img-216171322

В этом случае имеем

[Mg"J • [ОН']2 = 5,5- 10"12 .

Очевидно, что грамм-ионная концентрация [ОН'] должна •быть вдвое больше, чем [Mg"], так как из одной молекулы Mg[OH]2 образуется два иона ОН' и один ион Mg", Следовательно,

2[Mg"] = [ОН'],

При рассмотрении ионного равновесия в растворе и при выводе закона действующих масс принималось во внимание взаимодействие реагирующей пары ионов и молекул растворителя, но не учитывалось влияние, которое оказывают прочие 'ИОНЫ своими силовыми полями.

Воздействие ионов другого вещества оказывается тем сильнее, чем больше их заряд. Таким образом, в растворе ионы находятся под влиянием общего их силового поля. Это междуионное притяжение ослабляет эффект взаимодействия во время ионных реакций. В количественном отношении это явление ведет к уменьшению той концентрации, которая входит в выражение закона действия масс для данного иона, т. е. оказывается, что „реальная" концентрация в растворе не равна той „идеальной" концентрации, при которой соблюдается закон действия масс.

Эту идеальную концентрацию принято называть активностью иона. Между активностью а и концентрацией иона С суще-

центрация ионов в растворе, т. е. чем ближе будут находйться они друг к другу, тем сильнее между ними взаимодействие и тем больше расхождение между концентрацией - и активностью. При этом коэффициент активности будет уменьшаться. Наоборот, при разведении раствора междуионные силы ослабевают и величина активности стремится в пределе к концентрации ионов в растворе.

При очень малых концентрациях ионов (до 200 мг/л) поправка, обусловленная коэффициентами активности, незначительна, но для вод с минерализацией свыше 0,5 г/л, не учитывая междуионные притяжения, можно получить сильно искаженные результаты.

41

Электростатическая теория водных растворов очень сложна и, разумеется, не может быть здесь изложена, однако для гидрохимических расчетов важно воспользоваться некоторыми выводами из нее.

Для вычисления величины активности необходимо определить коэффициент активности. Было найдено (Луис и Рендаль),, что коэффициенты активности ионов для всех растворов с одинаковой так называемой „ионной крепостью" раствора одинаковы. Ионная крепость характеризует интенсивность общего» силового поля в растворе и обозначается величиной Г, пропорциональной грамм-ионной концентрации иона с и его заряду z и может быть вычислена для сложного раствора поформуле

Г = CjZJ2 -f е2г22 -f- c3z32 -j- + cnZn-

Эти же вычисления можно произвести, исходя непосредственно из содержания ионов, выраженного в мг/л

Коэффициенты для пересчета содержания ионов из мг/л в граммионную концентрацию

Ионы Коэффициент Ионы Коэффициент

В электростатической теории сильных электролитов выводится следующая зависимость среднего коэффициента активности иона ( / ) от ионной крепости (Г) для водного раствора

где z — валентность иона, для которого рассчитывается коэффициент активности; С — константа, зависящая от диэлектрической постоянной, степени гидратации и других факторов (если ионные крепости раствора меньше 0,4, то величиной С

4 2

1+Ут

Применяют и другую, эмпирически выводимую из этой,., формулу, дающую близкие к ней результаты

l g / = — 0,298- 2s У Г .

Вкачестве примера расчетов с учетом активности

Величина ионной крепости Г в данном случае будет определяться только ионами Mg" и СГ, так как содержание Са"" и СОз" очень мало. Используя табл. 7, получим

: 292ОД7- Ю-3 + 851 • 0,028 • 10-3 = 0,073,

1,073

Особенно сильно увеличивают растворимость двухвалентныеионы, создающие более сильное поле.

43.

Состав воды будет различен в' зависимости от того, останется ли она в верхних слоях земли или будет вынесена: в реки и озера, испарится ли в атмосферу, чтобы начать новый: цикл круговорота, или будет вынесена реками в океан. Наконец, своеобразный химический состав вода может приобрести, если проникнет в более глубокие слои земли, где под влиянием высоких температур и давлений будет обогащаться более сложным комплексом растворенных газов и твердых веществ.

Соприкасаясь в своем круговороте с громадным числом разнообразных минералов и веществ, подверженных в той или.

растворенных молекул, большая часть элементов—в виде ионов, многие же элементы — в коллоидном состоянии, причем в этом случае коллоидные частицы всегда содержат несколько элементов.

гидросульфитные ионы — Н SOa '

ииз газов: азот (N2), метан (СН4), гелий (Не) и др. Остальные вещества находятся в воде в крайне рассеянном:

45.

способствовать выделению последних из раствора; поглощение СОг из атмосферы при определенных условиях вызывает растворение известняков; переход одних веществ в раствор, обусловливает выпадение из него других, менее растворимых веществ; поглощение СОг при фотосинтезе вызывает сдвиг равновесия и выпадение в осадок СаС03 ; испарение воды вызывает выпадение осадков и выделение газов и т. д.

