img-216171322

I .жения распадающихся органических остатков. Обогащают воду двуокисью углерода и сложные геохимические процессы, про-

нец, в живые организмы, является важнейшим фактором миг-

широких пределах — от нескольких десятых долей до несколь-

,'62

В реках и озерах из-за постоянного выделения в атмос-V •феру, а также значительного потребления, при фотосинтезе, - содержание СО.> редко превышает^20"—30

Прочие газы. Присутствие сероводорода в природной воде вследствие легкого его окисления сравнительно редкое явление. Количество его чаще всего не превышает несколько десятков мг/л, обычно же оно значительно меньше. При парциальном давлении H2S в атмосфере, равном нулю, длительное присутствие его в поверхностных водах невозможно. Кроме

В подземных водах сероводород встречается гораздо чаще, особенно в глубинных водах.

4. Концентрация ионов водорода

Ионы водорода появляются даже в химически чистой воде,

врезультате ее частичной диссоциации

Н2 0 Z Н' + ОН'.

Степень этой диссоциации очень мала, и из 10000000 молекул воды только одна распадается на ионы. Выражая концентрацию веществ, образующихся в результате диссоциации воды, в соответствии с законом действующих масс, имеем

в данное уравнение, получим так называемое ионное произведение воды

При диссоциаций молекулы воды получается равное число ионов Н' и ОН', поэтому ионные концентрации их равны, т. е. {Н"] — [ОН'].

Следовательно, в химически чистой воде

Носителем кислотных свойств в растворе является ион водорода [Н'], а основных свойств — гидрофильный ион [ОН']. В химически чистой воде они присутствуют в равных количе-

ствах, поэтому химически чистая вода является строго нейтральной. Очевидно, что при нейтральной реакции концентра-

показатели, принято концентрацию Н" выражать через ее сте-

Очевидно, что нейтральная реакция раствора будет при рН==7, так как [Н'] = Ю - 7 г/л. При большем рН (меньшей концентрации ионов водорода) реакция будет щелочная; наоборот, при более низком рН (большей концентрации Н") реак-

Переход от рН к содержанию ионов Н'и, наоборот, осуществляется решением вышеприведенного логарифмического урав-

lg [Н'] = - рН = - 7,5 = + 0,5 - 8; [Н-] = 0,0000000316 = = 3,16-10~8 г/л.

Согласно современным воззрениям, ион Н' (цротон) в водном; растворе гидратируется, образуя ион гидроксония или гидрония

Выражая концентрации реагирующих веществ в соответствии с законом действия масс, получим

т. е. концентрация ионов водорода прямо пропорциональна количеству Н2 С03 и обратно пропорциональна содержанию НСО/ . Поэтому в водах, где наблюдается скопление С02 , величина рН обычно уменьшается и, наоборот, при выделении С02 из воды величина рН увеличивается.

В воде, не содержащей растворенных солей, вследствие раство.рения угольного ангидрида реакция становится слабо

Наименьшее значение, которое может принимать рН воды при условии, что раствор находится в атмосфере С02 , будет около 2,8. Действительно, растворимость СО; в дистиллированной воде при 0° и парциальном давлении 1 атм равна 3,35 г/л, или 0,076 г-мол. Следовательно, аналогично вышеприведен ному

деляется соотношением между H2COs, НС03 ' и С08", можно рас-

считать величины рН, которые будут соответствовать различным величинам содержания НСО/ и Са" в воде.

Если

яН" • ЙСОз" : /с2 = 4,01 • Ю-1

яНСО,'

аС0 3 " ' яСа" = 5СаСОз = 3,6 • Ю-9 ,

то, решая эти два уравнения относительно Н' и переходя от активностей к концентрациям, имеем

• • / ' • [ H C O / J . / M C a " ] .

