Семинарское занятие № 5 Анализ химического состава природных вод

Методические материалы.

Гидросфера – водная оболочка Земли, включая подземные воды, воду атмосферы и живых организмов. Гидросферу, закономерности формирования гидрологического режима изучает наука гидрология.

Гидросфера, или природные воды – важная составная часть ландшафтов. Вода в ландшафтах может присутствовать в трех фазовых состояниях. Наличие более или менее обводненных территорий резко дифференцирует ландшафтную оболочку Земли на наземные (суша) и водные геосистемы (аквальные ландшафтные комплексы).

Площадь поверхности Земли равна 510 млн. км², из них на долю Мирового океана приходится 71% (361 млн. км²). Если площадь поверхности суши (149 млн. км²) принять за 100%, то воды суши составляют 15%, из которых 11% приходится на ледники, 4% на озера. В северном полушарии океан занимает 61% площади поверхности, в южном – 81%.

Вода обладает рядом уникальных свойств:

- является средой жизни живых организмов;

- определяет пространственную структуру белков, липидов и нуклеиновых кислот, и, следовательно, структуру и функции клеточных структур;

- служит средой для осуществления физико-химических процессов;

- осуществляет функцию растворителя различных веществ;

- играет ведущую роль в тепловом балансе земной поверхности;

- служит механизмом миграции вещества и энергии в ландшафтах;

- обладает структурно-информационными свойствами.

Вода имеет огромное значение в хозяйственной деятельности человека. Среди основных отраслей водопользователей можно отметить гидроэнергетику, морской и речной транспорт, рыбное хозяйство, рекреационное хозяйство. Основные потребители воды – сельское хозяйство (орошение), питьевая вода, нефтедобыча, легкая промышленность и т.п.).

Состав природных вод разнообразен, в него входит:

- собственно «вода» – соединение состава Н₂О;

- ионы - от макро- до микроэлементов;

- недиссоциированные молекулы;

- коллоиды (гидроксиды железа, алюминия, кремния и др.);

- органические (гуминовые) соединения – окрашивают воду в желтовато-коричневый цвет (торфяные озера);

- механические примеси (взвешенные частицы);

- растворенные газы (в пресных и солоноватых водах – О₂, Н₂, СО₂, N₂; H₂S, CH₄, Rn, Аr);

- живое вещество (бактерии и др.).

Химический состав природных вод зависит от:

- состава атмосферных и поверхностных вод;

- состава вмещающих горных пород, с которыми взаимодействует вода;

- хозяйственной деятельности человека

Изучаемые и контрольные вопросы

1. Состав природных вод.

2. Параметры, определяющие поведение химических элементов в водных растворах.

3. Сорбционные барьеры

4. Геохимические классы вод, встречающиеся в ландшафтах.

5. Коэффициент водной миграции.

6. Классификация природных вод по общей жёсткости.

7. Характеристика природных вод зоны расположения вуза.

Задание № 11 Расчёт коэффициента водной миграции

Целью задания является освоение методики расчёта коэффициента водной миграции химических элементов, которая применяется в научных исследованиях и для практических целей.

Методические материалы. Химический состав природных вод зависит от:

- состава атмосферных и поверхностных вод;

- состава вмещающих горных пород, с которыми взаимодействует вода;

- хозяйственной деятельности человека.

Поведение химических элементов в водных растворах определяется следующими параметрами:

1. Щелочно-кислотные условия, рН;

2. Окислительно-восстановительные условия (наличие или отсутствие свободного кислорода), Еh;

3. Температура, давление;

4. Сорбционная способность – возможность элемента поглощать минеральные или органические частицы или отдавать их в результате обменных процессов;

5. Способность элемента взаимодействовать с живым веществом.

Для характеристики интенсивности водной миграции элементов был предложен безразмерный коэффициент водной миграции, равный отношению содержания элемента X в минеральном остатке воды к его содержанию в горных породах, дренируемых этими водами. Так как содержание элемента Х в водах (m_X) обычно измеряется в граммах на литр, а его содержание в породах (n_X) – в процентах, то расчетная формула для К_Х имеет следующий вид:

где а – минерализация вод в г/л. Этот коэффициент для различных элементов принимает значения от 0,0001 до 1000.

Для оценки интенсивности водной миграции используются следующие четыре градации (в окислительной обстановке):

- Очень подвижные мигранты (очень сильная миграция): Cl, I, Br, S;

- Легкоподвижные мигранты (сильная миграция): Сa, Mg, Sr, Zn, U;

- Подвижные мигранты (средняя миграция): Co, Si, P, Cu, Mn, K;

- Слабо подвижные и инертные мигранты (слабая и очень слабая миграция): Fe, Al, Ti, Os, Pt, Sn и многие другие элементы, содержащиеся в трудновыветриваемых первичных минералах.

В восстановительной обстановке подвижность некоторых элементов меняется, например элементы Zn, U, Cu, Ni, Co становятся менее подвижными, образуют сульфиды. Элементы Al, Ti, Zr в любой среде малоподвижны.

Материалы для выполнения задания

1. Содержание элементов в минеральном остатке воды (не менее 3-х различающихся по степени подвижности).

2. Содержание элемента в горных породах, дренируемых этими водами.

Выполнение задания

Проводится расчет коэффициентов миграции по приведённой выше формуле.

Контрольные вопросы

1. Параметры, определяющие поведение химических элементов в волдных растворах.

2. Как рассчитывается коэффициент водной миграции?

3. Какие элементы относятся к очень подвижным, легкоподвижным, подвижным. и слабо подвижным мигрантам в окислительной обстановке?

4. Какие элементы изменяют подвижность в восстановительной обстановке?