Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
71
катиойов в природных водах крайне ограничена. В случае нахождения этих элементов в подземных водах в виде комплексных соединений с фтором, органическими веществами и др. они гораздо труднее подвергаются гидролизу, и интервал их осаждения из подземных вод может быть сдвинут далеко в щелочную сторону. Геохимическими последствиями этого является расширение кислотно-щелочного диапазона водной миграции гидролизующихся элементов. Образование комплексных соединений элементов переменной валентности расширяет окисг лительио-восстановительные границы их водной миграции. Существование различных состояний одного и того же элемента в водах влияет на их участие в ионообменных процессах и процессах сорбционного соосаждения, так как в обмен и сорбцию вступают не только простые катионы и анионы, но и соединения иной величины заряда и даже с зарядом противоположного знака.'
Установление миграционных форм элементов необходимо для решения многих задач гидрогеохимии. Уравнения закона действующих масс, с помощью которых изучают равновесия, выражены через активности индивидуальных веществ — форм их существования. Использование в этих уравнениях аналитически определенных концентраций элемента, представляющих собой часто сумму концентраций многих его форм существования, может привести к грубым погрешностям. Игнорируя комплексообразование, невозможно правильно оценить степень насыщенности воды по отношению к тем или иным минералам, дать точный расчет растворимости данного минерала в природных водах и т. д. Только с учетом миграционных форм элементов можно правильно интерпретировать результаты измерений окислительно-восстановительного потенциала Eh вод, строить графики полей устойчивости минералов в координатах Eh—pH и пользоваться ими. Чем выше заряд иона и минерализация воды, тем сильнее концентрация свободных (т. е. не связанных в комплексные соединения) ионов отличается от аналитической концентрации. Например, для Fe3+ это различие обычно достигает многих порядков.
При исследованиях в области охраны окружающей среды первостепенное значение имеет то обстоятельство, что разные миграционные формы одного и того же элемента имеют иногда резко различную токсичность. Например, по отношению к водным организмам неорганические соединения As (III) на порядок более токсичны, чем соединения As (V).
По степени токсичности может быть выстроен ряд: арсин А$Нз>арсениты>арсенаты>органические соединения As.
Биогеохимический эффект сложных состояний элементов не адекватен эффекту их простых форм. Так, фтор (при содержаниях > 1,5 мг/л), будучи токсичным для человека в случае
72
нахождения его в водах в виде F~ перестает быть таковым при существовании его в этих водах в виде BF4"". Экспериментально установлено, что введение в организм человека токсичных доз фтора в виде BF4- исключает риск заболевания человека флюорозом, так как это соединение хуже усваивается организмом.
Катионные формы меди (Cu2+ CuOH+, Cu2(OH)22+) существенно опаснее ее нейтральных или анионных форм. В то же время токсичность металлорганических форм Pb и Hg иногда значительно сильнее, чем неорганических. Связывание Cd, Cu1 Pb, Hg в фульватные и' гуматные комплексы резко понижает их вредное воздействие.
И, наконец, имеются значительные химико-аналитические последствия существования различных форм элементов в подземных водах. Это происходит от того, что многие методы- аналитического определения химических элементов в водах (особенно колориметрические) разработаны только на их определенные химические состояния, поэтому существуют противоречия между формами определения элементов при анализе подземных вод и их конкретными состояниями в них. В результате этого в водах может не обнаруживаться часть концентраций элементов и, следовательно, могут получаться недостоверные данные об их истинных содержаниях. В связи с этим необходимо знать и прогнозировать вероятные состояния элементов в подземных водах.
3.2. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МИГРАЦИОННЫХ ФОРМАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ
Химические элементы в подземных водах могут находиться в виде взвеси, коллоидов и истинно растворенных состояний. К взвесям относят частицы, имеющие размер более 0,5 мкм. Частицы меньшего размера являются коллоидными и растворенными формами. Границу между ними в большинстве случа- . ев провести трудно, так как она подвижна и зависит от химических свойств элементов и образуемых ими форм.
Взвеси не имеют практической геохимической значимости для миграции химических элементов в подземных водах. Вместе с другими формами химических элементов они могут быть только в аллювиальных водах, а также в прифильтровых зонах разведочных и эксплуатационных скважин. Коллоиды в геохимии подземных вод играют также подчиненную роль. Коллоиды — это системы с предельно высокой дисперсностью при условии сохранения гетерогенности, т. е. поверхности раздела между дисперсной фазой и средой. Но в реальных условиях формирования подземных вод границу между коллоидами элементов и их растворенными формами провести
73
*
трудно. Считают, что коллоиды в подземных водах образуют только отдельные макроэлементы подземных вод, такие как кремний, поскольку мета- и ортокремниевые кислоты являются полимерными соединениями, а также элементы-гидролизаты — Al, Fe (HI), Mn (IV) и др., гидролизующиеся в подземных водах с образованием малорастворимых соединений.
