Химическият състав на водата. Резюме: Особености на химичния състав на природните води. Вътрешна структура на водните молекули. Физични свойства
Химическият състав на водата
Ако поставите капка естествена вода върху стъкло и изчакате, докато се изпари, тогава на мястото на капката ще се видят бели петна - това са водоразтворими соли, които кристализират. Съдържанието на сол в естествените води варира хиляди пъти. Например, един литър дъждовна вода съдържа единици, максимум десетки милиграма соли. И в литър вода от залива Кара-Богаз-Гол (Каспийско море) - 300 g, почти една трета от масата на разтвора.
химически състав на водата
Основни (преобладаващи) компоненти
Във водните разтвори по-голямата част от солите съществуват под формата на йони. В естествените води преобладават три аниона ( бикарбонат HCO 3 - , хлорид Cl- изосулфат SO 4 2- ) и четири катиона ( калций Ca2+, магнезий Mg2+, натрий Na+и калий К+) – те се наричат главни йони. Хлоридните йони придават на водата солен вкус, сулфатните йони, калциевите и магнезиевите йони – горчиви, бикарбонатните йони са безвкусни. Те съставляват над 90-95% в сладките води и над 99% от всички разтворени вещества в силно минерализираните води. Обикновено долната граница на концентрация за основните йони се счита за 1 mg / l, следователно в някои случаи, например за морски и някои подпочвени води, Br - , B 3+ , Sr 3+ и др. също могат да бъдат Приписването на K + йони към броя на главните е спорно. В подземните и повърхностните води тези йони, като правило, заемат второстепенно място. Само в атмосферните валежи K + йони могат да играят основна роля.
Но йонната форма на основните компоненти е напълно характерна само за слабоминерализирани води. С увеличаване на концентрацията между йони се увеличава взаимодействието, насочено към асоцииране, т.е. процес, обратен на дисоциацията. В този случай се образуват свързани йонни двойки, например MgHCO3+, CaHCO3+.
Под влияние на климатичните и други условия химическият състав на природните води се променя и придобива характерни черти, понякога специфични за различни видове природни води (атмосферни валежи, реки, езера, подземни води).
Валежиот всички природни води те са най-слабо минерализирани, но по отношение на химичния състав на разтворените в тях вещества са не по-малко разнообразни от другите природни води. Източникът на техния състав са атмосферните аерозоли. Техният йонен състав е доста разнообразен. При колебания в средната дългосрочна минерализация на атмосферните валежи в европейската част на Русия в рамките на 10-20 mg / l и екстремни стойности за цялата територия от 3-4 и 50-60 mg / l, йонните съставът се характеризира с разнообразие и SO 4 2- или HCO 3 - , а сред катионите, в зависимост от степента на отдалеченост от брега, Ca 2+ или Na + . Непосредствено до брега, с вятър, който духа откъм морето, в резултат на вятърно механично отстраняване на солите, концентрацията на хлор в седиментите се повишава. Докато се отдалечавате от брега, относителната концентрация на Cl - пада, а SO 4 2-, Ca 2+ и Mg 2+, напротив, се увеличава. Причината за увеличаването на съдържанието на SO 4 2- и Ca 2+ е обогатяването на атмосферата с аерозоли от континентален произход. Докато се движите по-дълбоко в континента, част от морските аерозоли се измиват. Концентрацията на SO 4 2- претърпява най-големи промени. Ако увеличаването на съдържанието на Ca 2+ и Na + най-вероятно се дължи на минералния прах от почви и скали, на чиято повърхност винаги присъстват тези соли, тогава увеличението на съдържанието на SO 4 2- се дължи на , от една страна, до окисляването на SO 2 и H 2 S, от друга страна, чрез издигане на сулфатни соли от солени повърхности.
Огромните количества солни частици, повдигнати от почви, солени езера, ледени повърхности, торове и накрая, изхвърлени от химическата и металургичната промишленост и изхвърлени в атмосферата в резултат на други човешки дейности, и впоследствие измити от валежите, не могат дори бъде приблизително.
Водите на повечето рекипринадлежат към класа на въглеводородите. Според състава на катионите тази вода е почти изключително доминирана от калций; изключително редки са хидрокарбонатните води с преобладаващо съдържание на магнезий и натрий. От естествените води от хидрокарбонатния клас най-разпространени са водите с ниска минерализация (общо съдържание на соли до 200 mg/l).
Реките с вода от сулфатния клас са сравнително малко. Разпространени са предимно в степната зона и отчасти в полупустините. В състава на катионите в естествените води от сулфатния клас, както и във водите от хидрокарбонатния клас, преобладава калцият. Редица реки от сулфатния клас обаче имат преобладаващо съдържание на натрий. По минерализация сулфатните води значително превъзхождат хидрокарбонатните. Сравнително редки са речните сулфатни води с ниска (общо количество соли до 200 mg/l) и средна (общо количество соли от 200 до 500 mg/l) минерализация. Най-характерна за тези реки е повишената (обща соленост от 500 до 1000 mg/l), а понякога и висока (обща соленост над 1000 mg/l) минерализация на водата.
Реките, чиито води принадлежат към хлоридния клас, са почти толкова редки, колкото реките, чиято вода е доминирана от сулфати. Тази територия включва предимно степни райони и полупустини. Преобладаващите катиони на природните води от хлоридния клас са главно натриеви йони. Водите от хлоридния клас се отличават с висока минерализация - над 1000 mg/l, по-рядко от 500 до 1000 mg/l.
Дадената характеристика на йонния състав на речните води се отнася за периода на лятно маловодие. До известна степен той характеризира и състава през периода на замръзване. По време на пролетното пълноводие се наблюдава значително по-различна, много по-ниска минерализация на водата.
В разпределението на йонния състав на речната вода на територията на Русия се наблюдава известна закономерност. Съществува обща тенденция към увеличаване на минерализацията на водата в по-голямата част от европейската част на Русия от север на юг и от запад на изток. Зонирането на йонния състав на речните води се обяснява не само с влиянието на климатичните условия на настоящето, но и до голяма степен с климата на миналото. Степента на измиване на почвите и скалите, наличието на лесно разтворими соли в тях или солеността на почвите е естествен резултатвекове на излагане на съответните климатични условия. Нарушаване на зонирането химичен съставводите на реките на територията на Русия, разликите в състава на скалите и условията на тяхното възникване.
