Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Например, после гидролиза Fe (III) : Fe3+-f-nOH~ = 5=Fe(OH)n3-n—»-Fe(OH)30 происходит полимеризация, т. е. объединение молекул мономера в крупные коллоидные макромолекулы [Fe(OH)3]n, способствующие образованию минерального гидроксида железа — лимонита HFeO2-^H2O. Коллоидные формы также образуют многие элементы при формировании сложных ассоциированных . комплексных соединений (см. раздел 3.3) с органическими веществами гумусового ряда. Макромолекулы соединений органических веществ гумусового происхождения с этими элементами имеют большой размер и поэтому с этих позиций формально их следует счи-. тать коллоидными соединениями. Преобладающими миграционными формами химических элементов в подземных водах являются истинно растворенные формы. Они разнообразны и представлены диссоциированными ионами сильных электролитов, недиссоциированными молекулами (особенно органическими) , комплексными соединениями.
3.3. РАСТВОРЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД. ПОНЯТИЕ О КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ЭЛЕМЕНТОВ
Растворенные вещества подземных вод можно разделить на простые недиссоциированные формы и сложные комплексные соединения.
К простым относятся такие формы, составляющие которых не могут существовать в растворе отдельно. Например, анионы CO32", SO42" в подземных водах не диссоциируют и составляющие их ионы C4+, S6+ в подземных водах не существуют. Среди простых форм выделяют положительно заряженные катионы (.Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+ и др.), отрицательно заряженные анионы (Cl", SO42", CO32-, HCO3" и др.) и нейтральные недиссоциирующие молекулы (CH4, CO2, NH3, O2 и др.).
Но в такой сложной многокомпонентной системе, как подземные воды, многие химические элементы находятся не только в виде простых ионов — продуктов диссоциации веществ, но и в виде ассоциированных соединений различной степени сложности. Здесь важно знать, что в подземных водах происходит не только диссоциация веществ на отдельные ионы, но и противоположный процесс ассоциации этих ионов в сложные соединения. Ассоциация ионов — это образование из противоположно заряженных простых ионов более сложных-частиц ас-социатов. Чем больше концентрация веществ в подземных во-
74
дах, тем большее значение имеет в этих водах процесс ассоциации ионов. Важнейшим следствием ассоциации ионов в подземных водах является образование этими ионами комплексных соединений.
Комплексное соединение — это форма, образованная ассоциацией двух или более простых форм, каждая- из которых способна существовать независимо.
Так, например, в подземных водах кальций образует следующие комплексные соединения: CaHCO3+, CaC(V, CaSO40, Ca (SO4) 22-, CaCI+; магний —MgHCO3+ MgCO30, MgSO40, Mg(SO4)^2- MgCI+ и др.; свинец— PbHCO3+ PbCO30, PbSO40, Pb (SO4)22- PbCl+, PbCl20, PbHS+ и др.; бериллий — BeF+ BeF20, BeF3" BeF42- BeCO30, Be(OH)42"71 и др.; алюминий— AlFn3"71, Al(OH)n3"71, Al(SO4)3-2" и др.
В любом комплексном соединении выделяют центральную группу (ядро) и окружающие ее лиганды (или адденды)* Роль центральной группы в большинстве комплексов играют катионы: простые — Ca2+, Mg2+ Al3+, Fe3+ и.т. д. или более сложные типа иона уранила UO22+, ванадила VO2+ и др. Совокупность лигандов, непосредственно связанных с ядром, называют координационной сферой, а их число координационным числом. Это координационное число не всегда совпадает с зарядом иона (чаще больше него). Причина заключается в том, что координационное число определяется законами кристаллохимии и зависит от отношения заряда и радиуса иона. Так, например, бериллий и свинец при заряде 2 имеют координационное число 4 и это означает, что они могут присоединить до четырех анионов-лигандов. Алюминий при заряде 3 имеет координационное число 6 и т. д.
Важнейшее свойство комплексных соединений — образование комплексов с последовательно увеличивающимся числом лигандов вплоть до координационно насыщенного соединения.
Например, при образовании хлоридных комплексов свинца образуются следующие комплексные соединения:
Pb3++ Cl" = PbCl+; РЬС1°2+С1- = РЬС1-3; PbCl++ Cl- = PbClV РЬС1-3 + С1- = РЬС12-4,
а при образовании фторидных комплексных соединений алюминия образуются соединения:
Al**+ F- = AlF2+; AlF°3 + F- = AlF-4;
A1F2+ + F-=A1FY, AlF-4 +F-== AlF2V-
A1F% +F-= A1F°3; AlF2V+ F" = A1F%.
* В химической и геохимической литературе при. характеристике соединений, участвующих в комплексообразова-нии и связанных с центральным ионом-хомплексообразователем, используют термины адденд н лиганд. Для наших задач их можно считать синонимами, но мы будем употреблять в дальнейшем термин лиганд.
рН = 5
10
ТОО Г, мг/л
I
%
да
30
то о
—X—к—
Рыс. 5./. Соотношение между формами алюминия в системе Al3+—F-— OH- при pH, равном 5 и 7 (расчетные данные для 25 0C)
70
700 F1M г/Л
Рис. 3.2. Хелатизация иона меди Cu2+ салициловой (а) и фталевой (б) кислотами [51]
—Q
\
—О
/
Cu
Кинетика процессов ассоциации — диссоциации между ио-!ами в растворе такова, что в большинстве случаев в системе ггупенчато образующихся комплексных соединений быстро достигается термодинамическое равновесие.
