31. Какое значение имеет рН среды в процессе миграции химических элементов?

 Миграция  растворенных в природных водах  химических   элементов  определяется кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными характеристиками  среды . Под влиянием этих факторов различные  элементы  ведут себя по-разному. Так, в зависимости от Еh и pH- условий железо может мигрировать в форме Fe3+ или Fe 2+ , осаждаться в виде Fe(OH)3, Fe(OH)2K.

Щелочно-кислотные условия природных вод.

Кислотно-щелочные условия природных вод  определяются количеством водородных ионов. Их концентрация не превышает 0,0001 г/л, но они являются важнейшим геохимическим показателем природной  среды . Для характеристики кислотно-щелочных условий используют отрицательный логарифм концентрации ионов водорода - показатель  рН .

По величине  рН  природные ландшафтные воды делят:

1.   сильнокислые ( рН  меньше 3), кислотность природных вод обусловлена свободной серной кислотой (реже соляной в вулканических ландшафтах);

2.   кислые и слабокислые ( рН  от 3 до 6,5), кислотность связана с большим количеством органических кислот и окисью углерода.

3.   нейтральные и слабощелочные ( рН  от 6,5 до 8,5) обусловленные  присутствием бикарбонатов кальция;

4.   сильнощелочные( рН  больше 8,5), щелочность в большинстве случаев связана с присутствием соды (карбонатом или бикарбонатом натрия).

Подвижность основных  элементов  и их соединений меняется в зависимости от  рН . Катионогенные  элементы  - кальций, стронций, барий, радий, медь, цинк, кадмий, наиболее подвижны в кислых средах , а анионогенные  элементы  - ванадий, мышьяк, селен, молибден, германий -щелочных  средах .  Миграция  таких  элементов  как натрий, литий, бром, йод почти не контролируются  рН .

Изменения  значения   рН  приводят к осаждению  элементов  или, наоборот к переводу их в подвижное состояние. Наиболее показательно в этом отношении поведение железа:  рН  выпадения двухвалентного железа составляет 5,5. В тайге  среда  более кислая и двухвалентное железо интенсивно мигрирует. При увеличении  значения   рН  двухвалентное железо осаждается. В болотах степей и пустынь, в условиях слабощелочноей  среды  двухвалентное железо неподвижно.

 Значения   рН  осаждения каждого  элемента  определены и содержатся в справочных таблицах. Например,  рН  осаждения окислов ряда металлов составляют:

Zr(OH)4   и  Sn(OH)4 осаждение при  рН  =2,

Fе(OH)3  рН = 2,48,

Al(OH)3  рН = 4,1,

Fe(OH)2  pH= 5,5.

Mn(OH)2 pH= 9

Mg(OH)2 pH=10,5

Следовательно, ионы Sn4+ Zr4+  могут существовать только в резкой кислой  среде  ( рН < 2), Fe2+ Al3+  - в слабокислой (4,1 и 5,5), а ионы Mn 2+ Mg2+ - устойчивы в щелочной и начинают осаждаться только в резко щелочной  среде . Приведенные  значения   рН  осаждения окислов объясняют  миграцию  Fe2+  в слабокислых водах и малую подвижность в них Fe3+ , широкий диапазон  миграции  Mg 2+ и  Mn 2+и очень малые возможности  миграции  Zr 2+.

Но эти расчеты проведены для лабораторных условий с определенными температурами растворов и концентрацией  элемента . В природных условиях эти параметры непостоянны и, следовательно,  значения   рН  могут колебаться в зависимости от температуры раствора, его концентрации и других параметров. Необходимо также учитывать как  рН  начала осаждения, так и  рН  окончания осаждения, интервал которых составляет 0,5-1,5 единиц. С уменьшением концентрации  элемента   рН  начала выпадения растет, иногда на несколько порядков, а так как в природе обычны более низкие, чем децинормальные концентрации - то  рН  начала выпадения в реальных ландшафтах несколько выше, чем в лабораторных условиях.