Минерализация и химичен състав на езерната водаза разлика от реките, тя варира в много широк диапазон. Реки със соленост на водата над 100-200 mg/l, независимо в какви условия се намират, са много рядко явление, докато минерализацията на езерната вода може да бъде от много ниска, няколко десетки mg/l (т.е. малко по-различна от дъжд) до много високи 3-3,5% (солени езера със саламура до границата, наситени със соли). Разликата в минерализацията се отразява и в йонния състав на езерната вода. В него се наблюдават закономерности, които са характерни и за химичния състав на речните води. С увеличаване на минерализацията на езерната вода се наблюдава относително нарастване на йоните в нейния състав в следната последователност: HCO 3 - >SO 4 2- >Cl - ; Ca2+ >Mg2+ >Na+. При минерализация до 500-1000 mg/l в състава на езерната вода преобладават хидрокарбонатните йони, повече от 0,1% - най-често сулфатни, а при достигане на 0,3-0,5%, в зависимост от литоложките характеристики на водосборния басейн - сулфатни или хлоридни води. В състава на катионите на езерната вода преобладаващата роля на калция се запазва само до 0,1-0,2%. С по-нататъшно увеличаване на минерализацията натриевите йони започват да играят тази роля. Магнезиевите йони, както и във всички други води, заемат междинно място във всички минерализации. Причината за такова разпределение на йонния състав се крие в различната разтворимост на солите. По-голямата част от сладководните езера, както и реките, са бикарбонатно-калциеви по отношение на състава на водата.
Съединение морска водахарактеризиращ се с високо съдържание на сол. Ако във водите на континенталния отток най-често се наблюдава съотношението на концентрациите: HCO 3 - > SO 4 2- > Cl - и Ca 2+ > Mg 2+ > Na + или Ca 2+ > Na + > Mg 2+, след това за бракични и морски води, като се започне с обща минерализация от 1 g / kg, съотношенията се променят: Cl - > SO 4 2- > HCO 3 - и Na + > Mg 2+ > Ca 2+. Промяната в съотношенията между нулите от речни към морски води се обяснява с последователното достигане на границата на разтворимост на слабо разтворимите соли с увеличаване на солеността на водата. Общо йоните и съединенията на основните компоненти съставляват 99,99% от теглото на масата на всички минерали, разтворени в океанската вода.
Между елементите на основния солев състав на океанската вода, между всеки един от тях и тяхната сума, съществува практически постоянство на концентрационните съотношения. Най-накрая беше доказано от W. Dietmar, който извърши пълен химичен анализ (хлориди, сулфати, калций, магнезий, натрий) на 77 водни проби, доставени от всички океани от различни дълбочини от експедицията на Challenger: във водата на открития океан, независимо от абсолютната концентрация, количествените съотношения между основните компоненти на основния солев състав са винаги постоянни (закон на Дитмар). Под влияние на изпарението, атмосферните валежи, образуването и топенето на леда се променя само общото количество на солите, съдържащи се в морската вода, но техните съотношения практически не се променят в границите на грешките на определяне. По този начин, ако е известно точното съотношение на общото количество соли и концентрациите на всички основни компоненти в 1 kg вода към концентрацията на всяка една съставка, тогава само една дефиниция може да изчисли общия състав на солите на океанската вода. Като такава „референтна“ съставка е избрано „съдържание на хлор“, което е броят грамове хлоридни йони, еквивалентни на сумата от халогени (с изключение на флуориди, които не се утаяват от сребърен нитрат), съдържащи се в 1 kg морска вода ( дефиниция на Соренсен). Постоянството на състава на океанската вода е леко нарушено под действието на обезсоляването на континенталния отток в районите на естуарите и във вътрешните морета, когато обменът на вода с океана е затруднен. Като част от основните компоненти, концентрациите на калциеви и магнезиеви катиони, както и сумата от концентрациите на аниони на слаби киселини (HCO 3 -, CO 3 2-, H 2 BO 3 -) са обект на повече от 1 % отклонения от постоянството на съотношението поради извличането на калциевия карбонат от водата в повърхностните слоеве и разтварянето му в дълбочина.
Концентрациите на микроелементите са толкова малки, че общо не надвишават 0,01% от масата на всички разтворени соли. От общото резюме на V.V. Гордеева и А.П. Лисицин следва, че литий (180 µg/l), рубидий (120 µg/l), барий (18 µg/l) се намират в най-високи концентрации, злато (0,004 µg/l), редкоземни елементи (по-малко от 0,001 µg/l). l) се намират в най-ниски концентрации.l), радий (10 -7 µg/l).
Колкото по-изолирано е морето от океана, толкова по-забележимо се различава съставът на водата в него от този на водата в океана. От първостепенно значение са условията на обмен на вода с океана, съотношението на обема на континенталния отток към обема на морето, дълбочината на морето и естеството на химичния състав на водите на вливащите се реки.
Подпочвените водисе отличават с изключително разнообразие на химичен състав, включително йонен. Съставът на водата е от всички класове, групи и видове. Йонният състав на подземните води зависи преди всичко от условията на тяхното образуване и възникване.
Химическият състав на водата. В природата водата почти винаги съдържа по-голямо или по-малко количество минерални соли, разтворени в нея. Степента и минералният състав на водата се определят от естеството на почвата или почвата в близост до водоносни хоризонти или повърхностни водоизточници.
Количеството минерални соли, съдържащи се във водата, се изразява в mg/l.
органична материя. От тях най-важни са веществата от животински произход, тъй като те могат да съдържат различни патогенни микроби. Непряк хигиенен показателналичието или отсъствието на тези вещества във водата е окисляемостта на водата.
окисление на водата. Това е количеството кислород (mg), изразходвано за пълното окисление на органичните вещества, съдържащи се в 1 литър вода (обозначено - mg / l). Колкото по-малко органични вещества има във водата, толкова по-малка е консумацията на кислород за пълното окисление на органичните вещества, съдържащи се в 1 литър вода. Например, окисляемостта на чистите подпочвени води, като правило, не надвишава 2-4 mg / l, реката - в рамките на 7 mg / l.
Един от показателите за възможното наличие на органични вещества във водата е количеството на разтворения в нея кислород (mg). В чисти резервоари се разтварят 3-6 mg / l кислород, а в замърсени - много по-малко, до пълно отсъствие.
