Щелочно-Кислотные условия вод

Многие катиогенные условия образуют более растворимые соединения в кислых средах и менее растворимые- в нейтральных и щелочных (Ca, Sr, Ba, Cu, Zn, Cd, Fe2, Mn, Ni, Co др). Анионогенные элементы лучше мигрируют в щелочных водах ( Cr6+, Se6+ ,Mo6+, V5+, As5 и др.). Важное геохимическое значение имеет pH начала выпадения гидроксидов металлов из разбавленных растворов их солей и произведение растворимости гидроксидов. Осаждение гидроксилов обычно заканчивается при pH на 0,5-1,5 единиц выше. Поэтому правильно говорить об интервале pH осаждения, который для Mg2+ составляет 10,5-11 Ni2+ 6,7-8 для Al3+ 4,1-6,5 и т.д. Осаждение зависит и от концентраций металлов. Например Al3+ при содержании 1г/л осаждается из раствора с pH=3,6, а при содержании 1*10-5 г/л-уже с pH=5,3. При осаждении могут возникать сравнительно устойчивые коллоидные растворы металлов, повышающие их миграционную способность. Существенные коррективы вносятся также сорбцией, образованием комплексных ионов и других явлений. Все же данные о pH осаждения во многих случаях объясняют особенности миграции элементов. Например, концентрация Fe3+ в воде при pH=4 равна, равна 2*10-6г/л, т.е очень мала. Поэтому катион Fe3+ cсуществует лишь в очень кислых водах. При повышении pH до 4Fe3+ осаждается в виде гидроксида. Al3+ также существует только в сильнокислых водах при pH =5 его концентрация понижается до 5*10-5 г/л. Ni2+, Co2+, Zn2+,Mn2+,Ag+,Cd2+ Pb2+ в значительных количествах может находиться в растворе даже при pH=8. В природных водах их содержание, как правило, много ниже и поэтому гидроксиды не осаждаются. Осаждение этих металлов связано с образованием нерастворимых сульфидов,фосфатов, арсенатов, карбонатов и др или сорбцией. Таким образом, при оценке pH как фактора миграции металлов необходимо учитывать растворимость гидроксидов и кларки элементов, их содержание в природных водах. Образование комплексных анионов сильно изменяет условия осаждения многих металлов. Для большинства металлов образование комплексных ионов повышает pH осаждения гидроксидов и вообще повышает растворимость.

Сорбция

На раздробление вещества и образование коллоидов затрачивается энергия, которая частично превращается в геохимическую энергию сорбции. Поверхность отдельной коллоидной частицы ничтожна, ничтожна и ее способность поглощать различные вещества из окружающей среды(поверхностная энергия). Однако суммарная поверхность 1г коллоидной фракции в сотни тысяч раз больше поверхности 1 г частиц, видимых простым глазом. Поэтому значительна и поверхностная энергия природных коллоидов, проявляющаяся в сорбции и теплоте смачивания. Многие металлы сорбируют тонкодисперсными частицами и мигрируют вместе с этими взвесями.

Неполярная сорбция состоит в поглощении из раствора целых молекул, например газов и паров, молекул органических веществ. В зоне гипергенеза многие глинистые минералы сорбируют из вод органические молекулы. Велика геохимическая роль и полярной сорбции-ионного обмена. Наиболее энергично поглощаются многовалентные катионы т.е энергия поглощения R3+>R2+>R+. Среди ионов с одинаковой валентностью энергия поглощения растет с ростом атомной массы и радиуса иона (Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+ и т.д). Поэтому K+ поглощается энергией Na+. Обменная сорбция подчиняется закону действия масс, она тем интенсивнее, чем выше концентрация катионов в водах. Между катионами вод и обменными катионам пород наблюдается определенное соответствие: по составу обменных катионов можно судить о составе природных вод и наоборот. Так, если поглощающий комплекс насыщен Ca2+ и Mg2+, то циркулирующие по таким породам воды будут иметь нейтральную или слабощелочную реакцию и кальциевый состав (гидрокарбонатно-кальциевые или сульфатно- кальциевые воды). Если поглощающий комплекс содержит H+ или Al3+ то грунтовые воды имеют слабокислую реакцию,и содержание Ca2+ в них значительно меньше. Ионный обмен может быть и необратимым, если ионы поглощаются поверхностью коллоида и образуют прочное химическое соединение(хемосорбция).