Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Покажем схему такого расчета на примере установления миграционных форм алюминия в маломинерализованной воде, содержащей фтор. Аналитически определенное суммарное содержание алюминия в воде обозначим через А10<5щ. Эта величина равна сумме всех форм алюминия в воде. Эти формы в данной принятой системе включают комплексные соединения алюминия с фтором, а также соединения алюминия с продуктом диссоциации воды ОН". В связи с этим общее уравнение материального баланса, суммирующее вероятные формы алюминия в нашей системе выглядит следующим образом:
2А10бщ = [Al3+] + [AlF2+] + [AlF+2] + [AlP3] + [AlF-J+ '
+[A1F2~5] + [AlF3_e] + [Al (OH)2+] +
+ [Al (0Н)+2] + [Al (ОН)0,] + [Al (OH)-J.
Далее составляем уравнения закона действующих масс:
AlFS+ = AP++F-, JAUHm5^1-K1; №+=тЕ1.
IAIF»+] 1 1 K1 •
AlF+,=AlF*+F-; [A1Fi+1 [F"] =h
[AlF*,,
или, учитывая первую реакцию,
[Ais+] [F-]8 . . v ,.itj+i [Al3+] [F-]» .. 'I . = KK = К» и [AlF+2] = *-±±—1- и т. д.
После подстановки уравнений закона действующих масс в общее уравнение материального баланса и несложных преобразований получим исходное уравнение для расчета
SAW-^nfi + ^+JgH+i^i+^i+i^i+
[F-I« [ОН-] [ОН-]» [ОН-]» [QH-]« 1 К* 1К\) К1, А1» К\ J*
98
Приняв в этом выражении суммарное количество алюминия за 100% и решив выражение, заключенное в квадратные скобки, при разных pH путем подстановки различных концентраций фтора, получим процентное соотношение присутствующих во фтороносных водах комплексов алюминия.
Такой расчет следует считать упрощенным, поскольку не учтены многочисленные конкурирующие реакции комплексо-образования (алюминия с CO3?-, SO42-, ФК2" а с другой стороны— фтора с Ca24-, Mg2+, Fe3+ и т. д.). Поэтому он может рассматриваться только в качестве ориентировочного средства для определения возможностей комплексообразования элементов в данных гидрогеохимических системах.
Более точные данные могут быть получены только на основе использования ЭВМ с применением специальных программ, учитывающих максимальное число возможных равновесий в данной системе, а также все конкурирующие за данный химический элемент реакции. При определении равновесного состава всей гидрогеохимической системы можно учесть несколько сот и даже тысяч комплексных частиц элементов в растворе. Характеристика таких компьютерных программ приведена в главе 15.
В практике гидрогеохимических исследований широко используются также экспериментальные методы установления миграционных форм химических элементов в подземных водах. Прямую информацию о существовании того или иного комплекса в растворах могут дать только специальные физические методы, среди которых важнейшее значение имеют спектроскопические (в видимой и ультрафиолетовой областях, инфракрасная и рамановская спектроскопия). Присутствие и концентрация комплекса фиксируются по появлению специфических полос поглощения в спектре раствора. Но такие методы пригодны лишь для простых химических систем. Для гидрогеохимических систем с их многокомпонентностью, наложением и перекрытием спектров многообразных комплексных соединений использование таких методов или затруднительно, или вообще невозможно [26]. Поэтому в гидрогеохимии используют преимущественно косвенные экспериментальные методы, характеризующие определенную вероятность существования в подземных водах различных миграционных форм элементов. Среди таких экспериментальных методов наиболее часто применяют диализ, ультрафильтрацию, экстракцию, различные электромиграционные и, ионообменные методы, гельфильтрацию. Наиболее значимой среди них является гельфильтрация, устанавливающая прямые геохимические связи между химическими элементами и органическими веществами подземных вод. Этот метод позволяет фракционировать вещества, различающиеся по молекулярной массе и соответ-
7*
99
Таблица 3.2. Экспериментальные методы изучения миграционных форм элементов в подземных водах
Задача исследований • Методы исследования I. Отделение взвешенных н коллоидных форм от растворенных Диализ
Фильтрация через фильтры с различным
размером пор
Ультрафильтрацня
Центрифугирование II. Определение доли простых (незакомплексованных) форм Колориметрия (фотометрия) Ионометрня Кинетические методы Полярография III. Определение доли комплексных соединений Жесткое разрушение комплексных соединений
Электродналнз
Фильтрация через фильтры с различным размером пор IV. Определение знака заряда ?
? Ионный обмен Электродиализ Электромиграционные V. Определение природы комплексных соединений Экстракция
Гельфильтрация
Спектроскопические ственно по их химической природе. Подробная характеристика различных экспериментальных методов определения миграционных форм химических элементов в подземных водах, их принципы и возможности приведены в работе [26], а в кратком обобщающем виде эта характеристика приведена в табл. 3.2.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные миграционные формы химических элементов в растворе.
2. Каковы геохимические последствия образования химическими элементами различных миграционных форм?
