Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
3. Каково соотношение между процессами диссоциации и ассоциации в подземных водах? От чего зависит это соотношение? Как влияет минерализация подземных вод на это соотношение?
4. В чем разница между константами диссоциации (нестойкости) и ассоциации (устойчивости) ? Что из «их удобнее для термодинамических расчетов в гидрогеохнмических системах?
5. В чем заключается разница между комплексообразованием в системах неорганических веществ и хелатообразованием в системах органических
? веществ?
100
6. Существует ли прямая связь между минерализацией подземных вод и ком* плексообразованием в них различных химических элементов?
7. В чем геохимическая причина различного поведения н миграции в подземных водах 8-электронных и 18-электронных элементов? Как реализуются различные способности этих элементов к комплексообразованню в подземных водах различного химического состава?
8. Как влияет заряд иона на его способность к комплексообразованию в подземных водах различного химического состава?
9. Какие методы установления миграционных форм химических элементов наиболее оптимальны для подземных вод различного химического состава?
10. Как влияет положение химических элементов в периодической системе Менделеева на их миграционные формы?
?
Глава 4
КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНЫЕ И ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ вод
В
Имеются два важнейших интегральных показателя геохимических свойств подземных вод — pH, характеризующий кислотно-щелочное состояние, и Eh—окислительно-восстановительное. Важность этих показателей заключается в том, что, с одной стороны, они суммируют геохимические свойства всей многокомпонентной системы подземных вод, а с другой — определяют вероятные концентрации в них различных химических элементов, их миграционные формы и возможные процессы изменения концентраций н форм элементов. Поэтому эти два важнейших геохимических показателя подземных вод являются основой для изучения в них большинства химических равновесий. Величины pH и Eh через равновесные соотношения между компонентами подземной воды функционально взаимосвязаны между собой — изменение pH ведет к закономерному изменению Eh и наоборот.
4.1. КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
4.1.1. Общие физико-химические сведения
Кислотные свойства любого водного раствора определяются действием водородных ионов (H+), а щелочные — гидроксиль-ных (ОН~). Поэтому количественно степень кислотности водной среды может быть охарактеризована концентрацией или активностью иона H+, а степень его щелочности — концентрацией или активностью ионов ОН~ Общие кислотно-щелочные состояния водного раствора условно характеризуются концентрацией или активностью водородных ионов, выражаемой величиной pH. Эта величина представляет собой отрицательный логарифм (он обозначается р) активности водородных ионов pH = -— Ig^H+- Необходимо подчеркнуть, что за основу количественных определений ионов H+ в растворах приняты
ЮГ
дотенциометрические методы, поэтому всегда правильнее говорить, что pH— это отрицательный логарифм именно активности ионов H+, а не их концентрации, т. е. это величина эффективная. Для маломинерализованных вод разность между концентрацией и активностью водородных ионов не является геохимически существенной, но для минерализованных вод отождествление активности и концентрации ошибочно.
Введение pH как показателя кислотно-щелочных свойств водного раствора основано на способности воды как химического соединения в малой степени диссоциировать на ионы по схеме Н20 = Н++ОН~*. В связи с протеканием этой реакции используют понятие ионного произведения воды: Kw=йп+К
Независимые экспериментальные и расчетные исследования показали, что Kw при 220C равно 10~14, т. е. p/(w=14. Исходя из правила электронейтральности, за нейтральную реакцию среды принимается величина 1/2 pKw Если вода не содержит других ионов, то, исходя из требования- электронейтральности, активности ионов H+ и OH- равны и соответственно составляют при 220C величину, равную Ю-7. В этих условиях pH = = рОН = 7 и эта величина при 220C характеризует нейтральную реакцию среды. Если при 22 0C ан+>аон-, то раствор имеет кислую реакцию (рН<7), если же Ян+<оон—щелочную (рН>7).
Приведенные цифры относятся только к температуре 220C Но ионное произведение воды при изменении температуры и давления изменяется и поэтому pH нейтральной среды, равный 1/2 pKw, также изменяется. Экспериментально и расчетом установлено, что при температуре более 220C ионное произведение воды увеличивается и активности ионов H+ и 0Н~ возрастают, а при температурах менее 220C ионное произведение воды уменьшается и в соответствии с этим уменьшаются активности ионов H+ и ОН™. Из табл. 4.1 следует, что pH чистой воды, находящейся в равновесии с паром, изменяется от 7,469 при O0C до 5,703 при 300 °С. Кислотно-щелочные состояния воды в зависимости от давления изменяются в гораздо меньшей степени. В области обычных для гидрогеологических систем давлений (менее 25 МПа) при низких (0—250C) температурах влияние давления на pH раствора вообще практически не проявляется. Расчетный pH, равный 1/2 Kw при температуре 25 0C с ростом давления до 100 МПа изменяется всего от 6,998 до 6,830. Влияние давления оказывается значительным
