Общий химический состав природных во

Химический состав природных вод

1.1. Основные этапы формирования химического состава природных вод

Процесс формирования химического состава природных вод осуществляется в несколько этапов, на каждом из которых определяющую роль играют различные факторы. Первым этапом формирования поверхностных вод является взаимодействие их с атмосферой. Еще находясь в атмосфере, мельчайшие капли воды при своем падении на Землю увлекают из воздуха различные вещества. Источником минерального состава атмосферных осадков являются вулканические выбросы, оксиды азота, образующиеся при грозовых разрядах, а также антропогенное загрязнение воздуха, обусловленное промышленными выбросами и работой автотранспорта. В состав атмосферных осадков входят и радиоактивные загрязнения, и пестициды. Общее количество веществ, растворенных и взвешенных в дождевой воде, колеблется в пределах 10 – 20 мг/дм 3 . Это, прежде всего, газы – азот, кислород, диоксид углерода, оксиды азота и серы, ионы солей (SO₄ 2– ,Cl – , HCO₃ – ,NO₃ – ,NH₄ + ,Ca 2+ ,Mg 2+ ,Na + ). Кроме того, дождевые воды содержат микроорганизмы и пыль в виде механических примесей. Вторымэтапом формирования состава природных вод является взаимодействие выпавших атмосферных осадков с почвенным покровом, при этом важную роль играет наличие растительности и ее характер. Приобретаемый при соприкосновении с почвой химический состав воды зависит от характера почвы. Вода, фильтруясь через почву, выщелачивает ее растворимые части, изменяя при этом свой состав: увеличивается содержание ионов и органических веществ, изменяется содержание растворенных газов. При взаимодействии воды с почвой содержание кислорода в воде уменьшается, а оксида углерода (IV) увеличивается, что объясняется окислением органических веществ. Наряду с растворением солей наблюдаются явления адсорбции и ионного обмена. Если вода фильтруется через бедные солями торфянисто-тундровые или болотные почвы, то она обогащается большим количеством органических веществ и лишь незначительно — ионами. Больше обогащают ионами воду черноземные и каштановые почвы, еще больше солонцеватые. Значительной ионообменной способностью обладают многие почвы, в особенности чернозем и торф, что связано с наличием в них гуминовых кислот. Третьими основным этапом формирования химического состава природных вод является их взаимодействие с минералами литосферы. Породы, слагающие земную кору, могут обогащать природные воды солями в результате выветривания изверженных и образовавшихся из них обломочных пород и растворения солей, находящихся в осадочных породах. Основная часть минералов, образовавшихся в глубинных слоях Земли, попав в условия биосферы, начинает постепенно изменяться и разрушаться. Это разрушение называют выветриванием. В зависимости от того, какому агенту принадлежит ведущая роль в разрушении горных пород, различают:

• физическое выветривание;
• химическое выветривание;
• биологическое выветривание.

Обычно они происходят одновременно. Химическое выветривание горных пород происходит под действием воды и воздуха в результате различных химических реакций, прежде всего гидролиза, гидратации, ионного обмена, окисления, карбонатизации и обычного химического растворения. Для минерализации воды особое значение имеет выветривание различных алюмосиликатов, которые разлагаются, главным образом при гидролизе. Так, гидролиз обычного полевого шпата (ортоклаза) приводит к образованию нового силиката – каолина, составляющего основу различных глин: Разложение плагиоклаза под действием воды, содержащей диоксид углерода, может быть представлено следующими схемами Выветриванию подвергаются и сульфиды металлов, причем в этом случае процесс ускоряется за счет окислительного действия кислорода. В результате окисления сульфидов тяжелых металлов получаются сульфаты металлов и (или) серная кислота, например: Сульфаты железа (II) окисляются, образуя гидроксид железа (III) Серная кислота энергично взаимодействует с горными породами, особенно карбонатными, при этом образуются более растворимые по сравнению с карбонатами сульфаты и углекислый газ. Растворимыми продуктами процессов выветривания являются соли Са(НСО₃)₂,Mg(HCO₃)₂,NaHCO₃,KHCO₃,K₂SO₄,MgSO₄,NaCl, а также производные кремневой кислоты и микроэлементы, что приводит к накоплению в воде ионов Са 2+ ,Mg 2+ , К + ,Na + , НСО₃ – , Cl – ,SO₄ 2– . Продукты выветривания в течение геологических периодов извлекались текучими водами. Часть ионов при этом аккумулировались в бессточных областях, другая выносилась в океан. В формировании анионного состава природных вод важную роль сыграли выделяющиеся при вулканических извержениях газы: сероводород, аммиак, хлористый водород, оксид серы (IV). Наряду с многовековой аккумуляцией ионов в океане происходило и происходит в настоящее время выделение их из морской воды в виде солей и осадков. В результате геотектонических причин выпавшие на дно соли со временем оказались на суше, образуя залежи осадочных пород. Под действием текучих вод морские отложения легко растворимых солей вновь растворялись и переносились в океан. Таким образом, между материком и океаном существует непрерывный обмен солями. Помимо прямого растворения в воде, породы могут обмениваться своими ионами с ионами воды. Свой отпечаток на формирование химического состава природных вод наложило и развитие жизни на Земле. Разложение в почвах растительных остатков, приводящее к образованию СО₂и органических кислот, ускорило процессы химического растворения минералов в почвах и подстилающих породах. Минерализации природных вод способствует и деятельность почвенных микроорганизмов, перерабатывающих органические вещества. Непосредственное воздействие на химический состав природных вод оказывает хозяйственная деятельность человека, т.к. сбрасываемые в водоемы бытовые и промышленные сточные воды резко изменяют естественный химический состав вод. Особенно большое влияние на изменение химического состава природных вод оказывают сточные воды целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, предприятий черной и цветной металлургии, коммунально-бытового хозяйства, а также смыв минеральных и органических удобрений, балластных веществ, пестицидов с полей в реки, озера, моря и их вымывание по профилю почв до грунтовых вод.

