物质,例如NaHSO4、CO2或HCl去中和过强的碱性;当池水呈现酸性时(pH < 7.0)时,说明水中酸性物质含量过高,尽管杀菌消毒效果好但会造成管道的腐蚀,同样会刺激眼和皮肤,这时通常会向其中加入纯碱中和过强的酸性。最适宜的pH介于7.2-7.8之间,此时池水中的细菌含量较少,并且不会对人的眼睛和皮肤造成危害。显然,依靠人实时监测pH并进行调整是不够现实的,这时候依靠NaHCO3作为缓冲溶液在一定范围内控制pH是不错的选择。

图2池水的pH调节示意图

 

三、次氯酸的氧化作用

潜藏在泳池中的细菌会对人体造成一定危害,每年因游泳导致的皮炎、中耳炎、眼部不适以及肠胃炎等“泳池病”是非常普遍的。前文已经提到,实际发挥杀菌消毒保证池水清洁卫生的物质是次氯酸,原理不是很复杂,主要是借助次氯酸的强氧化性。次氯酸的氧化性会杀死微生物细胞进而阻止其繁殖,同理还会阻止藻类的生长,从而保障了游泳池的水质干净。

图3次氯酸的杀菌消毒作用

 

四、泳池的气味

有过游泳经验的人都应该清楚,每天游泳馆刚开放时的池水一般会有淡淡的“氯味”,正是上文提到的含氯试剂的气味,然而随着时间推移,游泳的人越来越多,如果池水更换和净化不够及时,池水的味道可能就变得不那么好闻了。人体分泌的汗液、唾液甚至尿液都会逐渐进入水中,此外毛发以及涂在皮肤表面的油脂也都会进入水中。诸多含有氨类的物质在次氯酸作用下生成氯化铵盐类发出令人不愉快的气味,同时还会造成皮肤和眼部的不适。

图4泳池的气味来源

 

五、日光对泳池的影响

现如今的游泳池大都是室内的,然而也还有不少露天泳池存在。当池水暴露在阳光下时会发生其他的化学反应,主要是次氯酸对光不稳定,很容易分解生成没有氧化性的盐酸还会造成池水pH的改变。如果将异氰尿酸(Isocyanuric Acid)加入池水就可以很好解决这一问题,它与水中的次氯酸作用生成二氯异氰尿酸,后者对光是稳定的可以视作储存次氯酸的“库”。

图5日光对次氯酸的影响

最后要提醒大家的是,游泳时一定要根据个人生理状况合理安排强度,下水前做好相应的热身活动,更重要的是避免溺水这样危及生命安全的事情发生,希望大家都能度过一个愉快清凉的夏天!

 

参考资料

  • [1] Chlorine: Principles and Industrial Practice, Peter Schmittinger (ed.), Wiley-VCH, Weinheim,2007. DOI: 10.1002/9783527613380
  • [2] Photolysis of aqueous free chlorine species (HOCl and OCl) with 254 nm ultraviolet light, Yangang Feng, Daniel W Smith, James R Bolton, Can. J. Civil Eng. 2007, 6, 277–284. DOI: 10.1139/s06-052
  • [3] 文中图片来源于www.chemistryviews.org

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