- •Характеристика химического состава и оценка свойств подземных вод.
- •Часть 1. Общие сведения о химическом составе и
- •2. Основные компоненты и факторы формирования химического состава подземных вод.
- •2.1. Основные компоненты химического состава подземных вод:
- •2.2. Факторы формирования химического состава подземных вод.
- •3.Ионный состав воды и свойства воды, зависящие от ионного состава.
- •3.5. Кислотность (щелочность) воды.
- •4.Аналитическая обработка данных по ионному составу воды
- •4.1. Формула Курлова.
- •Классификация ионного состава воды о.А. Алекина.
- •Графические способы изображения химического состава воды. Диаграмма.
- •5.2. Графики-треугольники.
- •График-квадрат (квадрат Толстихина).
- •Характеристика и оценка свойств воды.
- •1.Записать исходные данные об ионном составе воды в виде таблицы.
- •Пересчитать содержание ионов из ионной в эквивалентную форму.
- •4. Подсчитать сумму катионов и анионов (в мг-экв/л).
- •1.Составить формулу Курлова.
- •2.2. Дать название воды по формуле Курлова.
- •2.4. Дать полное название воды по классификации Алекина и привести краткую его запись.
- •1. Построить диаграмму.
- •1.2. Составить диаграмму анионного состава.
- •3.2. Нанести данные химического анализа на графики-треугольники.
- •3.3. Нанести данные химического анализа на график-квадрат (квадрат Толстихина).
- •Контрольные вопросы:
- •Контрольные вопросы:
- •Устранимая жесткость (карбонатная).
- •Контрольные вопросы:
- •Определение пригодности воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
- •Контрольные вопросы по лабораторной работе «характеристика химического состава и оценка свойств подземных вод».
- •Литература:
- •Приложения
- •Атомные веса химических элементов, наиболее часто встречающихся при анализе воды
2. Основные компоненты и факторы формирования химического состава подземных вод.
2.1. Основные компоненты химического состава подземных вод:
Собственно «вода» – соединение состава Н2О;
Ионы - от «главных» до микроэлементов;
Молекулы;
Коллоиды (гидрооксиды железа, алюминия, кремния и другие);
Органические (гуминовые) соединения - окрашивают воду в желтоватый цвет; это безвредная не ядовитая примесь.
Механическая примесь (взвешенные частицы);
Газы (в пресных и солоноватых водах это О2, Н2, СО2, N2; H2S, CH4, Rn, Аг).
Живое вещество (представленное в основном бактериями).
Различные компоненты химического состава оказывают определенное влияние на вкусовые качества воды. Например, при значительном содержании углекислого газа вода имеет кислый вкус, ионов хлора – соленый, сульфатов – горьковатый. Гидрокарбонатные ионы придают воде приятный освежающий вкус, соединения железа – вяжущий, гуминовые соединения – сладковатый привкус и затхлый запах. Несмотря на субъективность оценки, по вкусу, во многих случаях, можно судить о химическом составе воды и преобладающих в ней ионах.
2.2. Факторы формирования химического состава подземных вод.
Компоненты, содержащиеся в подземных водах, поступают:
Из атмосферных и поверхностных вод;
Из вмещающих горных пород при их взаимодействии с водой в результате: а) обменных реакций, б) реакций выщелачивания, в) реакций растворения, г) микробиологических процессов.
Из недр Земли (в виде газов или растворов);
В результате хозяйственной деятельности человека.
3.Ионный состав воды и свойства воды, зависящие от ионного состава.
3.1. Главные ионы.
Главных ионов, от содержания которых зависит качество воды, семь: 4 катиона - Na1+, К1+, Mg2+, Са2+ и 3 аниона - С!1-, SO42- НСО31- . Остальные ионы в незагрязненных подземных водах содержатся, как правило, в подчиненных количествах.
При сокращенном химическом анализе воды натрий и калий определяют совместно и в такой форме - как сумму двух катионов (Na1+ + K1+) и рассматривают. При этом калия в воде по сравнению с натрием очень мало.
3.2. Единицы измерения содержания ионов.
Содержание ионов в растворе может быть выражено в весовых единицах –количеством миллиграммов в литре (мг/л) или в единицах количественных – количеством миллиграмм-эквивалентов в литре (мг-экв/л), а также в процент-эквивалентной форме (%-экв).
Для пересчета содержания ионов из мг/л в мг-экв/л используют переводные коэффициенты, равные валентности данного иона, деленной на его молекулярный вес. Например, для сульфат-иона (SO42-) этот коэффициент равен 0,0208 [к = 2: (32+4x16) = 0,0208].