Наличието на амоняк, соли на азотна и азотна киселина свидетелства за възможно замърсяване на водата с органични вещества от животински произход. Амонякът е продукт на началните етапи на разпадане на органични вещества от животински произход, а солите на азотната и азотната киселина са крайните продукти на минерализацията на органичните вещества. Наличието им говори за дълготрайно замърсяване на водата.
Наличието на соли на солна и сярна киселина във водата е индикатор за възможно замърсяване на водата с животински и човешки екскременти (фекално замърсяване). Обикновено 1 литър чиста натурална вода съдържа не повече от 20-30 mg хлориди.
Твърдостта на водата. Определя се от съдържанието на калциеви и магнезиеви соли в него. Разграничете мека, умерено твърда и твърда вода. Разпределете общата твърдост на водата - твърдостта на суровата вода, отстранимата твърдост, която намалява при кипене или утаяване, и фаталната, която не намалява дори след кипене на водата.
Зеленчуците и месото се варят лошо в твърда вода, тъй като протеините в тях образуват неразтворими съединения с калций и магнезий, които не се абсорбират в червата на човека.
Такава вода също не е подходяща за хигиенни процедури: наличието на излишно количество соли в нея предотвратява образуването на пяна, неразтворимите съединения се утаяват върху косата и затрудняват измиването.
Твърдостта на питейната вода не трябва да надвишава 7 mg/l. Тази характеристика може да се измери и в градуси (1 mg/eq. твърдост на водата е равна на 2,8 °). Твърдата вода се счита за повече от 20 °, мека - по-малко от 10 °.
Железни соли. Водата, съдържаща желязо, е безвредна, но в излишък му придава горчив метален вкус и жълт или жълто-кафяв цвят, намалявайки прозрачността. В питейната вода се допуска до 0,5 mg / l желязо (в открити водоеми) и 1,0 mg / l (в подземни източници).
Флуор. Съдържащ се в питейната вода, той оказва значително влияние върху състоянието на зъбите. При повишената му концентрация настъпва флуороза (поява на тъмни петна по емайла на зъбите), водеща до пълното им разрушаване, а при недостатъчно съдържание се увеличава заболеваемостта от кариес. Водата трябва да съдържа не повече от 1,5 mg / l флуор, оптималното количество е 0,7-1,0 mg / l. Ако няма достатъчно флуор, водата се флуорира изкуствено, т.е. добавя се натриев флуорид.
В естествените (наземни) резервоари протичат естествени процеси на самопречистване, ако човек не пречи на това:
* Дезинфекция с ултравиолетови лъчи;
*Утаяване и утаяване на суспендирани частици;
*Окисляване на органични вещества от О2;
*Минерализация на органични остатъци от бактерии.
Страница 1
Съставът на речните води се определя от количеството и качеството на веществата, постъпващи в тях от почвата и въздуха, както и от отпадъчните води от промишлени и общински предприятия.
Класификация на състава на речната вода, показана на фиг. 3.24 е опростен и не винаги отговаря на реалността.
Както показват дългосрочните изследвания на състава на речната вода, регулираното изпускане на вода от резервоара не предизвиква забележими промени в качеството на речната вода, което може да се установи чрез съвременни методи за анализ.
Отбелязаните сезонни характеристики на промените в състава на речните води трябва да се вземат предвид при проектирането на оборудването. Всеки клас според преобладаващия катион е разделен на три групи: калций, магнезий и натрий. От своя страна всяка група е разделена на четири вида вода, определени от количественото съотношение на йоните. В допълнение към тези катиони, речните води съдържат също K, NH4, Fe2, Mn2, Cu2, Zn2, Ni2, Fe3, Al3 йони и редица други йони в по-ниски концентрации.
За да разберат естеството на промяната в свойствата и състава на речната вода при преминаване през нефтоносни образувания, през 1957 г. служители на TatNIPIneft откриха пет инжекционни кладенци за самоизпускане.
близо селищаи индустриални предприятиясъставът на речната вода може да бъде силно повлиян от промишлени и битови отпадъчни води.
От масата. Фигура 3 показва, че съставът на речните води варира в доста широк диапазон. Речните води, които текат през влажни зони, съдържат изобилие от карбонати и значително количество калций. Речните води, които текат през сухи региони (като западните Съединени щати), съдържат повече сулфат, по-малко калций и много по-малко карбонат. Би било погрешно да се подмине с мълчание количеството органична материя, която се носи от водите, тъй като тази материя в крайна сметка се превръща в нефт.
Химичният състав на подпочвените води в крайбрежните водоприемници обикновено отразява до известна степен състава на речните води, който от своя страна се определя от състава на атмосферните валежи, както и от състава на снега, бурите и подпочвените води. В атмосферата дъждовната вода и снегът са обогатени в малко количество с кислород, въглероден диоксид, азотен оксид, амониеви соли, а в замърсения въздух на промишлени зони, както беше отбелязано по-горе, прах, бактерии, сяра, продукти от горенето на въглища и нефт и към тях се добавят други вещества.
В резултат на това дори относително малки количества замърсени отпадъчни води, постъпващи в реката, причиняват такова влошаване на състава на филтрираната речна вода, което изключва възможността за по-нататъшно използване.
Те се намират под формата на минерали, например гипс Ca8O4 - 2H2O, мирабилит Na28O4 - 10H2O, а също са част от морската и речната вода.
Повърхностните речни води (както и водите на езера и езера) се характеризират с променливостта на техния състав, което се дължи на жизнената дейност на растителни и животински организми във водата и главно пролетни наводнения и дъждове, които отмиват значително количества почвени частици от бреговете. И накрая, в близост до населени места, съставът на речната вода често е значително повлиян от изхвърлянето на канализация и отпадъци от промишлени предприятия.
Химическият състав на реките е подложен на сезонни колебания. Най-високата минерализация на речната вода се наблюдава през зимата, когато реките се захранват от подземни води, най-ниската обикновено е по време на наводнения, дъждовния сезон или храна от топенето на ледниците. Съставът на речните води зависи от физико-географските условия. В райони с прекомерна влага солеността на водата е ниска. Минерализацията се променя и по течението на реката в зависимост от нейните притоци, чийто водосбор е в различни условия на образуване.
Съставът на речната вода, както и нейното потребление, зависи от сезона. Най-ниска мътност и най-висока минерализация се наблюдават през зимата, обратната картина се наблюдава по време на периоди на наводнения, особено пролетни. През останалата част от годината съставът на речните води се влияе от метеорологични условия, летни наводнения и други фактори.
