Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Участки концентрации элементов в водах, горных породах и почвах, обязанные испарению, автор предложил называть испарительным геохимическим барьером. На нем концентрируются Na (Na+), К (К+), Mg (Mg2+), Са (Са2+), СКС1-), S(S042-), СННСОг, С032-), F(F-), а из микроэлементов— Вг(Вг_), J(J-, J03~). Se(Se04~), U(UO,
(СОз)з4-), Mo (Mo042-), Sr (Sr2+) и др. (в скобках — характерные ионы солоноватых и соленых вод).
Глубокий анализ геохимии галогенеза с позиций ионной концепции дал А. Е. Ферсман. На первых этапах галогенеза, по Ферсману, осаждаются в основном четные и более высоковалентные ионы (Са2+, S042-, С032_), а в растворе накапливаются нечетные и маловалентные (С1~, Вг_, J- и т. д.). В ходе галогенеза, таким образом, происходит переход от четных элементов к нечетным, от средних порядковых номеров — к высшим, от больших кларков — к малым, от середины таблицы Д. И. Менделеева — к ее краям, от больших валентностей и эков — к малым, от меньших радиусов ионов — к большим. Эти закономерности ученый объяснял с позиций геоэнергети-ческой теории. Он показал, что для галогенеза характерны ионы с наибольшими радиусами и наименьшей валентностью, т. е. с низкими эками:
Катионы Na+ К+ Rb+ Cs+
Экп 0,45 0,36 0,30 0,30
Анионы СГ Вг- J-
Эки 0,25 0,22 0,18
Для сравнения приведем экп ионов, не участвующих
в галогенезе: Fes+ — 5,15; А13+ — 4,95.
Щз вод ионы могут поглощаться (сорбироваться) гор-|ими породами и почвами. При этом из почв и пород § воды поступают другие ионы. Ионпый обмен впервые детально изучил, объяснил, использовал с практическими! целями выдающийся советский почвовед К. К. Гед-ройц (1872-1932)”
К. К. Гедройц доказал, что каждая почва, глина, (гелкоземистая порода содержат катионы, которые не входят в состав растворимых солей, но переходят в раст-ibp при взаимодействии почвы (породы) с раствором ©эли. При этом часть катионов соли поглощается твердой фазой, т. е. происходит обмен катионов между почвой
0 раствором. Количество анионов раствора в большинстве случаев не меняется. Катионы твердой фазы, способные обмениваться на катионы раствора, К. К. Гед-ройц назвал обменными катионами, а часть почв и пород, способную к обменным реакциям,— поглощающим Комплексом. Общее количество обменпых катионов (ем-йость поглощения) обычно не превышает 1%. Сцособ-ностью поглощать катионы из раствора обладает преимущественно коллоидная фракция с диаметром частиц менее $>0002 мм.
f Поверхпость отдельной коллоидпой частицы ничтожна, однако суммарная поверхность, рассчитанная на 1 г коллоидной фракции, в тысячи и миллионы раз больше, Щы для частиц, видимых простым глазом. Например, .поверхность 1 г различных глин колеблется от 10 до IQ0 м2. В связи с этим значительна и поверхностная Шергия коллоидов, которая проявляется в сорбции ио-вов. Эти явления имеют электрохимическую природу ^зависят от электрического заряда коллоидов: если они ^ряжены отрицательно, то поглощают катионы, если Цоложительпо — анионы.
Глинистые минералы, гумус, гидроокпслы марганца g некоторые другие природные коллоиды заряжены отрицательно и поглощают из вод катионы. Помимо щелочных и щелочноземельных металлов, сорбируются и
* Само явлеппе поглотительной способности почв, мппералов и Пород было установлено еще в античную эпоху. В середине
3- его описал английский хпмик п агроном Т. Уэ (Way), рднако сущность явления, его механизм не были поняты до рябот К. К. Гедропца,
тяжелые металлы. Например, в почвах и осадочных породах часто встречаются черные примазки, конкреции, порошки гидроокислов марганца, содержащие примесь никеля, кобальта, меди, цинка, ртути, золота, бария и прочих металлов, сорбированных гидроокислами.
Менее распространены положительно заряженные коллоиды, способные поглощать РО®-, VO4-, SO4-, С1 , Вг“, J- и прочие анионы. К ним относятся гидроокислы алюминия и другие минералы.
Коллоиды сорбируют ионы даже при мл концентрациях в водах, далеких от насыщения. Поэтому поглощение ионов часто происходит из ненасыщенных растворов. Многие редкие элементы вообще не образуют насыщенных растворов, и для них ионная сорбция — важнейший путь'перехода в твердую фазу.
Обмен иоиов может обусловливать изменение состава природных вод. Если, например, сульфатно-кальциевые (или магниевые) подземные воды мигрируют среди глинистых пород морского происхождения, обычно содержащих обменный натрий, то протекают реакции:
глина = 2Na+ + Са2+ + SO®- :? 2Na+ + SO®- +
-f- глина = Ca2 *-.
глина = 2Na+ + Mg®+ -J- SO®-;? 2Na+ -f SO®- -f
-j- глина = Mg2-*".
Символом «глина = Са2+» обозначена глина, содержащая обменный кальций (или другой обменный катион). Так , происходит обмен катионов, количество аниона(SO4 ) но меняется.
Постепенно весь обменный натрий переходит из глии в раствор, воды из сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс из типично морского^—натриевого становится типично континентальным — кальциево-магниевым. Возможны и обратные реакции: сульфатные натриевые воды, мигрируя среди горных пород, поглощающий комплекс которых насыщен кальцием, обменивают натрий на обменный кальций породы.
