Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
3.5. ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА МИГРАЦИОННЫЕ ФОРМЫ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ
Образование соединений химических элементов с органическими веществами в подземных водах является весьма распространенным геохимическим явлением. На рис. З.б показаны элементы, для которых достоверно установлены соединения с органическими веществами. Эти элементы характеризуются самым различным строением электронных оболочек. При этом диапазон электроотрицательностей элементов, образующих
90
Периоды I 1 Ш EZ ? 1 :ю ---
H He •
г Li 38 I К С
IJItJl 111 !11! ITIIlIIiI11II IIIIHP1II T -
№ O F Ne
III I ПИ ' I
Na Мер Al1 (Sil
jiiiijTi и mi 11 P P Cl Ar
А К Ш Sc" Ti VTi Cr1 Mn -Fe
II 1 I Il llillli Ii1"' Ш II
Ih nil Щ
!ri''4 ЩИ Щ»1 JiJH Си Zn1 ,Ga Ge
Mf'Eii ii ни Ii il r if Mn \щ\ Se1 Br Kr
I И1 I 111! 1 I' 5 "IMM 111 ft TTN + 'Til Nb I Mo Tc Ru Rh
ilA Щ II SbI Te I * Xe
II I um! I '!I I 6 Cs Ba LaI Hf
____ l:tnii' I шяаалвМйавииия_ Ta jjjjjji I Re Os Ir JPI
ЩЫ Ti I Pb PI Po At Rt L 7 Fr Ra Ae Ku ?
9 * щ Pr J Nd (Pm I Sm I Eu I Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
_ Iii I ^ i ?il» I Lu ,TK Pa ,Ui Np Fuji Am I Cm Bk Cf Es Fm Md |(No) (Lr) Рис. 3.6. Элементы, для которых установлена химическая связь с органическим веществом природных вод (выделены штриховкой)
природные соединения с органическими веществами, достаточно велик. Это свидетельствует о разнообразии связей при образовании элементоорганических соединений и разнообразии геохимических свойств этих соединений*. Последнее определяет тот факт, что способность к образованию'природных элементоорганических соединений проявлена не только у элемен-тов-комплексообразователей, но и у элементов с резко выраженными аниоиогенными свойствами.
Среди различных видов органических веществ, присутствующих в подземных водах, особое значение для образования элементоорганических соединений имеют вещества гумусового происхождения — фульво- (ФК) и гуминовые (ГК) кислоты. Эти кислоты составляют 50—90% от природных органических веществ, присутствующих в подземных водах, но максимальное значение они имеют в подземных водах верхних водонос-
* В химии элементоорганическими соединениями называют органические соединения, содержащие химическую связь «элемент — углерод>. Здесь мы условно и ради удобства изложения элементоорганическими соединениями называем все соединения химических элементов с органическими веществами независимо от типа связей.
91
ных горизонтов, химический состав которых формируется под влиянием процессов, происходящих в почвенном покрове. Содержание фульвокислот в подземных водах верхних горизонтов может достигать 100 мг/л, при этом отношение ФК:ГК в этих водах составляет 10:1. Фульвокислоты — это типичный пример полуфункционально комплексообразующего вещества со значительными вариациями (от 300 до 60 000) молекулярной массы. В растворах ФК проявляют свойства типичных кислот; по данным Г. М. Варшал, Ki 2-10"3, К2 5-10"5.
Наиболее изученными в настоящее время являются соединения с ФК и ГК, образуемые в подземных водах элементами-комплексообразователями. Устойчивость этих элементов с ФК значительна. Так, рК комплексных соединений Ме-ФК при pH 5 составляют: Mg2+ 2; Ca2+ 3; Zn2+ 2,5; Pb2+ 6; Cu2+ 12; Со2+ 3,5; Ni2+ 4; Mn2"** 4; Al3+ 6—7; Fe3+ 9.
Относительно устойчивыми являются комплексные соединения элементов-комплексообразователей с компонентами гуми-новой кислоты. Так, рК этих соединений Me-TK составляет: Ca2+ 4; Mg2+ 4,5; Pb2+ 3,5; Cd2+ 4,5; Hg2+ 18,0.
Относительно высокая устойчивость соединений элементов-комплексообразователей с органическими веществами гумусового происхождения определяет тот факт, что в подземных водах верхних водоносных горизонтов, особенно в гумидных регионах, часть содержащихся в них элементов-комплексооб-разователей находится в виде различных соединений с ФК и ГК. Доля элементоорганических соединений в общей совокупности миграционных форм, образуемых этими соединениями, в подземных водах может значительно изменяться — она минимальна (10—20%) у кальция, магния, марганца, но резко возрастает у Cu (II), Hg, Fe (III), Al (III). У этих элементов доля элементоорганических форм в общей совокупности их состояний в подземных водах с высоким содержанием органических веществ достигает 95%. При этом важно отметить, что среди этих соединений преобладают нейтральные соединения или соединения, имеющие отрицательный знак заряда. Уже это явление определяет увеличение миграционной способности элементов-комплексообразователей в подземных водах, поскольку большая часть гипергенных мелкодисперсных глинистых образований в среде с pH более 2 имеет отрицательный заряд. Однако геохимические последствия образования элементоорганических соединений этим не исчерпываются. При наличии устойчивых элементоорганических соединений происходит смещение равновесий в геохимических процессах (растворение, выщелачивание, осаждение, соосаждение, сорбция, ионный обмен, окисление, восстановление) в сторону водной фазы. При этом, чем устойчивее элементоорганическое соединение, тем сильнее эти смещения. Установлено, что фульво- и
