Бикарбонаты, карбонаты
и щелочность воды
Щелочность воды почти исключительно вызывается присутствием бикарбонатных и карбонатных ионов.
Гидроокиси, железо и силикаты могут оказывать некоторое влияние на щелочность, когда рН > 9,0, но такие воды редки.
Фосфаты влияют на щелочность при любых нормальных величинах рН, однако природные концентрации фосфатов почти незначительны по сравнению с содержанием карбонатных и бикарбонатных ионов.
Следовательно, в большинстве природных вод щелочность – надежный показатель количества карбонатных и бикарбонатных ионов.
Бикарбонаты и
карбонаты
Диссоциация бикарбонатных ионов на карбонатные и водородные ионы происходит активно при рН>8,2. Ниже этой величины рН большая часть карбонатных ионов реагирует с водородными ионами, в результате чего образуются бикарбонатные ионы:
Н+ + СО2-3↔ HCO-3.
В этом случае соотношение бикарбонатных и карбонатных ионов превышает 100:1.
Следовательно, доля щелочного титрования при рН > 8,2 служит мерой содержания карбонатных ионов, а при рН < 8,2 - мерой концентрации бикарбонатных ионов.
При рН<4,5 бикарбонатные ионы, реагируя с ионами водорода, образуют молекулы угольной кислоты:
H++ HCO-3 ↔ Н2СO3.
Бикарбонаты и карбонаты
Большинство карбонатных и бикарбонатных ионов поступают в подземные воды за счет CO2 атмосферы, CO2 почвы и растворения карбонатных пород.
В некоторых подземных водах и во многих водах нефтяных месторождений бикарбонаты образуются,
вероятно, благодаря присутствию двуокиси углерода,
возникающей при диагенезе органических соединений.
Бикарбонат натрия, содержащийся в воде,
концентрируется в почвах и пустынных бассейнах в результате испарения, но при большом содержании
кальция бикарбонат будет удаляться из воды путем
осаждения карбоната кальция.
Подземные воды обычно содержат от 10 до 800*10-6 бикарбоната. Наиболее распространены концентрации 50-
400*10-6. Очень редко, при рН < 4,5, в подземных водах бикарбонат, реагируя с ионами водорода, переходит в угольную кислоту; при рН>8,2 бикарбонатные ионы диссоциируют на карбонатные и водородные.
Кислоты и кислотность
Вода считается кислой при рН < 4,5.
Кислотность пробы воды измеряется в моль-экв/л или ммоль-экв/л и определяется количеством сильной щелочи (обычно р-ры КОН или NaOH с концентрацией 0,02; 0,05 или 0,1 моль-экв/л), израсходованной на нейтрализацию раствора.
Свободная кислотность определяется при титровании до значений рН 4,3-4,5 в присутствии в качестве индикатора метилового оранжевого. В этом диапазоне оттитровываются HCl, HNO3, H2SO4, Н3РO4.
Общая кислотность определяется при титровании до значений рН 8,2-8,4 в присутствии фенолфталеина в качестве индикатора. В этом диапазоне оттитровываются слабые кислоты - органические, угольная, сероводородная, катионы слабых оснований.
Кислоты и кислотность
Кислотность может быть вызвана
присутствием соляной или серной кислот в районах вулканической деятельности,
окислением сульфидных месторождений,
присутствием слабых органических кислот природного происхождения (например, гуминовых), которые выщелачивются из разлагающихся остатков растений
и гидролизом железа и алюминия.
Окисление сульфида железа и гидратация железа:
FeS2 + H2O + 3½02 ↔ FeSO4 + H2SO4
H2SO4 ↔ 2H+ + SO42-
Кислоты и кислотность
Сульфат двухвалентного железа FeSO4 может окисляться до сульфата трехвалентного железа Fe2(SO4)3, дающий в растворе
Fe2(SO4)3 ↔ 2Fe3+ + 3SO42-
Fe3++3H20 ↔ Fe(OH)3+ 3H+
Кислоты и кислотность
Кислотность воды выражается кислотностью, образуемой эквивалентным количеством серной кислоты, хотя она может быть вызвана другими причинами.
Кислые воды сравнительно редко встречаются среди подземных вод.
Концентрация кислот в природной воде редко превышает несколько частей на миллион, но для кислых вод термальных источников эта величина достигает 900*10-6.
Кислоты и кислотность
Загрязнения, придающие воде повышенную кислотность, возникают при кислотных дождях, при попадании в водоемы не прошедших нейтрализацию сточных предприятий и др.
Сульфаты
Несмотря на относительно высокое содержание серы, главным образом в виде сульфатов, в воде и осадочных породах, этот элемент в изверженных породах присутствует лишь в небольшом количестве.
В настоящее время источниками сульфатов служат преимущественно атмосфера и растворы сульфатных минералов осадочных пород.
Осадочные породы, особенно органические сланцы, могут также давать большие количества сульфатов путем окисления марказита и пирита.
Сульфаты
Сульфаты – один из основных растворенных компонентов
атмосферных осадков, их абсолютная концентрация
обычно менее 2*10-6.
Источниками сульфатов в атмосфере служат частицы пыли, содержащие сульфатные минералы, а также газы – двуокись серы и сероводород, которые, окисляясь, дают сульфаты.
H2S проникает в атмосферу в результате распада органических веществ, иногда его источником являются
вулканические газы.
В больших количествах H2S образуется в результате действия сульфатвосстанавливающих бактерий на органическое вещество в топких низинах приливной зоны.
SO2 поступает в атмосферу за счет вулканической
деятельности, но главным образом от сгорания угля и
нефти и в результате выплавки руды, поэтому
атмосферные осадки, выпадающие вблизи источников двуокиси серы, обычно имеют высокое содержание сульфатов.