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-, SO₄^2- НСО₃^1- . 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 (SO₄^2-) 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⁺, СО₂^2- 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 НСОз^1- 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 НСОз^1- в ионы СОз^2- и образованием трудно растворимых со­единений - СаСОз и MgCО3. Поскольку устранимую жесткость принято оценивать содержанием НСОз^1-, 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 НСОз^1- (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 НСОз^1- оставшиеся катионы Са^2- и Mg^2- 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 НСОз^1-.

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.