Водороден индикатор на водата (рН) - характеризира активна реакция, определя естествените свойства на водата и е индикатор за замърсяване. Природната вода обикновено има леко алкална реакция. Увеличаването на алкалността показва замърсяване или цъфтеж на резервоара, киселинната реакция показва наличието на хумусни вещества (блатни води) или промишлени отпадъчни води. Водородният индекс на питейната вода (pH) трябва да бъде в диапазона 6,0-9,0.
Напредък на дефиницията. Качествената реакция (pH) се определя от индикатора. Ивица индикаторна хартия се потапя в колба с тестова вода и цветът й се сравнява със стандартите на скалата на универсалния pH индикатор.
Определяне на азотсъдържащи вещества. Индикатор за замърсяване на водите с органични вещества от животински произход са соли на амоняк, азотна и азотиста киселини.
Солите на азотната киселина (нитрити) са продукти на окисляването на амоняка под въздействието на микроорганизми в процеса на нитрификация. Наличието на нитрити в количества над 0,002 mg/dm3 показва възрастта на замърсяването.
Солите на азотната киселина (нитрати) са крайните продукти на минерализацията на органичните вещества. Наличието на нитрати без амоняк и нитрити във водата показва завършване на процеса на минерализация.
Едновременното съдържание на амоняк, нитрити и нитрати във водата показва очевидната неизправност на водоизточника, постоянното му замърсяване. Повишените количества на нитрити и нитрати без наличие на амоняк показват спиране на замърсяването за момента. Наличието на амоняк и нитрити във водата показва скорошна поява на постоянен източник на замърсяване. Наличието само на нитрати във водата показва края на процесите на минерализация.
Допустимо съдържание на нитрати в питейната вода - не повече от 45 mg / dm.3
Химическите изследвания започват с качествени реакции, за да не се губи време за количествено определяне на онези соли, които отсъстват във водата.
Определяне на азот в амониеви соли. Методът се основава на способността на амоняка и амониевите йони да образуват съединение (меркур-амониев йодид) с реактива на Неслер, което оцветява разтвора в жълто-кафяво. Интензивността на цвета е пропорционална на съдържанието на амоняк във водата.
Качествено определениеамониеви соли
Приблизително количествено
Напредък на дефиницията. Изсипете 10 cm3 тестова вода в безцветна стъклена епруветка с плоско дъно с диаметър 13-14 mm, добавете 0,2 cm3 Rochelle сол (калиев натриев тартарат) и 0,2 cm3 реактив на Nessler. След 10 минути се прави приблизително определяне на амониевия азот съгласно таблицата. 9.
Таблица 9
Продължение на таблицата. 9
По правило чистите природни води съдържат 0,01-0,1 mg/dm3 азот от амониева сол.
Количествено определяне на азот в амониеви соли
Напредък на дефиницията. Обемът на водата за изследване се взема, като се вземат предвид резултатите от качествена проба с приблизителна количествена оценка. Ако съдържанието на NH+4 във водата е повече от 0,5 mg/dm3, пробата трябва да се разреди.
Таблица 10
За да се определи количеството на амониеви соли, предварително полученият разтвор се излива в 10 mm FEK кювета. Определянето се извършва с филтър за синя светлина с дължина на вълната 400-425 nm. Като контролен разтвор се използва дестилирана вода. Резултатът се сравнява с данните в табл. десет.
Определяне на нитритен азот. Методът се основава на взаимодействието на нитритите и реактива на Griess, който е смес от a-нафтиламин и сулфанилова киселина в оцетна киселина, което води до образуването на диазо съединение, оцветено от розово до интензивно червено, в зависимост от концентрацията на азот. на нитрити.
Качествено определяне с приблизителна количествена оценка.
Напредък на дефиницията. В епруветка с плоско дъно от безцветно стъкло с диаметър 13-14 mm добавете 10 cm3 от тестовата вода и 0,5 cm3 от реактива на Griess. Поставят се във водна баня при температура 50-60 ° C и се загряват 10 минути. Приблизителното съдържание на нитрити се определя по табл. единадесет.
Таблица 11
Приблизително определяне на нитритен азот във вода
Количествено определяне на нитритен азот във вода
Напредък на дефиницията. Ако съдържанието на нитрити във водата е повече от 0,05-0,07 mg/dm3, пробата трябва да се разреди.
2 cm3 от реактива на Griess се добавят към 50 cm3 от тестовата проба, смесват се, поставят се във водна баня при температура 50-60 ° C, след 10 минути се фотометрират при дължина на вълната 520 nm по отношение на дестилирана вода , към който се добавя реактивът на Griess.
Масовата концентрация на нитритите се намира съгласно калибровъчната графика.
За да се изгради калибровъчна графика, 0, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0, 10,0, 15,0 cm3 от работния стандартен разтвор се добавят към мерителни колби с вместимост 50 cm3 и се регулира обемът до марката с дестилирана вода. Вземете решения, съдържащи: 0; 0,002; 0,004; 0,01; 0,02; 0,04; 0,10; 0,20; 0,30 mg/dm3 нитрити.
Освен това се извършва анализ и се извършва фотометрия, както при изследването на пробата. Въз основа на получените резултати се изгражда калибрираща графика, като по абсцисната ос се нанасят масовите концентрации на нитрити в милиграми на 1 dm3, а по ординатната ос - съответните стойности на оптичната плътност.
X \u003d 50 x C / V (mg / dm3)
50 - обем на стандартния разтвор (разреждане), cm3;
V е обемът на пробата, взета за анализ, cm3;
Ако обемът на пробата е 50 cm3, тогава формулата ще изглежда така: X = C.
Още по темата Определяне на химичния състав на водата:
- Гусаров Г.Н., Корягина В.Н. Определяне на химичния състав и изследване на риба и рибни продукти, 2006 г.
- Водата като фактор на околната среда, нейното хигиенно и епидемиологично значение. Регулиране на качествения състав на питейната вода
- Определяне на количествения и качествен състав на емисиите на замърсители в атмосферния въздух от основните технологични процеси.
