Текст книги "Карбонатно-кальциевое равновесие в природных водах"

Определение и расчет содержания карбонатных ионов

Определение содержания СО₃^2- ионов производится методом прямого титрования определенного аликвота раствором НС1 с индикатором фенолфталеином [5,6]. Для повышения точности и в этом случае приготавливается специальный эталон, но при малых концентрациях иона СО₃^2- (например, в речных водах) экспериментальное определение почти невозможно и поэтому и в этом случае приходится обращаться к расчетному методу. Формулу для расчета концентрации СО₃^2– ионов получают путем математических преобразований уравнений 3-5:

Пример: Рассчитать содержание СО₃^2– ионов для воды р. Или (см. стр.13)., зная значение РаН = 7,82. По таблице 12 находим аН = 1,51·10^-8;

Таблица 12.

Перевод рН в аН⁺ и обратно

Расчет степени насыщаемости природных вод карбонатом кальция

Способность образовывать пересыщенные растворы свойственна большинству солей, но для карбонатной системы границы метастабильного состояния пересыщенных растворов особенно широки. Причины, вызывающие это состояние, разнообразны: образование в начальной стадии твердой фазы СаСО₃ в очень высокодисперсном состоянии, близком к коллоидному, растворимость которой значительно выше, чем макрокристаллов; образование на поверхности высокодисперсных частиц СаСО₃ защитных органических пленок [16,17]; образование кальция [12]; образование ионных пар Са²⁺, СО₃^2-, НСО₃^- с другими ионами [12,17]. Имеют значение и затруднения, возникающие при установлении равновесия этой сложной многоступенчатой гетерогенной системы, в состав которой одновременно входят газообразные, жидкие и твердые вещества.

Природная вода может долгое время находиться в пересыщенном состоянии, без выделения в осадок СаСО₃. Пересыщенные карбонатом кальция воды в 2-3 раза – постоянное явление, известны пересыщение даже больше 10-кратных [18,19].

Для определения степени насыщенности природных вод карбонатом кальция (Кs) наибольшее распространение получил метод расчета, рекомендованный О.А.Алекиным и Н.П.Моричевой [13]: см. уравнения 6, 9,28,

Для вод с рН < 8,4 по уравнению (28) рассчитывается концентрация СО₃^2- и по уравнению (9) определяется значение L. В природных водах с рН > 8,4 концентрацию СО₃^2– можно определить непосредственно химическим анализом. Сравнительная точность существующего метода прямого определения карбонатных ионов в данном случае позволяет это сделать. Величина L, установленная экспериментально, таким образом, является критерием насыщенности той или иной воды СаСО₃. При L/L₀>1 вода пересыщена им, при значении этого отношения меньше единицы – ненасыщенна.

Пример: Рассчитать величину пересыщения воды р. Или карбонатом, если содержание ионов Са²⁺ составляет 1.50 ммоль/л·экв, ; концентрация СО₃^2- – ионов = 6,51·10^-6 моль/л; ; t_w⁰ = 25⁰C, .

Подставляем данные в уравнения 6, 9 и 29:

Итак, вода р. Или пересыщена СаСО₃ в 1,37 раза.

Литература

1. Хорн Р. Морская химия. – М.: Мир, 1972. 400 с.

2. Petroleum in the Marine Environment. – Washington: National Acalemy of Sciences. U.S.A., 1975.

3. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. (под ред. Семенова А.О.). Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 541 с.

4. Таблицы для вычисления растворимости кислорода и величины рН в морской воде. Л.: Гидрометеоиздат, 1972

5. Алекин О.А. Химический анализ вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 269 с.

6. Ибрагимова М.А., Романова С.М. Химический анализ природных вод (метод. руководство). Алма-Ата, 1980. 34 с.

7. Моричева Н.П. Карбонатно-кальцевое равновесие в воде р. Волги. Диссерт. Канд. Хим. Наук, Новочеркасск, 1955. 232 с.

8. Harned H.S., Bonner F.T. The first ionization constant of carbonic acid in aqueous solutions of sodium chloride. J. Am. Chem.Soc, 67, 1945, 1026-1031 pp.

9. Harned H.S., Scholes S.R. The ionization constant of HCO₃^- from 0-50⁰. J. Am. Chem.Soc, 63, 1941, 1706-1709 pp.

10. Wattenberg H. Kohlensäure umd Kalziumkarbonat im Meere. Fortschritte der Moneralogie, Kristallographite und Petrographie, Zwanrigster Band, Zweiter Teil, w. 35, Berlin, 1936, s. 168-195.

11. Wattenberg H., Timmermann E. Die Löslickeit von magnesiumkarbonat und Strontiumkarbonat in Scewasser. Kieler Meeresforschungen, Bond II, Heft I, 1937, Kiel, S. 81-93

12. Никаноров А.М. Гидрохимия. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 351 с.

13. Алекин О.А., Моричева Н.П. Расчет характеристик карбонатного равновесия. В кн. Современные методы анализа природных вод. Изд. АН СССР, М., 1962.

14. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Практикум по химии воды. М.: Высшая школа, 1971. 128 с.

15. Резников А.А., Муликовская А. Методы анализа природных вод. М.: Недра, 1970. 488 с.

16. Алекин О.А., Моричева Н.П. Стабильность карбонатного равновесия речной воды на примере р. Дон. Гидрохим: Материалы, 1959. Т. 29. С. 39-53.

17. Эленбогена Р.Н. и др. О формах миграции основных компонентов химического состава поверхностных вод в разных географических зонах СССР. Вестник МГУ. Сер. геогр. 1970. № 3. С. 92-101.

18. Романова С.М. Гидрохимия рисовых оросительных систем в бассейне р. Или: Автореф. дисс. канд. геогр. наук. Ростов-на-Дону. 1989. 33 с.

19. Романова С.М., Крученко С.С., Таранина Г.В. Процессы карбонатообразования в природных водах Казахстана. Некоторые аспекты современной неорганической химии. Алматы, 1992. С. 62-73.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Номограмма для расчета содержания двуокиси углерода по величине рН и содержанию НСО

Рис. 2. График № 1 для вычисления свободной и агрессивной СО₂

Рис. 3 График № 2 для вычисления свободной и агрессивной СО₂

Таблица 1

Газовый состав воды

Таблица 2

Ионный состав воды

Округление: (с) ммоль/л до сотых долей; мг/л – до десятых; **Σu до целых

Таблица 3

Биогенные элементы и органические вещества в воде, мг/л

Таблица 4

Микроэлементы в воде

Таблица 5

Солевой, гипотетический состав воды

Пример расчета

Таблица 6

Показатели сравнения и коэффициенты метаморфизации воды

Таблица 7

Применение классификаций О.А. Алекина и М.Г. Валяшко к воде

Приложение к таблице 7

Таблица 8

Поправки к значению рН воды, значения μ, f, k

Таблица 9

Характеристика карбонатно-кальцевого равновесия воды (объект)