Химический состав подземных вод

Чтобы судить о химическом составе подземных вод, необходимо в первую очередь знать реакцию воды, т. е. концентрацию водород­ных ионов. По теории электролитической диссоциации вода диссо­циирует на водородный (Н+) и гидроксильный (ОН~) ионы, величи­на произведения которых при данной температуре всегда посто­янна.

Если реакция воды нейтральная, концентрация водородных и гидроксильных ионов одинакова и равна 10~⁷. В воде с кислой ре­акцией содержится больше водородных ионов, с щелочной — боль­ше гидроксильных. Произведение же концентраций водородных и гидроксильных ионов всегда будет постоянным — 10~¹⁴ (при темпе­ратуре + 22°С). Поэтому степень кислотности или щелочности воды можно характеризовать концентрацией водородных ионов. Для вы­ражения концентрации водородных ионов принято пользоваться ло-

178

гарифмом их концентрации (т. е. количества молей этого иона в 1 л воды), взятым с обратным знаком и обозначаемым рН:

Если концентрация Н+ равна 10~², то рН = — lg(10~²) =21g 10 = = 2. При нейтральной реакции рН = 7, кислой — рН<7, щелочной — рН>7.

рН определяется колориметрическим способом, основанным на способности индикатора менять окраску при изменении концентра­ции водородных ионов, или электрометрическим.

В полевых условиях для определения реакции воды часто поль­зуются лакмусовой бумагой, которая при смачивании водой с нейт­ральной реакцией не меняет своей фиолетовой окраски, при щелоч­ной реакции приобретает синий цвет, при кислой — красный. В по­левых условиях для той же цели можно пользоваться метил-оран-жем. Одна-две капли его, добавленные к 50 см³ воды, придают воде окраску при нейтральной реакции оранжево-красную, при щелоч­ной — желтую и при кислой — розовато-красную.

Общая минерализация воды выражается суммой содержащихся в ней химических элементов, их соединений и газов. Она оценивает­ся по сухому или плотному остатку, который получается после вы­паривания воды при температуре 105 — 110° С. По величине сухого остатка воды разделяются на пресные, содержащие солей до 1 г/л, слабосолоноватые — 1 — 5 г/л, солоноватые — 5 — 10 г/л, соленые — • от 10 до 50 г/л, рассолы от 50 г/л и выше.

Главными химическими компонентами в подземных водах обыч­но являются: хлор-ион (С1~), сульфат-ион (SO*²"), гидрокарбонат­ный и карбонатный ионы (НСОз~ и СО₃²~), а также ионы щелоч­ных и щелочноземельных металлов и окислов: натрия (Na+), кальция (Са²⁺), магния (Mg²+), железа и SiOa (в коллоидном со­стоянии). В воде бывают растворены азот, кислород, углекислый газ, сероводород и т. д.

Большое значение имеют соединения азота, иногда присутствую­щие в подземных водах. К ним относятся: нитрит-ион (NO2~), нит­рат-ион (МО₃~) и аммоний-ион {NH₄+). Содержание соединений азота в подземных водах обычно невелико, но в случаях, когда они образуются в результате распада органических соединений, нали­чие даже небольшого их количества указывает на загрязнение во­ды и возможность нахождения в ней вредоносных бактерий.

Присутствие в подземной воде редких и рассеянных элементов в допустимых количествах повышает ее активность в организме чело­века и животного, способствует усилению обмена, освобождению организма от вредных и излишних веществ.

В природных водах содержится тяжелая вода, молекулы которой состоят из двух атомов тяжелого водорода — дейтерия — изотопа обыкновенного водорода. Тяжелая вода находится в качестве при­меси к природным водам в очень небольших количествах (1 часть на 5000 частей). Молекулярная масса тяжелой воды 20,029, точка за­мерзания + 3,82°, точка кипения +101,42° С (при давлении

179

10117 Па), плотность при +20° С— 1,105. Растворимость солей в ней на 10% меньше, чем в обыкновенной воде; максимальной плот­ности вода достигает при +11,6° С вместо +4° С для обыкновен­ной воды.