Содержание процент-эквивалентов определяют отдельно для катионов и анионов.
3.3. Общая минерализация.
Важной характеристикой химического состава подземных вод является общая минерализация (то есть суммарное содержание растворенных веществ), определяемая как сухой остаток, получаемый при выпаривании воды при температуре 105-110°С. Как правило, величина сухого остатка, измеряемая в граммах (миллиграммах) на литр (г/л или мг/л), больше чем сумма наиболее распространенных ионов, поскольку кроме них в сухой остаток входят и другие компоненты, (например, Fe2+, Al 3+, СО22- и другие). Величина общей минерализации служит основой первичной и самой простой классификации воды по химическому составу (таблица 2).
Таблица 2. Классификация природных вод по общей минерализации
Название воды |
ГОСТ – 17403-72, г/л |
По В.И. Вернадскому, г/л |
Ультрапресная |
– |
<0,2 |
Пресная |
<1 |
0,2 – 1 |
Солоноватая |
1 – 25 |
слабо 1- 3 сильно 3 – 10 |
Соленая |
25 – 50 |
10 – 35 |
Рассол |
> 50 |
> 35 |
3.4. Жесткость воды.
Возможность практического использования воды во многих случаях определяется ее жесткостью. Жесткостью называют свойства воды, обусловленные присутствующими в ней ионами Са2+ и Mg2+ и некоторыми другими веществами, например NaCl и Fe2CО3. Жесткие воды дают большую накипь в паровых котлах, плохо взмыливаются и вызывают другие нежелательные явления. Питьевая вода не должна иметь жесткость выше 7 мг-экв/л. Слишком жесткая вода вызывает в организме накопление солей (склерозы). Относительно использования воды, совершенно лишенной жесткости (дистиллированной) мнения врачей сильно расходятся - принято считать, что дистиллированная вода непригодна для питья, т.к. выщелачивает из организма соли и газы. Однако по наблюдениям за экипажами морских кораблей многие месяцы пьющих только перегнанную воду это мнение не находит подтверждения. При использовании в хозяйственных целях жесткая вода неудобна - в ней расходуется много мыла, мясо и овощи плохо развариваются, образуется накипь в посуде, которую приходится удалять.
Общая жесткость измеряется в мг-экв/л и количественно равна сумме содержания ионов кальция и магния также измеренной в мг-экв/л. Классификация воды по общей жесткости приведена в таблице 3.
Таблица 3. Классификация подземных вод по общей жесткости.
Жесткость |
Мг-экв./литр |
немецкие градусы |
Очень мягкая |
Менее 1,5 |
до 4,2 |
Мягкая |
1,5 – 3 |
4,2 – 8,2 |
Умеренно жесткая |
3 – 6 |
8,4 – 16,8 |
Жесткая |
6 – 9 |
16,8 – 25,2 |
Очень жесткая |
Более 9 |
Более 25,2 |
При кипячении воды часть ионов Са2+ и Mg2+ соединяется с равным им (в эквивалентной форме) количества аниона НСОз1- и образуют накипь.
Жесткость, соответствующая той части кальция и магния, которая при кипячении выпадает в осадок, называется устранимой жесткостью. Выпадение кальция и магния в осадок при кипячении воды объясняется переходом ионов НСОз1- в ионы СОз2- и образованием трудно растворимых соединений - СаСОз и MgCО3. Поскольку устранимую жесткость принято оценивать содержанием НСОз1-, ее часто называют карбонатной жесткостью. Обычно эти термины (устранимая и карбонатная жесткость) рассматриваются как синонимы, что не всегда верно, поскольку содержание магния и кальция зависит не только от содержания гидрокарбонатного иона, но и от других особенностей химического состава воды. Но в первом приближении можно считать, что:
Устранимая жесткость = карбонатная жесткость = г НСОз1- (в мг-экв/л). (Буква "r", стоящая перед символом иона, означает, что имеется в виду численное значение его содержания в мг-экв/л).
При полном расходовании иона НСОз1- оставшиеся катионы Са2- и Mg2- придают воде постоянную (неустранимую) жесткость, которая представляет собой, следовательно, разность между общей и устранимой жесткостью. Численно она равна, таким образом, разности (в мг-экв/л) между суммой кальция и магния и содержанием гидрокарбонатного иона, то есть: Постоянная (неустранимая) жесткость = (г Са2+ + rMg2*) - г НСОз1-.
Примечание: в старой литературе жесткость воды часто указывали не в метрических единицах, а в так называемых «немецких градусах». Один миллиграмм-эквивалент на литр соответствует 2,8 градусов жесткости по немецкой шкале.