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

Источник

Химический состав, классификация и некоторые особенности природных вод

На планете есть большое количество воды, из которой 97,4 % по массе составляют морские и океанские воды. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой. Однако никогда и нигде вода в природе не бывает чистой из-за того, что она является наилучшим природным растворителем. При контакте с водой растворяются прежде всего твёрдые вещества – породы, минералы, соли. Вода растворяет также газы, что выходят из глубины Земли (СО₂, H₂S, CH₄ и др.), а в контакте с атмосферным воздухом в водах растворяются О₂, СО₂, N₂ и т.д. Большое значение при этом имеет растворённая угольная кислота, которая при взаимодействии с карбонатсодержащими минералами переводит их в хорошо растворимые гидрокарбонаты. Кроме того, в природных водах всегда есть значительное количество органических веществ – продуктов жизнедеятельности и разложения водных организмов (гидробионтов).

Большое разнообразие качественного и количественного химического состава природных вод не дает возможности классифицировать их по какому-либо одному признаку. С точки зрения аналитической химии наиболее приемлемой является классификация по содержанию основных солевых компонентов, которые составляют так называемую матрицу объекта анализа. Химический состав матрицы в большом количестве случаев является одним из важных факторов, который нужно иметь в виду при выборе метода анализа, подготовки пробы к анализу и выполнения аналитических операций.

Количественный состав матрицы природных вод характеризуется суммой солевых компонентов (главных ионов). Она создаёт так называемую минерализацию воды, которая выражается через Σ_i (г/кг). По величине минерализации природные воды подразделяются на 4 группы:

Подразделения вод согласно минерализации

Минерализация Σ_i г/кг

Качественный состав матрицы природных вод можно характеризовать соотношением шести главных ионов, которые могут присутствовать в количестве 12,5 % — экв. Такими ионами являются: Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl — , SO₄ 2- и HCO₃ + CO₃ 2- . По преобладающему содержанию ионов природные воды делятся на 3 класса: гидрокарбонатные и карбонатные (HCO₃ + CO₃ 2- ), сульфатные (SO₄ 2- ) и хлоридные (Cl — ). В свою очередь, каждый класс по преобладающему наличию катионов делится на 3 группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Так, поверхностные воды Украины являются в основном гидрокарбонатно-кальциевыми, морские воды – хлоридонатриевые, а некоторые колодезные воды – сульфатно-магниевые («гирка вода») и т.д.

Особое внимание на качественный и количественный состав матрицы (главных ионов) природных вод необходимо обращать при их концентрировании и при определении некоторых химических ингредиентов, в частности, микрокомпонентов. Например, при выпаривании гидрокарбонатно-кальциевых вод может образоваться осадок Са СО₃, на котором способны адсорбироваться много органических соединений и ионов металлов. При определении органического углерода в хлоридных водах окислением бихроматом необходимо создать условия для предотвращения окисления хлорид — ионов; при фотометрическом определении ионов аммония реактивом Неслера в сульфатно-натриевых водах необходимо предотвратить образование малорастворимого гидроксида Mg и т.д.

Химические ингредиенты природных вод делятся на 5 основных групп:

1. Растворенные газы – О₂, СО₂, Н₂S, СН₄ и т. д.
2. Главные ионы (солевые компоненты) – НСО₃, СО₃ 2- , Cl — , SO₄ 2- , Na + , + K + , Mg 2+ , Ca 2+ .
3. Биогенные элементы – NH₄ + , NO₂ — ,NO — ₃, азот органический (Nорг), орто и натрофосфаты, фосфор органический (Рорг), ортосиликаты, Fe (II, III).
4. Микроэлементы – Mn, Cn, Zn, CO, MO (биометаллы), Ni, Cr, Cd, Pb, Hg, F и др. компоненты (неорганические промышленные загрязнители)
5. Органические вещества – углерод органический (Сорг), белки, амины, аминокислоты, карбонаты и оксикарбонатовые кислоты, сложные эфиры, углеводы, жиры, карбонильные соединения природного и антропогенного происхождения.

Источник