Растворимость и

давление

Давление, обычно наблюдаемое в подземных водах, оказывает небольшое влияние на растворимость минеральных веществ в подземных водах.

Однако увеличение парциального давления газов, контактирующих с водой, повышает растворимость газов, что вызывает увеличение или уменьшение подвижности некоторых компонентов в воде.

Присутствие кислорода уменьшает подвижность железа и, наоборот, наличие двуокиси углерода увеличивает подвижность многих компонентов воды, из которых наиболее важны кальций и магний.

Месторождения некоторых полезных ископаемых, возможно, образуются вследствие изменения давления в активно циркулирующих подземных водах.

Растворимость и pH

Концентрация водородных ионов в воде оказывает сильное влияние на подвижность многих элементов.

Только немногие ионы, такие, как ионы натрия, калия, азота, хлора, остаются в растворе при всех величинах рН, характерных для подземных вод.

Многие металлы-катионы растворимы в кислых подземных водах, но при увеличении рН осаждаются в виде гидроокисей или основных солей.

При рН > 3,0 в воде присутствуют лишь следы трехвалентного железа.

Если рН > 5,0, в воде содержится небольшое число ионов алюминия.

При рН > 6,0 уменьшается содержание ионов двухвалентного железа.

Ионы магния осаждаются в основном при рН > 10,5.

Растворимость и

окислительно-

Растворимостьвосстановительныйнекоторых элементов зависит от их окислительного состояния, котороепотенциалопределяется окислительно- восстановительным потенциалом Eh среды.

Величина Eh – мера энергии, необходимой для отнятия электронов у ионов в данных химических условиях.

В природных водах присутствие или отсутствие несвязанного кислорода — одна из основных причин изменения величины Eh.

Два других окислителя — газы хлор и фтор,

— вероятно, не содержатся в больших количествах в обычных подземных водах (не путать с фторидными и хлоридными ионами, постоянно присутствующими в воде).

Растворимость и

окислительно-

ВеличинавосстановительныйEh, при которой происходит окисление или восстановление, также зависитпотенциалот рН.

В общем, если у раствора щелочность повышенная, окисление гидроокисей железа и марганца происходит при более низком Eh. Двухвалентное железо может быть устойчивым в подземных водах при низком рН, но при высоком рН оно окисляется и осаждается в виде гидроокиси железа Fe(OH)3.

Подвижность марганца, меди, ванадия и урана также зависит от Eh подземных вод, хотя другие процессы, например абсорбция, могут более эффективно воздействовать на распределение этих элементов в подземных водах.

Поля устойчивости железа

в пресной воде

По полям устойчивости можно судить о формах содержания железа в пресной воде.

Ионы двухвалентного железа – наиболее распространенная форма растворенного железа

Гидроокись железа Fe(OH)3 осаждается в окислительной среде.

Присутствие значительных количеств серы и карбоната в воде изменит границы полей, и потребует введения дополнительных полей устойчивости соединений FeCO3 и FeS2.

Поля устойчивости железа

в воде

Часть полей устойчивости железа в водном растворе, содержащем 100*10-6 НСО-3 и 10*10-6 SO2-4

Ионный обмен

Все минералы, даже такие устойчивые силикаты, как кварц, имеют поверхности с некомпенсированными электрическими зарядами, хотя и незначительными по величине.

Поверхности этих минералов притягивают воду вследствие полярности ее молекул, а также ионы из воды.

Немногие минералы обладают структурами, достаточно открытыми, чтобы ионы внутренней части кристалла могли участвовать в ионном обмене.

Ионы, удерживаемые на поверхности минерала, могут замещаться другими ионами вследствие разницы в размере или благодаря взаимному притяжению ионов, или вследствие разности относительных концентраций ионов.

Ионный обмен

Чаще всего одновалентные ионы замещаются двухвалентными. Но, если одновалентные ионы присутствуют в большом количестве, они стремятся замещать двухвалентные. Эта обменная реакция обратима.

Например, кальций обычно удерживается молекулярными силами более прочно, чем натрий, но, если раствор с высокой концентрацией ионов натрия (морская вода) проходит через среду, содержащую поглощенный кальций, натрий будет стремиться замещать кальций.

Из распространенных минералов наибольшей ионообменной способностью обладают цеолиты, вермикулит и монтмориллонит.

У органических веществ, таких, как гумус, и корней живых растений также высокая способность к ионному обмену.

Обменная способность

катиона

Обменная способность катиона, т. е. иона с положительным зарядом, измеряется количеством обменных катионов, выраженном в миллиэквивалентах на 1 или 100 г твердого вещества при рН = 7,0.

Мелкоизмельченные изверженные породы имеют ионообменную способность 0,5-5 мэкв/100 г.

Глины обладают следующей обменной способностью: каолинит — 3-15 мэкв/100 г, вермикулит и некоторые монтмориллониты — более 100 мэкв/100 г.

Обменная способность органического вещества почвы — от 100 до 500 мэкв/100 г.

Катионный обмен

Наиболее подробно изучался катионный обмен.

Некоторые анионы также участвуют в обмене, но этот процесс исследован недостаточно.

В целом анионный обмен имеет гораздо меньшее значение, чем катионный.