Ако поставите капка естествена вода върху стъкло и изчакате, докато се изпари, тогава на мястото на капката ще се видят бели петна - това са водоразтворими соли, които кристализират. Съдържанието на сол в естествените води варира хиляди пъти. Например, един литър дъждовна вода съдържа единици, максимум десетки милиграма соли. И в литър вода от залива Кара-Богаз-Гол (Каспийско море) - 300 g, почти една трета от масата на разтвора.
Основни (преобладаващи) компоненти
Във водните разтвори по-голямата част от солите съществуват под формата на йони. В естествените води преобладават три аниона ( бикарбонат HCO 3 -, хлорид Cl-и сулфат SO 4 2-) и четири катиона ( калций Ca2+, магнезий Mg2+, натрий Na+и калий К+) – те се наричат главни йони. Хлоридните йони придават на водата солен вкус, сулфатните йони, калциевите и магнезиевите йони – горчиви, бикарбонатните йони са безвкусни. Те съставляват над 90-95% в сладките води и над 99% от всички разтворени вещества в силно минерализираните води. Обикновено долната граница на концентрация за основните йони се счита за 1 mg / l, следователно в някои случаи, например за морски и някои подпочвени води, Br - , B 3+ , Sr 3+ и др. също могат да бъдат Приписването на K + йони към броя на главните е спорно. В подземните и повърхностните води тези йони, като правило, заемат второстепенно място. Само в атмосферните валежи K + йони могат да играят основна роля.
Но йонната форма на основните компоненти е напълно характерна само за слабоминерализирани води. С увеличаване на концентрацията между йони се увеличава взаимодействието, насочено към асоцииране, т.е. процес, обратен на дисоциацията. В този случай се образуват свързани йонни двойки, например MgHCO3+, CaHCO3+.
Под влияние на климатичните и други условия химическият състав на природните води се променя и придобива характерни черти, понякога специфични за различни видове природни води (атмосферни валежи, реки, езера, подземни води).
Валежиот всички природни води те са най-слабо минерализирани, но по отношение на химичния състав на разтворените в тях вещества са не по-малко разнообразни от другите природни води. Източникът на техния състав са атмосферните аерозоли. Техният йонен състав е доста разнообразен. При колебания в средната дългосрочна минерализация на атмосферните валежи в европейската част на Русия в рамките на 10-20 mg / l и екстремни стойности за цялата територия от 3-4 и 50-60 mg / l, йонните съставът се характеризира с разнообразие и SO 4 2- или HCO 3 - , а сред катионите, в зависимост от степента на отдалеченост от брега, Ca 2+ или Na + . Непосредствено до брега, с вятър, който духа откъм морето, в резултат на вятърно механично отстраняване на солите, концентрацията на хлор в седиментите се повишава. Докато се отдалечавате от брега, относителната концентрация на Cl - пада, а SO 4 2-, Ca 2+ и Mg 2+, напротив, се увеличава. Причината за увеличаването на съдържанието на SO 4 2- и Ca 2+ е обогатяването на атмосферата с аерозоли от континентален произход. Докато се движите по-дълбоко в континента, част от морските аерозоли се измиват. Концентрацията на SO 4 2- претърпява най-големи промени. Ако увеличаването на съдържанието на Ca 2+ и Na + най-вероятно се дължи на минералния прах от почви и скали, на чиято повърхност винаги присъстват тези соли, тогава увеличението на съдържанието на SO 4 2- се дължи на , от една страна, до окисляването на SO 2 и H 2 S, от друга страна, чрез издигане на сулфатни соли от солени повърхности.
Огромните количества солни частици, повдигнати от почви, солени езера, ледени повърхности, торове и накрая, изхвърлени от химическата и металургичната промишленост и изхвърлени в атмосферата в резултат на други човешки дейности, и впоследствие измити от валежите, не могат дори бъде приблизително.
Водите на повечето рекипринадлежат към класа на въглеводородите. Според състава на катионите тази вода е почти изключително доминирана от калций; изключително редки са хидрокарбонатните води с преобладаващо съдържание на магнезий и натрий. От естествените води от хидрокарбонатния клас най-разпространени са водите с ниска минерализация (общо съдържание на соли до 200 mg/l).
Реките с вода от сулфатния клас са сравнително малко. Разпространени са предимно в степната зона и отчасти в полупустините. В състава на катионите в естествените води от сулфатния клас, както и във водите от хидрокарбонатния клас, преобладава калцият. Редица реки от сулфатния клас обаче имат преобладаващо съдържание на натрий. По минерализация сулфатните води значително превъзхождат хидрокарбонатните. Сравнително редки са речните сулфатни води с ниска (общо количество соли до 200 mg/l) и средна (общо количество соли от 200 до 500 mg/l) минерализация. Най-характерна за тези реки е повишената (обща соленост от 500 до 1000 mg/l), а понякога и висока (обща соленост над 1000 mg/l) минерализация на водата.
Реките, чиито води принадлежат към хлоридния клас, са почти толкова редки, колкото реките, чиято вода е доминирана от сулфати. Тази територия включва предимно степни райони и полупустини. Преобладаващите катиони на природните води от хлоридния клас са главно натриеви йони. Водите от хлоридния клас се отличават с висока минерализация - над 1000 mg/l, по-рядко от 500 до 1000 mg/l.
Дадената характеристика на йонния състав на речните води се отнася за периода на лятно маловодие. До известна степен той характеризира и състава през периода на замръзване. По време на пролетното пълноводие се наблюдава значително по-различна, много по-ниска минерализация на водата.
В разпределението на йонния състав на речната вода на територията на Русия се наблюдава известна закономерност. Съществува обща тенденция към увеличаване на минерализацията на водата в по-голямата част от европейската част на Русия от север на юг и от запад на изток. Зонирането на йонния състав на речните води се обяснява не само с влиянието на климатичните условия на настоящето, но и до голяма степен с климата на миналото. Степента на излугване на почвите и скалите, наличието на лесноразтворими соли в тях или солеността на почвите е естествен резултат от вековното влияние на съответните климатични условия. Зоналността на химическия състав на речните води на територията на Русия се нарушава от различията в състава на скалите и условията на тяхното възникване.
