Лекция 10 (тема 4)

План лекции

1.Основные факторы, влияющие на состав природных вод.

2.Процессы растворения газов в природных водах.

3.Процессы растворения твердых веществ в природных водах.

4.Показатели качества природных вод.

1. Основные факторы, влияющие на состав природных вод

Пресная вода, в отличие от большинства веществ, при плавлении сжимается, а при замерзании, наоборот, расширяется. Этим объясняется тот факт, что вода активно участвует в формировании облика поверхности Земли, разрушая материнские породы гор на мелкие частицы — первичный материал почвы. При формировании химического состава природных вод принято выделять прямые и косвенные, а также главные и второстепенные факторы, влияющие на содержание растворенных в них компонентов.

Прямыми называют факторы, которые оказывают непосредственное влияние на химический состав воды и связаны с химическим составом минералов, горных пород и почв, контактирующих с данной природной водой.

Косвенные факторы — температура, давление, влажность, осадки и др. (оказывают влияние опосредованно).

Главные факторы определяют содержание главных анионов и катионов (т. е. класс и тип воды по классификации О. А. Алекина).

Второстепенные факторы вызывают появление некоторых особенностей данной воды (цвета, запаха и др.), но не влияют на ее класс и тип.

По характеру воздействия на формирование состава природных под все факторы делят на пять групп:

1)физико-географические (рельеф, климат и т. д.);

2)геологические (вид горных пород, гидрогеологические условия и т. п.);

3)биологические (деятельность живых организмов);

4)антропогенные (состав сточных вод, состав твердых отходов и т. п.);

5)физико-химические (химические свойства соединений, кислотноосновные и окислительно-восстановительные условия).

2.Процессы растворения газов в природных водах

Количество газа, которое растворено в жидкости, пропорционально парци-

альному давлению данного газа. Это утверждение, которое известно как закон Генри, может быть записано математически следующим образом:

Ci = KГ Pi,

где Ci — концентрация i-й примеси в растворе, моль/л; KГ — константа Генри для данной температуры раствора, моль/(л · Па) или моль/(л · атм); Pi — парциальное давление i-й примеси в газовой фазе, находящейся в равновесии с раствором, Па или атм.

Простой иллюстрацией закона Генри является поведение газированного напитка. Газированный напиток приготовлен растворением СО2 при давлении около 2 атм. Незаполненное жидкостью пространство бутылки содержит СО2 под этим давлением. Когда газированный напиток открыт и находится в кон-

49

такте с воздухом, где парциальное давление диоксида углерода значительно ниже, то равновесие нарушается и СО2 выходит из раствора (этот процесс сопровождается шипением напитка).

При нагревании растворов растворимость в них газов понижается. Это следствие одного из термодинамических принципов, согласно которому переход из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное протекает с уменьшением изобарно-изотермического потенциала и самопроизвольно.

Растворенное состояние более упорядоченное, чем газ. Практическое следствие — выделение растворенных летучих соединений из горячей воды и их накопление в закрытых душевых кабинках (например, радона или летучих органических соединений, таких, как трихлорэтилен). Вследствие снижения растворимости газов при нагревании происходит уменьшение содержания кислорода в верхнем слое воды рек и озер в жаркие летние дни. Поэтому крупные рыбы в летние дни чаще находятся на глубине, где температура ниже и равновесное содержание кислорода выше.

3. Растворения твердых веществ в природных водах

Важными характеристиками природных вод и твердых веществ при рассмотрении процессов растворения являются часто используемые в зарубежной литературе показатели агрессивности и неустойчивости.

Показатель агрессивности природных вод характеризует способность данной воды перевести твердое вещество в раствор. Численное значение показателя агрессивности по отношению к данному веществу определяется величиной логарифма отношения константы равновесия к частному от деления произведения активности ионов (продуктов), образующихся в процессе растворения и содержащихся в данной воде, на произведение активности реагентов, содержащихся в растворяемом веществе:

А = lg{K(ПАпрод/ПАреаг)–1},

где А — показатель агрессивности воды; K — константа равновесия процесса растворения данного вещества; ПАпрод и ПАреаг — произведение активностей продуктов реакции, содержащихся в данной воде, и реагентов, содержащихся в растворяемом веществе соответственно.

Показатель агрессивности воды часто используют для сравнения растворяющей способности природных вод. Чем больше А, тем в большей степени система неравновесна и тем более интенсивно протекает процесс растворения данного вещества.

Показатель неустойчивости I характеризует степень удаленности системы от состояния равновесия. Этот показатель удобно использовать при сравнении устойчивости различных твердых веществ по отношению к одной и той же природной воде. Чем больше значение показателя неустойчивости, тем данное вещество менее устойчиво:

I = –A.

Показатель неустойчивости по численному значению равен показателю агрессивности с обратным знаком.

50