вкоторых происходит это взаимодействие.

Кпервой группе процессов, при которых происходит непосредственное обогащение вод ионами и молекулами относятся процессы взаимодействия воды с породами, почвами и организмами. Ко второй группе процессов, косвенно влияющих на химический состав воды, относятся процессы, обусловленные главным образом климатическими особенностями и водным режимом.

Породы. Породы, слагающие земную кору, весьма разнообразны и делятся на изверженные, метаморфические и оса-

составленные сравнительно хорошо растворимыми солями, растворяются водой. Однако и самые устойчивые породы, подвергаясь воздействию воды, атмосферы, солнца и организмов, с течением времени разрушаются, образуя растворимые продукты. Этот процесс изменения состояния и состава мас-

поверхности, вначале слагавшейся только изверженными поро-

происходящих внутри Земли, расплавленная магма вырывалась из глубин и изливалась на земную поверхность и, наоборот, осадочные породы опускались вглубь и подвергались при

Изверженные и метаморфические породы на земной поверхности подвергаются воздействию колебаний температуры, что при их неоднородности, обусловленной кристаллизацией отдельных составных частей магмы при ее застывании, вызывает их

47

раздробление. Этому же в сильнейшей мере способствует действие воды при замерзании ее в трещинах пород.

Увеличение удельной поверхности пород под влиянием процесса физического выветривания усиливает химическое воздействие на них угольной кислоты и кислорода; существеннуюроль при этом играют и организмы. Происходит процесс* изменяющий состав пород, — химическое выветривание.

Процессы физического и химического выветривания протекают на сравнительно небольших глубинах от поверхности, обычно захватывая десятки, реже сотни метров верхнего слоя

фические породы, постепенно размельчаются и, распадаясь, образуют ряд продуктов, из которых особенно распространен-

вание различных алюмосиликатов и, в частности, полевых шпатов (ортоклаз, плагиоклаз, альбит, анортит и др.). Разложение их может быть представлено следующими схемами:

СаО • 2А1203 • 4Si02 + 2 С 0 2 + 5 Н 2 0 = С а " + 2HC0 3 '+2H 4 Al,Si ; 0 9 ; Na2 Al2 Sie 0,eH-2C0s -{-3Hl 0=2Na, .+2HC0/ + H4AlaSia 09-f4Si02 ;

Na2Al2Si6Ol6 + 5Н2 0 = 2NaHSi03 + 2H2 Si08 +

+ A1203 • 2SiOs • 2HaO.

Распространенность полевых шпатов, а также других минералов на земной коре показана в табл. 8.

Таблица 8•

Минералогический состав земной коры (по А. Е. Ферсману)

песок и глина, образуются хорошо растворимые соли, которые

при выветривании массивных кристаллических пород и хлоридные ионы, которые содержатся в них, например в хлорапатите [Са5 (Р04 )3 С1], содалите (3NaAlSi04NaCl).

Кроме процесса выветривания, протекающего при воздействии угольной кислоты, также существенным в отношении

благоприятных условиях зона окисления может распространяться

Аналогично могут образоваться ионы Mg" и реже Na'. Процесс окисления сульфидов в геологической истории

ное воздействие на воду, создавая весьма специфический состав кислых вод (стр. 158—160).

О скорости окисления пирита в оптимальных условиях (при непрерывной обработке насыщенной кислородом водой)

медленно, однако на протяжении истории земной коры в резуль-

тате его действия образовались мощные толщи осадочных пород, покрывающих большую часть материков и составляющих около 5°/0 общего веса горных пород. Содержание растворимых солей в минералах осадочных пород составляет около 5,8 весовых процента, т. е. 32 • 1015 т.

Продукты выветривания в течение геологических периодов извлекались текучими водами. Часть ионов при этом аккумулировалась в бессточных областях, другая выносилась в океан. Б. Б. Полынов полагает, что в отношении подвижности различных элементов, освобождающихся при выветривании массивных горных пород, можно установить определенный порядок (табл. 9).

Таблица 9

Подвижность элементов, освобождающихся при выветривании горных пород

В результате этого в океане преобладают ионы легко растворимых (наиболее подвижных элементов) солей (СГ, Na'), встречающихся в земной коре в достаточно больших количествах.

Количественное сопоставление состава морской воды в современных условиях с количеством элементов, образующихся в процессе выветривания горных пород, показывает (стр. 245),

Наряду с многовековой аккумуляцией ионов в океане происходило и происходит в настоящее время выделение их из морской воды в виде солей в осадок. Этот процесс может происходить при соответствующих климатических условиях в обособляющихся участках моря или океана. В результате геотектонических причин, выпавшие на дно соли со временем оказывались на суше, образуя залежи осадочных пород. Действием метеорных • и текучих вод морские отложения легко растворимых солей вновь растворялись и переносились в океан, чтобы при соответствующих условиях вновь оказаться на суше, образуя вторичные отложения.

5 0