Карбонатно-кальциевое равновесие в природных водах

на главную - закладки

Жанры

Поделиться:

Карбонатно-кальциевое равновесие в природных водах

Шрифт:

КАРБОНАТНО-КАЛЬЦИЕВОЕ РАВНОВЕСИЕ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

Создатель учения о природных водах академик В.И.Вернадский неоднократно подчеркивал, что в природе устанавливаются довольно подвижные равновесия между природными водами, газами и твердыми телами.

Из числа равновесий, которые устанавливаются в природных водах, важнейшим является карбонатно-кальциевое. Основными его компонентами являются: СО2, Н2СО3, НСО3, СО32-, Са2+, Н+.

Карбонатная

система в водоемах и водотоках имеет исключительно важное значение, во-первых, для протекающих в них физико-химических, биологических и других процессов. Во-вторых, состоянием карбонатно-кальциевого равновесия определяются условия растворения или осаждения карбонатов, в частности, СаСО3. В-третьих, изучение равновесия имеет большое значение для практических целей, например, для характеристики воздействия воды на строительные сооружения из бетона.

Как же возникает равновесие между указанными компонентами? Большая часть СО2 находится в воде в виде молекул растворенного газа и только около 1 % реагирует с водой, образуя угольную кислоту:

При растворении солей угольной кислоты, происходящей под действием СО2, в воде появляются ионы СО32- и НСО3. Устанавливается подвижное равновесие:

От количественных соотношений между НСО3, СО32- – ионами и СО2 зависит концентрация водородных ионов Н+.

Содержание карбонатных ионов лимитируется концентрацией ионов Са2+, образующих с ионами СО32- труднорастворимый осадок СаСО3, растворимость которого определяется произведением активностей:

Другим важным компонентом карбонатно-кальциевого равновесия, влияющим на его состояние, является оксид углерода (IV) (Н2СО3 + СО2). Изменение содержания диоксида углерода в воде вызывает сдвиг равновесия в ту или иную сторону. Таким образом, карбонатно-кальциевая система включает в себя ряд равновесий, составляющих общее подвижное равновесие.

Каждое из отдельных равновесий с количественной стороны характеризуется соответствующей константой, определяющей соотношение между концентрациями компонентов при данных условиях. Изменение в одной части общего равновесия вызывает соответствующее изменение во всей цепи. Например, увеличение в воде СО2 понижает значения рН, уменьшает содержание СО32-, в силу чего вода становится ненасыщенной карбонатом кальция.

Согласно современным представлениям схема карбонатно-кальциевого равновесия имеет вид* (по Хорну Р.) [1].

*Линия,

соответствующая давлению, направлена по часовой стрелке, температуре – против часовой стрелки.

В присутствии избытка СО2 в раствор переходят ионы НСО3 и СО32- до установления нового равновесия между НСО3 и СО2, между СО32- и Са2+. Наоборот, при уменьшении СО2 повышается значение рН и концентрация СО32- и создается пересыщение воды СаСО3, которое способствует выделению последнего в осадок.

Изучить состояние равновесия это значит:

1) определить концентрации отдельных компонентов, входящих в уравнение равновесия;

2) установить количественные соотношения между его компонентами;

3) рассмотреть возможность перехода одного компонента в другой;

4) выявить растворимость СаСО3;

5) возможность перехода компонентов в твердую фазу.

Рассмотрим условия устойчивости карбонатной системы. Основными равновесие СО2, растворенного в воде с СО2, находящимся над раствором;

1) соответствие содержания Са2+ и СО32- с величиной произведения активностей этих ионов (SCaCO3) при данных физических условиях и ионной силе раствора:

Факторы, определяющие как первое, так и второе условие в природе изменчивы, поэтому легко создаются условия для сдвига равновесия в ту или иную сторону. Для характеристики отклонения данной системы от устойчивого равновесия могут быть использованы две величины:

1) содержание СО2 избыточное против равновесного, т.н. агрессивный оксид углерода ( IV);

2) степень насыщенности воды карбонатом кальция, т.е. величина

В основе расчета карбонатной системы различных природных вод лежат одни и те же уравнения (таблица 1).

Таблица 1.

Уравнения для расчета карбонатно-кальциевого равновесия [2]

Примечание.

CO2 – общее содержание компонентов карбонатной системы;

CCO2 – концентрация свободного диоксида углерода;

PCO2 – парциальное давление СО2;

SCO2– растворимость СО2 при данной температуре и давлении 105 Па;

Alk – карбонатная щелочность;

[Ci] – концентрация ионов;

[Ci]fi – активность ионов;

12
Комментарии:
Популярные книги

Измена. Право на сына

Арская Арина
4. Измены
Любовные романы:
современные любовные романы
5.00
рейтинг книги
Измена. Право на сына

Лорд Системы 8

Токсик Саша
8. Лорд Системы
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
рпг
5.00
рейтинг книги
Лорд Системы 8

Мастер 7

Чащин Валерий
7. Мастер
Фантастика:
фэнтези
боевая фантастика
попаданцы
технофэнтези
аниме
5.00
рейтинг книги
Мастер 7

Идеальный мир для Лекаря 21

Сапфир Олег
21. Лекарь
Фантастика:
фэнтези
юмористическое фэнтези
аниме
5.00
рейтинг книги
Идеальный мир для Лекаря 21

Попала, или Кто кого

Юнина Наталья
Любовные романы:
современные любовные романы
5.88
рейтинг книги
Попала, или Кто кого

(не)Бальмануг. Дочь 2

Лашина Полина
8. Мир Десяти
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
5.00
рейтинг книги
(не)Бальмануг. Дочь 2

Огни Аль-Тура. Желанная

Макушева Магда
3. Эйнар
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
эро литература
5.25
рейтинг книги
Огни Аль-Тура. Желанная

Пушкарь. Пенталогия

Корчевский Юрий Григорьевич
Фантастика:
альтернативная история
8.11
рейтинг книги
Пушкарь. Пенталогия

Кодекс Охотника. Книга XXIII

Винокуров Юрий
23. Кодекс Охотника
Фантастика:
боевая фантастика
попаданцы
5.00
рейтинг книги
Кодекс Охотника. Книга XXIII

Ну привет, заучка...

Зайцева Мария
Любовные романы:
эро литература
короткие любовные романы
8.30
рейтинг книги
Ну привет, заучка...

Большая Гонка

Кораблев Родион
16. Другая сторона
Фантастика:
боевая фантастика
попаданцы
рпг
5.00
рейтинг книги
Большая Гонка

Дайте поспать! Том II

Матисов Павел
2. Вечный Сон
Фантастика:
фэнтези
постапокалипсис
рпг
5.00
рейтинг книги
Дайте поспать! Том II

Я снова не князь! Книга XVII

Дрейк Сириус
17. Дорогой барон!
Фантастика:
юмористическое фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Я снова не князь! Книга XVII

Месть за измену

Кофф Натализа
Любовные романы:
современные любовные романы
5.00
рейтинг книги
Месть за измену