Минерализация и химичен състав на езерната водаза разлика от реките, тя варира в много широк диапазон. Реки със соленост на водата над 100-200 mg/l, независимо в какви условия се намират, са много рядко явление, докато минерализацията на езерната вода може да бъде от много ниска, няколко десетки mg/l (т.е. малко по-различна от дъжд) до много високи 3-3,5% (солени езера със саламура до границата, наситени със соли). Разликата в минерализацията се отразява и в йонния състав на езерната вода. В него се наблюдават закономерности, които са характерни и за химичния състав на речните води. С увеличаване на минерализацията на езерната вода се наблюдава относително нарастване на йоните в нейния състав в следната последователност: HCO 3 - →SO 4 2- →Cl - ; Ca 2+ → Mg 2+ → Na +. При минерализация до 500-1000 mg/l в състава на езерната вода преобладават хидрокарбонатните йони, повече от 0,1% - най-често сулфатни, а при достигане на 0,3-0,5%, в зависимост от литоложките характеристики на водосборния басейн - сулфатни или хлоридни води. В състава на катионите на езерната вода преобладаващата роля на калция се запазва само до 0,1-0,2%. С по-нататъшно увеличаване на минерализацията натриевите йони започват да играят тази роля. Магнезиевите йони, както и във всички други води, заемат междинно място във всички минерализации. Причината за такова разпределение на йонния състав се крие в различната разтворимост на солите. По-голямата част от сладководните езера, както и реките, са бикарбонатно-калциеви по отношение на състава на водата.
Съединение морска водахарактеризиращ се с високо съдържание на сол. Ако във водите на континенталния отток най-често се наблюдава съотношението на концентрациите: HCO 3 - > SO 4 2- > Cl - и Ca 2+ > Mg 2+ > Na + или Ca 2+ > Na + > Mg 2+, след това за бракични и морски води, като се започне с обща минерализация от 1 g / kg, съотношенията се променят: Cl - > SO 4 2- > HCO 3 - и Na + > Mg 2+ > Ca 2+. Промяната в съотношенията между нулите от речни към морски води се обяснява с последователното достигане на границата на разтворимост на слабо разтворимите соли с увеличаване на солеността на водата. Общо йоните и съединенията на основните компоненти съставляват 99,99% от теглото на масата на всички минерали, разтворени в океанската вода.
Между елементите на основния солев състав на океанската вода, между всеки един от тях и тяхната сума, съществува практически постоянство на концентрационните съотношения. Най-накрая беше доказано от W. Dietmar, който извърши пълен химичен анализ (хлориди, сулфати, калций, магнезий, натрий) на 77 водни проби, доставени от всички океани от различни дълбочини от експедицията на Challenger: във водата на открития океан, независимо от абсолютната концентрация, количествените съотношения между основните компоненти на основния солев състав са винаги постоянни (закон на Дитмар). Под влияние на изпарението, атмосферните валежи, образуването и топенето на леда се променя само общото количество на солите, съдържащи се в морската вода, но техните съотношения практически не се променят в границите на грешките на определяне. По този начин, ако е известно точното съотношение на общото количество соли и концентрациите на всички основни компоненти в 1 kg вода към концентрацията на всяка една съставка, тогава само една дефиниция може да изчисли общия състав на солите на океанската вода. Като такава „референтна“ съставка е избрано „съдържание на хлор“, което е броят грамове хлоридни йони, еквивалентни на сумата от халогени (с изключение на флуориди, които не се утаяват от сребърен нитрат), съдържащи се в 1 kg морска вода ( дефиниция на Соренсен). Постоянството на състава на океанската вода е леко нарушено под действието на обезсоляването на континенталния отток в районите на естуарите и във вътрешните морета, когато обменът на вода с океана е затруднен. Като част от основните компоненти, концентрациите на калциеви и магнезиеви катиони, както и сумата от концентрациите на аниони на слаби киселини (HCO 3 -, CO 3 2-, H 2 BO 3 -) са обект на повече от 1 % отклонения от постоянството на съотношението поради извличането на калциевия карбонат от водата в повърхностните слоеве и разтварянето му в дълбочина.
Концентрациите на микроелементите са толкова малки, че общо не надвишават 0,01% от масата на всички разтворени соли. От общото резюме на V.V. Гордеева и А.П. Лисицин следва, че литий (180 µg/l), рубидий (120 µg/l), барий (18 µg/l) се намират в най-високи концентрации, злато (0,004 µg/l), редкоземни елементи (по-малко от 0,001 µg/l). l) се намират в най-ниски концентрации.l), радий (10 -7 µg/l).
Колкото по-изолирано е морето от океана, толкова по-забележимо се различава съставът на водата в него от този на водата в океана. От първостепенно значение са условията на обмен на вода с океана, съотношението на обема на континенталния отток към обема на морето, дълбочината на морето и естеството на химичния състав на водите на вливащите се реки.
Подпочвените водисе отличават с изключително разнообразие на химичен състав, включително йонен. Съставът на водата е от всички класове, групи и видове. Йонният състав на подземните води зависи преди всичко от условията на тяхното образуване и възникване.
pH стабилизиране на естествена вода
Естествената вода е в състояние да поддържа стойността на pH повече или по-малко постоянна, дори ако известно количество киселина или основа влезе в нея отвън. Ако капка концентрирана вода се добави към литър дестилирана вода на солна киселина, тогава pH ще падне от 7 на 4. И ако капка солна киселина се добави към литър речна вода с pH = 7, индикаторът почти няма да се промени. Киселините и основите, които влизат в естествената вода, се неутрализират от въглероден диоксид и разтворени в нея хидрокарбонатни йони:
H + + HCO 3 - ↔ H 2 O + CO 2
OH - + CO 2 ↔ HCO 3 -
Бикарбонатните йони неутрализират киселини, които влизат в резервоара с атмосферни валежи или се образуват в резултат на жизнената дейност на организмите. Концентрацията на бикарбонатни йони е пряко свързана с устойчивостта на водните тела към киселинен дъжд. Най-чувствителни към тях са реките и езерата на Карелия, Финландия, Скандинавия, във водите на които тези йони практически отсъстват.
органична материя
Органичната материя на природните води е комплекс от истински разтворени и колоидни вещества от органични съединения. По произход органичните вещества в природните води могат да се разделят на постъпващи отвън (от водосборния басейн) и образуващи се в самия водоем. Първата група включва главно хумусни вещества, измити от вода от почви, торфени блата, горски хумус и други видове естествени образувания, включително растителни остатъци, и органични вещества, идващи от промишлени и битови отпадъчни води. От хумусните вещества за хидрохимията най-голям интерес представляват хуминовите и фулвинови киселини. И двете киселини са характерни за хумус (хуминови киселини), те не се срещат в живи растителни и животински тъкани. Съотношението между тях в различните торфи и почви не е еднакво. В черноземните почви преобладават хумусните почви, а в подзолистите – фулвокислените.
