3. Основные процессы формирования химического состава природных вод

При формировании химического состава природных вод принято выделять прямые и косвенные, а также главные и второстепенные факторы, влияющие на содержание в них растворенных компо­нентов.

Прямыми называют факторы, которые оказывают непосред­ственное влияние на химический состав воды и связаны с химическим составом контактирующих с данной природной водой веществ (минералов, горных пород, почв и др.).

Косвенные факторы оказывают влияние на состав природных вод через посредство прямых факторов; к ним относятся температура, давление и др.

Главные факторы определяют содержание главных анионов и катионов (т. е. класс и тип воды по классификации О.А. Алекина).

Второстепенные факторы вызывают появление некоторых осо­бенностей данной воды (цвета, запаха и др.), но не влияют на ее класс и тип.

По характеру воздействия на формирование состава природных вод все факторы делят на 5 групп:

1. физико-географические (рельеф, климат и т. п.):

2. геологические (вид горных пород, гидрогеологические условия и т. п.);

3. биологические (деятельность живых организмов);

4. антропогенные (состав сточных вод, состав твердых отходов и т. п.);

5. физико-химические (химические свойства соединений, кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия и др.).

3.1. Процессы растворения газов в природных водах

Когда идеальный газ находится в равновесии с растворителем, то количество газа, которое растворено, пропорционально парциально­му давлению данного газа. Это утверждение, которое известно как закон Генри, может быть записано математически следующим об­разом:

С_i,р-р = К_ГiР_i, (1)

где С_i,р-р – концентрация i-й примеси в растворе, моль/л;

К_Гi – константа Генри для данной температуры раствора, моль/(л ^. Па) или моль/(л-атм);

Р_i – парциальное давление i-й примеси в газовой фазе, находящейся в равновесии с раствором, Па или атм.

Простой иллюстрацией закона Генри, с которой можно столк­нуться в повседневной жизни, является поведение газированного напитка. Газированный напиток приготовлен растворением СО₂ при давлении около 2 атм. Не заполненное жидкостью пространство в бутылке содержит СО₂ под этим давлением. Когда газированный напиток открыт и находится в контакте с воздухом, где парциаль­ное давление диоксида углерода значительно ниже, то равновесие нарушается, и СО₂ выходит из раствора (этот процесс сопровождается шипением напитка).

При нагревании растворов растворимость в них газов понижа­ется. Из изменения К_Гi п с температурой можно вывести основной термодинамический принцип, управляющий растворением газов, а именно: переход из газообразного состояния в растворенное – про­цесс, для которого Н⁰ и S⁰ являются отрицательными вели­чинами. Растворенное состояние более упорядоченно, чем газ. По­вышение температуры, таким образом, способствует переходу рас­творенных газов в газообразное состояние (–TS⁰ для растворения становится более положительным). Практическое следствие, напри­мер, – это выделение растворенных летучих соединений из горячей воды и их накопление в закрытых душевых кабинках (например, ра­дона или летучих органических соединений – таких, как трихлорэтилен). С этим явлением связано и уменьшение содержания ки­слорода в верхнем слое воды рек и озер в жаркие летние дни. По­этому крупные рыбы в летние дни чаще находятся на глубине, где температура ниже и равновесное содержание кислорода выше. Не­которое понижение температуры рек и увеличение интенсивности обмена между воздухом атмосферы и речной водой происходит, как известно, на перекатах и речных порогах. Поэтому эти места более привлекательны для рыб и известны опытным рыболовам.