3.3.2.2. Показники агресивності і нестійкості природних вод

Важливими характеристиками природних вод і твердих речовин при розгляді процесів розчинення є показники агресивності і нестійкості.

Показник агресивності природних вод характеризує здатність даної води перевести тверду речовину в розчин. Чисельне значення показника агресивності стосовно даної речовини визначається величиною логарифма, що є часткою відношення константи рівноваги до добутку активностей іонів (продуктів), що утворюються в процесі розчинення і містяться у даній воді, та добутку активності реагентів, які містить речовина, що розчиняється.

,

де А – показник агресивності води; К – константа рівноваги процесу розчинення даної речовини; ПА – добуток активностей продуктів реакції, що містяться у даній воді, і реагентів, що містяться в речовині, яка розчиняється, відповідно.

Показник агресивності води часто використовують для порівняння розчинної здатності природних вод. Чим більше значення А, тим більшою мірою система нерівноважна і тим інтенсивніше відбувається процес розчинення даної речовини.

Показник нестійкості характеризує ступінь віддаленості системи від стану рівноваги. Цей показник зручно використовувати для порівняння стійкості різних твердих речовин відносно до однієї й тієї ж природної води. Чим більше значення показника нестійкості, тим дана речовина менш стійка.

Показник нестійкості І за числовим значенням дорівнює показнику агресивності, узятому із зворотним знаком:

I = − А.

Ця величина може бути розрахована за рівнянням:

.

Для випадку, який достатньо часто зустрічається в природних умовах, коли розчиняється чиста тверда речовина, активність якої може бути взятою за одиницю, а у водному розчині містяться тільки іони і молекули Н₂О, опис процесу спрощується.

Рівняння процесу розчинення у цьому разі можна подати рівнянням:

А_аВ_б = аА^+б + bB^−a.

Константа рівноваги рівна добутку активностей іонів, що утворюються, у ступенях, відповідних до їх стехіометричних коефіцієнтів:

К_рівн = а_А^+б b_B^‒a.

Для визначення напряму процесів розчинення або осадження у цьому разі зручно використовувати показник ступеня нерівноважності:

Θ = (ПА)_прод/К_рівн.

де Θ – ступінь нерівноважності; (ПА)_прод – добуток активностей іонів у розчині; К_рівн – константа рівноваги процесу розчинення.

Ступінь нерівноважності характеризує ненасиченість (Θ < 1, іде процес розчинення) або пересичення (Θ > 1, йде процес осадження) розчину. Якщо ступінь нерівноважності дорівнює одиниці, в системі спостерігається рівновага між твердою і рідкою фазами.

Константи рівноваги процесів розчинення, як уже було зазначено вище, є величинами, що визначаються термодинамічними параметрами системи. Вони пов’язані з відповідною залежністю активності продуктів процесу розчинення, тому можуть бути використані для визначення концентрації відповідних домішок лише у разі безкінечно розведених розчинів, коли коефіцієнти активності усіх компонентів дорівнюють одиниці. Для оцінювання концентрації домішок у розчині часто використовують поняття добутку розчинності (ДР), яке для процесу, поданого рівнянням (3.11), матиме вигляд:

ДР = [А^+b]^а[B^‒a]^‒b,

де [А^+b]^а і [B^‒a]^−b – концентрації іонів у розчині (моль/л) у ступенях, відповідних стехіометричним коефіцієнтам реакцій.