Общата концентрация на органични вещества в природните води, варираща в широки граници, е най-висока в блатните води (в които при висока концентрация на хуминови вещества понякога достига 500 mg/l или повече) и реките с блатна храна, и блатната вода е оцветена в жълто и кафяво до 300 ° и по-висока в платинено-кобалтовата цветова скала (хуминовите киселини придават цвят на естествената вода). Високи концентрации на органична материя понякога се откриват в подпочвените води, свързани с нефтени полета. Още по-висока концентрация може да се открие в естествени води, замърсени с промишлени и битови отпадъчни води. Незамърсените природни води обикновено съдържат малко органични вещества. Например, според B.A. Скопинцев, концентрацията на органични вещества в океанската вода е само 2,0-5,4 mg/l (средно 3,0 mg/l, а в речната вода средно 20 mg/l).
В някои повърхностни води, особено в блатните реки, веществата от хумусен произход са основната част от химичния състав на водата. След навлизане в добре аерирани реки, а след това в езера и морета, органичните вещества на водата претърпяват промяна и процесът на окисление, започнал в почвите, завършва за повечето от тях с преход към прости минерални съединения. Другата по-стабилна част остава и се натрупва във водоемите.
В студените климатични зони (тундра) има много малко органични остатъци и там резервоарите почти не съдържат хуминови киселини. А в горската зона, особено иглолистната, където се образуват много органични остатъци и те нямат време да се разложат напълно, съдържанието на хуминови киселини е няколко десетки милиграма на литър. Хуминовите киселини не само подкиселяват водата в резервоара, но и свързват почти всички тежки метали в силни комплексни съединения.
Газове в природни води
Ако налеете студена чешмяна вода в чаша и я поставите на топло място, по стените ще се появят газови мехурчета. Газовете бяха разтворени студена водаи се отделят при нагряване (тъй като разтворимостта на газовете намалява при нагряване). Това са кислород, азот и въглероден диоксид. Разтворимостта на газ във вода обикновено намалява с повишаване на температурата, което е свързано с увеличаване на кинетичната енергия на газовите молекули, което допринася за преодоляване на силите на привличане на водните молекули. Всички природни води са газообразни разтвори. Кислородът O 2 и въглеродният диоксид CO 2 са най-разпространени в повърхностните води, а сероводородът H 2 S и метанът CH 4 в подземните води. Понякога CO 2 в значителни количества може също да насити водите на дълбоките хоризонти. В допълнение, азотът N 2 постоянно присъства във всички природни води.
Кислород (O 2)открити в естествената вода под формата на разтворени молекули. Кислородът, като мощен окислител, играе специална роля при формирането на химичния състав на природните води. Кислородът навлиза във водата в резултат на процесите на фотосинтеза, протичащи в природата и от атмосферата. Кислородът се изразходва за окисляване на органични вещества, както и в процеса на дишане на организмите. Концентрацията на разтворен кислород в природните води варира в ограничен диапазон (от 0 до 14 mg / l, при интензивна фотосинтеза, по обяд е възможна по-висока концентрация). Поради зависимостта на концентрацията на кислород в повърхностните води от редица фактори, концентрацията му варира значително през деня, сезона и годината. Тъй като консумацията на кислород е относително малко зависима от ежедневните промени в слънчевата радиация и фотосинтезата се определя изцяло от нея, кислородът се натрупва през деня и се консумира през тъмното време на деня. Кислородът е необходим за съществуването на повечето организми, които обитават водоемите. Като силен окислител, кислородът играе важна санитарно-хигиенна роля, като допринася за бързата минерализация на органичните остатъци.
Въглероден диоксид (CO2)намира се във водата главно под формата на разтворени газови молекули CO 2 . Въпреки това, някои от тях (около 1%) взаимодействат с водата, образувайки въглеродна киселина:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
Обикновено CO 2 и H 2 CO 3 не се разделят, а въглеродният диоксид означава тяхната сума (CO 2 + H 2 CO 3). В природните води източникът на въглероден диоксид са предимно процесите на окисляване на органични вещества, които се случват с освобождаването на CO 2 както директно във водата, така и в почвите и тините, с които водата влиза в контакт. Те включват дишането на водните организми и различни видовебиохимично разлагане и окисляване на органични остатъци. В някои подземни води важен източник на въглероден диоксид са вулканичните газове, отделяни от недрата на земята, чийто произход се свързва с дегазирането на мантията и със сложните процеси на метаморфизация на седиментни скали, протичащи в дълбините под въздействието на на висока температура. Поради това често в подземните води и източниците с дълбок произход има високо съдържание на въглероден диоксид. Абсорбцията на въглероден диоксид от атмосферата от водата е по-важна за морските и океанските води и по-малко значима за сухоземните води. Намаляването на съдържанието на въглероден диоксид се случва предимно по време на фотосинтезата. При много интензивна фотосинтеза, когато има пълна консумация на газообразен CO 2, последният може да бъде изолиран от HCO 3 - йони:
HCO 3 - ↔ CO 3 2- + CO 2
Въглеродният диоксид също се използва за разтваряне на карбонати:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O ↔ Ca(HCO 3) 2
Той също така се изразходва за химическо изветряне на алумосиликати. Намаляване на съдържанието на CO 2 във водата, особено в повърхностните води на сушата, също се получава при изпускането му в атмосферата. Като цяло CO 2 в атмосферата е от голямо значение за CO 2 , съдържащ се в повърхностните води, като регулира съдържанието му там. Между атмосферния CO 2 и повърхностния воден CO 2 има непрекъснат обмен, насочен към установяване на баланс между тях, съгласно закона на Хенри-Далтон. Тъй като парциалното налягане на въглеродния диоксид в атмосферата е много ниско (33 Pa), въпреки високата му разтворимост (при налягане от 1013 hPa и температура от 12 ° C до 2166 mg / l), балансът между водата и атмосфера се постига при много ниско съдържание на CO 2 във водата. При парциално налягане на CO 2 в атмосфера от 33 Pa, неговата разтворимост във вода ще бъде 2166.0.00033=0.715 mg/l (при 12 °C). Обикновено повърхностните води на сушата, в които протичат различни процеси на разлагане на органична материя и които са свързани с почвите, имат по-високо съдържание на CO 2 и следователно го отделят в атмосферата. Само при много силна фотосинтеза, когато CO 2 практически изчезне, CO 2 може да се абсорбира от атмосферата. Съдържанието на въглероден диоксид в природните води е изключително разнообразно - от няколко десети до 3000-4000 mg/l. Най-ниската концентрация на CO 2 се наблюдава в повърхностните води, особено минерализираните (морета, солени езера), най-високата - в подземните води и замърсените отпадъчни води. В реките и езерата концентрацията на CO 2 рядко надвишава 20-30 mg/l.
