Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
. . В приведенных уравнениях были использованы удельные кинетические характеристики — коэффициенты массоотдачи ? и массопередачи р. В зависимости от лимитирующих элементарных стадий процесса массопереноса эти характеристики по-разному-зависят от скорости фильтрации растворов. Если лимитирующей стадией является химическая реакция на поверхности твердой фазы, то кинетическая характеристика не зависит от скорости фильтрации воды. Процессы, протекающие по внутридуффузионному кинетическому механизму, также мало связаны с этой скоростью. Максимальный эффект скорости фильтрации растворов наблюдается при внешнедиффузионном механизме гетерогенного процесса.
Влияние движения воды на массоперенос в данном случае следует из учения Нернста о влиянии так называемого диффузионного слоя на гетерогенные взаимодействия. Диффузионный слой — это область наиболее быстрого изменения KOHHeHTPaUHu1 растворенного вещества, прилегающая к поверхности твердой фазы, находящейся в потоке жидкости. За толщину диффузионного слоя принимается расстояние, на котором концентрация раствора изменяется от C5 до Со- По экспериментальным
147
данным при взаимодействии в системе «вода — растворимое вещество» коэффициент массоотдачи прямо пропорционален коэффициенту диффузии конкретного вещества в жидкой фазе -Ом и обратно пропорционален толщине диффузионного пограничного слоя т, т. е. {J=Z)M/T.
Установлено, что величина т варьирует в пределах от 10~2 до 10~4 см и уменьшается с увеличением скорости потока. Это означает, что при внешнедиффузионном кинетическом механизме массопереноса коэффициент массоотдачи возрастает при увеличении скорости движения раствора.
Мы рассмотрели простейшие уравнения массопереноса, наиболее часто учитывающиеся и используемые в гидрогеологии н гидрогеохимии. Кинетика гомогенных и гетерогенных геохимических взаимодействий, которые происходят при движении подземных вод в этих уравнениях пока или не учитывается, или учитывается в очень малой степени. Действительно, в приведенных нами суммарных уравнениях массопереноса кинетические параметры, которые бы учитывали такие геохимические взаимодействия, отсутствуют. Между тем большинство химических компонентов, присутствующих в подземных водах, в таких геохимических взаимодействиях активно участвуют и поэтому их распределения в потоке движущейся жидкости (т. е. .в водном растворе) уже не всегда будут соответствовать схеме, представленной на рис. 5.3.
Поэтому в реальных природных ситуациях, когда мы имеем дело с активными в геохимическом отношении веществами, участвующими в гомогенных и гетерогенных взаимодействиях, суммарное выражение массопереноса дополняется компонентом, характеризующим изменение концентраций вещества в водной фазе, вследствие процессов массообмена между твердой •и водной фазами, а также в результате химических реакций в самой водной фазе. В этом случае суммарное уравнение удельного потока при массопереносе приобретает вид j — Cv— —Du grad С+е.
Вид компонента 6 в этом уравнении может изменяться в зависимости от химической сущности кинетического механизма происходящих процессов. Так, если гетерогенный процесс геохимических взаимодействий лимитируется скоростью внешне-диффузионной стадии процесса, то суммарный удельный поток вещества должен быть дополнен компонентом 0 = ?(Cs—C0).
Контрольные вопросы
1. В чем разница между понятиями массоперенос, массообмен, массопередача и массоотдана?
2. От чего зависит химический потенциал компонента в подземной воде?
3. Как использовать законы Фика для оценки молекулярной диффузии в гид-рогеохимическнх системах? Как влияет концентрация веществ на их диффузионный перенос в гидрогеохнмнческнх системах?
148
4. Каков физический смысл различия диффузионных и осмотических процессов в гидрогеохимических системах?
5. Как влияет скорость движения подземных вод на различные процессы массопереноса?
6. Существует ли массоперенос в равновесных гидрогеохнмических системах?
7. Как влияет кинетический механизм гетерогенного процесса на переход компонента из твердой фазы в водную? В каких случаях решающей оказывается скорость движения подземных вод, а в каких — пористость твердой фазы?
8. Что такое число Пекле, как его применять для оценки различных видов массопереноса?
9. Какие гидрогеохимические выводы можно д«лать, зная действие реаль ных процессов массопереноса?
Глава 6
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
«Л.РАСТВОРЕНИЕ
6.1.1. Общие понятия о растворении и выщелачивании (экстракции)
Растворение это процесс перехода вещества из твердой фазы в жидкую, сопровождаемый разрушением кристаллической структуры твердой фазы. Этим он отличается от процессов выщелачивания (экстракции), представляющих избирательное извлечение какого-либо компонента из твердого вещества, сохраняющего при этом свою кристаллическую структуру. Растворение и выщелачивание происходит в том случае, если химический потенциал компонента в твердой фазе выше потенциала этого компонента в жидкой фазе. Таким образом, движущей силой процесса растворения и выщелачивания является разность между концентрацией растворяющегося компонента у поверхности твердой фазы и его концентрацией в масс* раствора. Равновесие при растворении и выщелачивании на ступает, когда химический потенциал растворенного компонента становится равным величине его потенциала в твердой фазе. Достигаемая при этом предельная концентрация компонента соответствует насыщению последнего и называется растворимостью. На растворимость веществ в воде влияют многие факторы: характер связей в структуре вещества; валентность элементов, составляющих это вещество; способность отдельных компонентов растворяющегося вещества к явлениям комплексообразования и т. д. Такая многофакторность изменения растворимости веществ затрудняет ее предсказание и поэтому основная информация о растворимости веществ в воде получена экспериментальным путем. Такие экспериментальные
