26. Основы миграционной формы хим. Эл-ов в пв

Химические элементы в подземных водах могут находиться в виде взвеси, коллоидов и истинно растворенных состояний. К взвесям относят частицы, имеющие размер более 0,5 мкм. Частицы меньшего размера являются коллоидными и растворенными формами. Границу между ними в большинстве случаев провести трудно, так как она подвижна и зависят от химических свойств элементов и образуемых ими форм.

Взвеси не имеют практической геохимической значимости для миграции химических элементов в подземных водах. Вместе с другими формами химических элементов они могут быть только в аллювиальных водах, а также в прифильтровых зонах разведочных и эксплуатационных скважин. Коллоиды в геохимии подземных вод играют также подчиненную роль. Коллоиды — это системы с предельно высокой дисперсностью при условии сохранения гетерогенности, т. е. поверхности раздела между дисперсной фазой и средой. Но в реальных условиях формирования подземных вод границу между коллоидами элементов и их растворенными формами провести трудно. Считают, что коллоиды в подземных водах образуют только отдельные макроэлементы подземных вод, такие как кремний, поскольху мета- и ортокремниевые кислоты являются полимерными соединениями, а также элементы-гндролизаты — AI, Fe (Ш), Мn (IV) и др., гидролизующиеся в подземных водах с образованием малорастворимых соединений.

Преобладающими миграционными формами химических элементов в подземных водах являются истинно растворенные формы. Они разнообразны и представлены диссоциированными ионами сильных электролитов, недиссоциированными молекулами (особенно органическими), комплексными соединениями.

Исходя из значений ионного потенциала и электроотрицательности все химические элементы по их вероятным миграционным формам в подземных водах делятся на следующие три группы.

1. Катионогенные элементы (ионный потенциал обычно менее 2, электроотрицательность менее 600 кДж/моль). Это элементы, образующие большие положительно заряженные ионы с низким зарядом (Li, Na, К, Rb, Cs, Са, Sr, Ba, Fe (II), Mn (II) и др.). В водных растворах они чаще образуют простые свободные катионы Ме^п+.

2. Элементы-гидролизаты, которые по их формам миграции в подземных водах точнее следует называть элементами-комп-лексообразователями (ионный потенциал обычно 2—10, элект-роотрицательность 600—1100 кДж/моль). Все эти элементы характеризуются низкой растворимостью своих гидроксидных соединений (именно поэтому в геохимии их называют элемен-тами-гидролизатами). Но они способны и к образованию многочисленных хорошо растворимых комплексных соединений с ведущими катионами подземных вод. И поэтому в гидрогеохимии их логичнее называть элементами-комплексообразователями.

3. Анионогенные элементы (ионный потенциал^- более 10, электроотрицательность более 1100 кДж/моль). В своих высших валентностях эти элементы образуют небольшие высоко-заряженные ионы, дающие в растворе устойчивые оксианионы (SO4, CO2, PO4, МoO4, WO4 и др.).

Важно знать, что один и тот же элемент при разных степенях окисления образует различные миграционные формы. Образование соединений химических элементов с органическими веществами в подземных водах является весьма распространенным геохимическим явлением. Среди различных видов органических веществ, присутствующих в подземных водах, особое значение для образования элементоорганических соединений имеют вещества гумусового происхождения — фульво-(ФК) и гуминовые (ГК) кислоты. Эти кислоты составляют 50—90% от природных органических веществ, присутствующих в подземных водах, но максимальное значение они имеют в подземных водах верхних водоносных горизонтов, химический состав которых формируется под влиянием процессов, происходящих в почвенном покрове.

Миграционные формы элементов в подземных водах устанав­ливают расчетными и экспериментальными методами. Расчеты основаны на принципах химической термодинамики. С их по­мощью вычисляют количественные соотношения между веро­ятными для вод данного химического состава- формами эле­ментов. Такие расчеты делятся на два основных типа; а) на­хождение равновесного состояния всего многокомпонентного водного раствора; б) расчет форм одного химического элемен­та в предполагаемой и ограниченной несколькими компонен­тами системе.

В практике гидрогеохимических исследований широко ис­пользуются также экспериментальные методы установления миграционных форм химических элементов в подземных во­дах. Прямую информацию о существовании того или иного комплекса в растворах могут дать только специальные физи­ческие методы, среди которых важнейшее значение имеют спектроскопические (в видимой и ультрафиолетовой областях, инфракрасная и римановская спектроскопия). Среди таких экспериментальных методов наиболее часто применяют диализ, ультрафильтрацию, экстракцию, различные электромиграционные и, ионообменные методы, гельфильтрацию. Наиболее значимой среди них является гельфильтрация, устанавливающая прямые геохимические связи между химическими элементами и органическими веще­ствами подземных вод.