Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
?ет область метастабильных состояний. Метастабильное состояние— это состояние раствора, не являющееся термодинамически устойчивым, но способное длительно сохраняться во времени. Иными словами, это область устойчивых пересыщений подземных вод.
Верхняя граница метастабильности представляет собой границу предельных пересыщений при данных температурах. Концентрации веществ в растворах, находящихся в метастабильных состояниях, превышают растворимость, но эти растворы, находясь в стадии скрытой кристаллизации, являются относительно устойчивыми. Важно знать, что такие метастабильные состояния, характеризующиеся различной степенью пересыщения, широко распространены в гидрогеохимических системах.
_ ?
Так, при pH более 7 многие подземные воды уже оказываются пересыщенными по карбонату кальция (см. рис. 6.7). Степень пересыщения характеризуется коэффициентом пересыщения г=С/Сн (где С — концентрации вещества в растворе; Сн— растворимость при данной температуре).
Аналогично при оценке степени пересыщения подземных вод по труднорастворимым соединениям используют отношение произведения активностей соответствующих свободных ионов в растворе к термодинамическому значению произведения растворимости соединения. Например, для кальцита
Г= (?ca*+ ЯС03г- )/ПР Ca CO3 -
Коэффициент пересыщения подземных вод по отдельным соединениям может достигать л-100. Степень пересыщения зави-. сит от свойств данного вещества и особенностей химического состава подземных вод.
Чем больше энергия гидратации компонентов, тем труднее частицы объединяются в зародыши и тем больше вероятность образования ими пересыщенных растворов. Поэтому соли, образующие кристаллогидраты (кристаллы, включающие молекулы воды), способнее к образованию пересыщенных растворов.
m
Весьма значительным пересыщением характеризуются подземные воды по ZnSO4•7H2O (госларит), CuSO4-7H2O (бутит), MgCl2-OH2O (бишофит), MgS04-7H20 (эпсомит), FeS04-7H2Q (мелантерит) и др.
В то же время пересыщенные растворы образуют и многие-малорастворимые соединения. Так, коэффициент пересыщения подземных BOAiBaSO4, PbSO4 может достигать л-100.
6.3. СОРБЦИЯ И ИОННЫЙ ОБМЕН
Сорбцией называют процесс избирательного поглощения газов и растворенных веществ твердой фазой. При сорбции концентрация веществ в пограничной области становится больше, чег внутри смежных фаз. Причиной возникновения сорбции явля ются физические и химические процессы, происходящие н; границе раздела фаз. Поэтому сорбция тем больше, чем большую поверхность имеет твердая фаза. • ,
Различают адсорбцию — процесс поглощения вещества поверхностью твердой фазы и абсорбцию — поглощение всем ее объемом. Сорбирующую твердую фазу называют сорбентом, а вещество, которое сорбируется адсорбатом. Сорбция может быть физической и химической.
Физическая сорбция обусловлена электростатическими силами, а также силами молекулярного притяжения адсорбата (вад-дер-ваальсовы силы). При физической сорбции сорбируемое вещество сохраняет свою химическую индивидуальность. Такая сорбция обратима, она обычно сопровождается процессом десорбции, вызванным стремлением частиц к равномерному распределению. В связи с этим в системе «твердая фаза — раствор» существует динамическое равновесие между количеством адсорбируемых и десорбируемых частиц в единицу времени. Физическая сорбция уменьшается с повышением температуры и увеличивается с ростом давления и концентрации частиц адсорбата.
Химическая сорбция — это такой процесс взаимодействия между сорбентом и адсорбатом,' который сопровождается химической ,реакцией, приводящей к образованию поверхностного химического соединения между ними. При этом кристаллическая решетка сорбента разрушается и образуется новое поверхностное химическое соединение. Так, при химической сорбции иона WO42- соединениями, кальция образуется новое химическое вещество CaWO4. Хемосорбция — это необратимый в химическом смысле процесс, который может с поверхности распространяться на весь объем сорбента.
В зависимости от форм сорбируемого вещества различают молекулярную сорбцию, когда сорбируются молекулы неэлектролита, и ионную, когда сорбируются отдельные ионы электро-
12е
179-
лнтов. И, наконец, сорбция может быть положительной и от-рицательной. При положительной сорбции сорбируется растворенное вещество — его молекулы и ионы. Отрицательная сорбция заключается в сорбции поверхностью сорбента самого растворителя, в нашем случае она заключается в сорбвции молекул самой воды H2O. Такая сорбция ведет к образованию на частицах сорбента пленок связанной воды. Отрицательная сорбция имеет максимальное геохимическое значение при взаимодействии маломннерализованных вод с сухой дисперсной твердой фазой.
Для познания процессов, происходящих при формировании химического состава подземных вод, важнейшее значение имеет ионная сорбция. При такой сорбции способность иона сорбироваться определяется энергией гидратации иона. Чем меньше энергия гидратации иона, тем больше его способность к электростатической сорбции. Поэтому способность ионов при одинаковой валентности сорбироваться возрастает с уменьшением энергии их гидратации. В этом отношении одновалентные положительные ионы образуют ряд Cs+>Rb+>iK+>Na+> >Li+, двухвалентные — Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+, одновалентные отрицательные — I->Br->Cl->F->OH" В связи с этим, чем больше заряд иона, тем лучше он сорбируется, т. е. Мег+> >Ме2+>Ме+.