СаСОз

Вычислим по этому уравнению значение рН, исходя из близкого к реальности предположения, что содержание Mg" возрастет с уйеличением HCOs' в следующей последовательности:

Допускаем условно отсутствие в воде ионов SO/' и СГ. Коэффициенты активности одно-и двузарядных ионов рассчи-

падает от 8,44 до 7,20. При дальнейшем повышении содержания НС03 ', что вообще редко наблюдается в природной воде, величина рН медленно понижается. При уменьшении содержа-

Однако при столь малом содержании НС03 ' и высоком рН положение карбонатной системы будет весьма неустойчивым, так как равновесное содержание Н2 С03 в воде при данных условиях равно только 0,34 Ю- 5 г-мол, т. е. значительно меньше того, которое соответствует равновесию с С02 атмо^ сферы (1,34- Ю- 5 г-мол). Происходящее при этом поглощение С02 из атмосферы будет понижать рН воды.

.66

На величину рН в водах, содержащих значительное количество гумусовых веществ, вымываемых из болот и лесных почв, большое влияние оказывает диссоциация органических кислот. Так, В. В. Пономаревой показано, что один из главных компонентов гумусового комплекса болотных вод группа, фульвокислот является весьма сильной кислотой (0,01 N раствор ее имеёт рН, равное 2,60).

Поэтому железистым и болотным водам свойственны несколько пониженные величины рН, нередко ниже 4,0. Обычно для большинства природных вод рН изменяется в пределах

Несмотря на малую концентрацию ионов водорода в природных водах значение их весьма велико. Концентрацией ионов Н' в значительной мере определяются условия развития биологических процессов, характеризуются практически важные качества воды, например агрессивные свойства ее в отношении бетона, а также определяются химические процессы, протекающие в природных водах.

5. Главнейшие ионы природной воды

Хлоридные ионы. По общему содержанию хлоридвых ионов в природных водах они должны быть поставлены, по сравнению с другими анионами, на первое место. Содержание их изменяется в самых широких пределах. В реках и озерах, особенно северных районов, с заболоченными и подзолистыми почвами содержание СГ в воде ничтожно мало и измеряется миллиграммами и даже десятыми миллиграмма в литре. С увеличением же минерализации воды содержание СГ увеличивается как абсолютно, так и относительно прочих ионов. В морях и значительной части соляных озер СГ является главным ани-

больше, между тем как растворимость CaS04 и CaCOs значительно ниже. Вследствие этого при увеличении минерализации воды прочие анионы, достигая величины произведения растворимости с соответствующими катионами, обычно начинают переходить в осадок, уступая место СГ.

•Хлоридные ионы имеют исключительно широкое распространение в природных водах, и хотя иногда и в очень малых количествах, но все же присутствуют почти во всех природных водах. Этому в значительной мере способствует деятельность человека, так как большое промышленное и физиологическое значение NaCI способствует рассеянию его по земной поверхности.

.68

Основными источниками растворенных в воде сульфатов являются различные осадочные породы, в состав которых

ществ растительного и животного происхождения, содержащих серу. Поэтому вблизи населенных пунктов присутствие SO/' в воде, особенно грунтовой, часто является результатом загрязнения ее промышленными и бытовыми отбросами.

В природных водах, в результате того, что присутствие SO/' обусловлено преимущественно растворением CaS04 (даже при окислении сульфидов конечным продуктом получается главным образом CaS04), обычно наблюдается соотношение: [SO/'] •< [Са" ]. Обратное соотношение в большинстве случаев указывает на метаморфизацию воды с обменом Са-- на другой катион, что характерно главным образом для сильно минерализованных вод.

Сульфатные ионы не являются устойчивыми, так как сера в природных условиях проходит сложный круговорот, в который в значительной мере вовлечены и сульфаты, находящиеся в природных водах. При отсутствии кислорода суль-

В настоящее время основную роль в восстановлении сульфатов приписывают действию сульфатредуцирующих бактерий, которые в анаэробных условиях, в процессе своей жизнедеятельности, в присутствии органического вещества восстанавли-

.то