Карбонатно-кальциевое равновесие в природных водах - Романова София

С. М. Романова

Создатель учения о природных водах академик В.И.Вернадский неоднократно подчеркивал, что в природе устанавливаются довольно подвижные равновесия между природными водами, газами и твердыми телами.

Из числа равновесий, которые устанавливаются в природных водах, важнейшим является карбонатно-кальциевое. Основными его компонентами являются: СО₂, Н₂СО₃, НСО₃^-, СО₃^2-, Са²⁺, Н⁺.

Карбонатная система в водоемах и водотоках имеет исключительно важное значение, во-первых, для протекающих в них физико-химических, биологических и других процессов. Во-вторых, состоянием карбонатно-кальциевого равновесия определяются условия растворения или осаждения карбонатов, в частности, СаСО₃. В-третьих, изучение равновесия имеет большое значение для практических целей, например, для характеристики воздействия воды на строительные сооружения из бетона.

Как же возникает равновесие между указанными компонентами? Большая часть СО₂ находится в воде в виде молекул растворенного газа и только около 1 % реагирует с водой, образуя угольную кислоту:

Примечание.

ΣCO₂ – общее содержание компонентов карбонатной системы;

C_CO2 – концентрация свободного диоксида углерода;

P_{CO2 –} парциальное давление СО₂;

S_CO2– растворимость СО₂ при данной температуре и давлении 10⁵ Па;

Alk – карбонатная щелочность;

[C_i] – концентрация ионов;

[C_i]f_i – активность ионов;

aH⁺ – активность ионов водорода;

f_i – коэффициенты активности ионов;

к₁ и к₂ – термодинамические константы, соответственно, первой и второй ступени диссоциации угольной кислоты;

L₀ – термодинамическое произведение растворимости СаСО₃;

L – произведение активноcти СаСО₃.

* При анализе получают общую щелочность

Alkобщ = НСО3- + 2СО32- + НSiO3- + H2BO3- + HS- + HPO42- + OH– + H+

Однако карбонатная щелочность настолько близка к общей, что в большинстве случаев их не разделяют из-за малой концентрации других составляющих.

** Под концентрацией Н₂СО₃ подразумевается общая концентрация растворенного СО₂ (СО₂ + Н₂СО₃); тем самым допускается, что растворенный СО₂ находится в виде Н₂СО₃.

*** Для недиссоциированной Н₂СО₃ коэффициент активности равен единице.

Определение концентрации ионов водорода ( рН )

Величина рН природных вод определяется непосредственно у объекта. В последнее время для определения концентраций водородных ионов на сети станций Госкомгидромета стали применяться электрометрические портативные установки с использованием стеклянного электрода. Однако для работы в полевых условиях все еще основным методом определения рН является колориметрический метод. Из колориметрических методов наиболее надежным является метод с буферными растворами [3]. В значения рН необходимо вносить соответствующие значения солевых и температурных поправок. Наиболее удобной формой выражения величины рН можно считать формулу, предложенную К.Бухом [4]:

РНb = рН полев.+ ΔрНs + ΔрНt + α(tb – t' w) – γ(t’w – tw), (10)

где: рН_b – величина, определенная колометрическим методом с внесенными солевой и температурными поправками;

рН _полев. – величина, определенная колометрическим методом;

ΔрН_s – солевая поправка, зависящая от минерализации воды;

ΔрН_s – поправка для приведения значений шкалы рН к температуре 18^оС (табл.2,3).

α(t_b – t' _w) – поправка на разность температур буферных растворов и пробы в момент определения рН;

t_b – температура буферного раствора шкалы рН;

t' _w – температура пробы в момент определения рН;

t_w – температура воды в момент ее взятия;

γ(t’_w – t_w) – поправка на разность температур в момент определения рН и в момент взятия пробы;

α – температурный коэффициент видимого изменения рН, отвечающий изменению константы диссоциации индикатора.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.