2.2. Классификация природных вод

3. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД

При формировании химического состава природных вод принято выделять прямые и косвенные факторы, влияющие на содержание в них растворенных компонентов.

Прямыми называют факторы, которые оказываю непосредственное влияние на химический состав воды и связаны с химическим составом контактирующих с данной природной водой веществ (минералов, горных пород, веществ почвы).

Косвенные факторы оказывают влияние на состав природных вод через посредство прямых факторов; к ним относятся температура, давление и др.

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

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 вод все факторы делят на 5 групп:

1) Физико-географические (рельеф, климат…);

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, кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия).

Рассмотрим физико-химические факторы формирования состава природных вод.

2.3.1 ПРОЦЕССЫ РАСТВОРЕНИЯ ГАЗОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

Для идеальных растворов известен закон Рауля, который описывает зависимость состава равновесного с раствором пара от состава раствора:

р_i = p⁰_i · N_i,

где р_i- парциальное давление i-го компонента в равновесном паре;

p⁰_i- давление насыщенного пара чистого i-го компонента;

N_i– мольная доля i-го компонента в растворе.

Для предельно разбавленных растворов уравнение Рауля применимо только к растворителю. Для растворенного вещества:

p₂ = K₂ · N₂.

Постоянная К₂определяется экстраполяцией опытных данных: К₂=. Это уравнение называется уравнением Генри. Чаще его записывают так:

илиС₂ = К_г · р₂(для одного растворенного вещества).

Если растворенных веществ несколько, то

С_i = K_гi · p_i, (84)

где С_i- концентрация i-той примеси в растворе, моль/л;

K_гi- константа Генри для i-той примеси при данной температуре раствора, моль · л^– 1 · Па^- 1или моль · л^– 1 · атм^– 1;

p_i– парциальное давление i-той примеси в газовой фазе, находящейся в равновесии с раствором, Па или атм.

Таким образом, согласно закону Генри количество содержащегося в растворе газа пропорционально парциальному давлению этого газа.

При нагревании растворов растворимость газов в них понижается. Из изменения К_iс температурой можно вывести основной термодинамический принцип, управляющий растворением газов, а именно: переход из газообразного состояния в растворенное – процесс, для которогоН⁰иS⁰являются отрицательными величинами. При низких температурах |Н⁰| > |ТS⁰| иG⁰=Н - ТS будет иметь отрицательные значения, процесс растворения газов протекает самопроизвольно.

(85)

К_апринимает положительные значения больше единицы.

При повышении температуры |Н⁰| может стать меньше |ТS⁰|. Значение⁰увеличивается вплоть до изменения знака, К_ауменьшается и может принять значения <1. В этом случае будет происходить выделение газа из раствора.

Практическое следствие, например, - это выделение растворенных летучих соединений из горячей воды и их накопление в закрытых душевых кабинах, например, радона или летучих органических соединений – таких как трихлорэтилен. С этим явлением связано и уменьшение содержания кислорода в верхнем слое воды рек и озер в жаркие летние дни. Поэтому крупные рыбы в жаркие летние дни чаще находятся на глубине, где температура ниже и равновесное содержание кислорода выше. Некоторое понижение температуры рек и увеличение интенсивности обмена между воздухом атмосферы и речной водой происходит, как известно, на перекатах и речных порогах. Поэтому эти места привлекательны для рыб и известны опытным рыболовам.

Константы Генри при 298 К, выраженные в моль·л^-1·атм^-1приведены ниже:

О₂– 0,00130 СО₂– 0,033SO₂– 5,34

NH₃– 89,1H₂O₂– 1·10⁵