Разтворена молекула азот (N 2)- най-постоянният газ в природните води. Изключително химически стабилен и биологично труден за смилане, азотът, внесен в дълбоките слоеве на океана или подпочвените води, се променя главно само под въздействието на физически условия (температура и налягане). Азотът, разтворен в повърхностните води, има предимно въздушен произход. Заедно с това азотът от биогенен произход, получен в резултат на денитрификация, е широко разпространен в природата.
Газ метан (CH4)е един от най-често срещаните газове в подземните води. Газообразната фаза на подпочвените води почти винаги е количествено доминирана от азот, въглероден диоксид или метан. Основният източник на образуване на метан е диспергирана органична материя в скалите. Метанът и тежките въглеводороди често се намират в значителни концентрации в дълбоки подпочвени води на затворени структури, свързани с нефтени находища. В малка концентрация метанът се наблюдава в естествените слоеве на езерата, където се отделя от тинята по време на разлагането на растителни остатъци, както и в океанските дънни утайки в райони с висока биологична продуктивност.
Газ сероводород (H 2 S)е един от продуктите на разлагане на протеиново вещество, съдържащо сяра в състава си, поради което често се наблюдава натрупването му в дънните слоеве на водните тела поради разпадането на различни органични остатъци. В долните части на дълбоките езера и морета, където няма обмен на вода, често се образува зона на сероводород. При парциално налягане на сероводорода в атмосферата, равно на нула, дългосрочното му присъствие в повърхностните води е невъзможно. Освен това се окислява от кислород, разтворен във вода. В реките сероводородът се наблюдава само в дънните слоеве, главно през зимата, когато аерацията на водния стълб е затруднена. Наличието на сероводород в естествени незамърсени повърхностни води е сравнително рядко явление. По-често сероводородът присъства в подпочвените води, изолирани от повърхността, и в силно замърсените повърхностни води, където е показател за силно замърсяване и анаеробни условия.
Мезоелементи
В допълнение към основните йони, чието съдържание във водата е доста високо, редица елементи: азот, фосфор, силиций, алуминий, желязо, флуор - присъстват в него в концентрации от 0,1 до 10 mg / l. Наричат се мезоелементи (от гръцки „mesos” – „среден”, „междинен”).
Азотът под формата на нитрати NO 3 - попада в резервоари с дъждовна вода и под формата на аминокиселини, урея (NH 2) 2 CO и амониеви соли NH 4 + - по време на разлагането на органични остатъци.
Фосфорът съществува във водата под формата на хидрофосфати HPO 3 2- и дихидрофосфати H 2 PO 3 - образувани в резултат на разлагането на органични остатъци.
Силицият е постоянен компонент на химичния състав на природните води. За разлика от други компоненти, това се улеснява от повсеместното разпространение на силициеви съединения в скалите и само ниската разтворимост на последните обяснява ниското съдържание на силиций във водата. Концентрацията на силиций в природните води обикновено е няколко милиграма на 1 литър. В подпочвените води тя се повишава и често достига десетки милиграми на 1 литър, а в горещите термални води – дори стотици. Разтворимостта на силиция, в допълнение към температурата, е силно повлияна от повишаването на pH на разтвора. Относително ниското съдържание на силиций в повърхностните води, по-ниско от разтворимостта на силициевия диоксид (125 mg/l при 26 °C, 170 mg/l при 38 °C), показва наличието на процеси във водата, които намаляват концентрацията му. Те включват консумацията на силиций от водните организми, много от които, като например диатомеите, изграждат своите скелети от силиций. В допълнение, силициевата киселина, като по-слаба, се измества от разтвора от въглеродна киселина:
Na 4 SiO 4 + 4CO 2 + 4H 2 O \u003d H 4 SiO 4 + 4NaHCO 3
Той допринася за нестабилността на силиция в разтвор и склонността на силициевата киселина да преминава в гел при определени условия. В много слабо минерализираните води силицият съставлява значителна и понякога преобладаваща част от химичния състав на водата, въпреки ниското му абсолютно съдържание. Наличието на силиций във водата е сериозна пречка за технологията, тъй като при продължително кипене на водата, силицият образува много твърд силикатен котлен камък в котлите.
Алуминият навлиза във водни тела в резултат на действието на киселини върху глини (каолин):
Al 2 (OH) 4 + 6H + = 2SiO 2 + 5H 2 O + 2Al 3+
Основният източник на желязо са желязосъдържащите глини. Органичните остатъци (наричани по-нататък "С") в контакт с тях редуцират желязото до двувалентно желязо, което бавно се измива под формата на бикарбонат или соли на хуминова киселина:
2Fe 2 O 3 + "C" + 4H 2 O + 7CO 2 \u003d 4Fe (HCO 3) 2
Когато водата с разтворени в нея Fe 2+ йони влезе в контакт с въздуха, желязото бързо се окислява, образувайки кафява утайка от Fe(OH) 3 хидроксид. С течение на времето се превръща в блатна руда - кафява желязна руда (лимонит) FeO (OH). Карелската блатна руда е използвана през 18-19 век за получаване на желязо.
Синкавият филм на повърхността на водата е Fe(OH) 3, образуван, когато подпочвените води, съдържащи Fe 2+ йони, влизат в контакт с въздуха. Често се бърка с маслен филм, но е много лесно да се направи разлика между тях: филмът от железен хидроксид има разкъсани ръбове. Ако повърхността на водата е леко раздвижена, хидроксидният филм, за разлика от масления филм, няма да прелее.
микроелементи
Тази група включва елементи, чиито съединения се намират в природните води в много ниски концентрации, поради което се наричат микроелементи. Тяхната концентрация се измерва в микрограмове на литър (mcg/l), като често е с по-ниски стойности. Микроелементите представляват най-голямата група от елементи в химичния състав на природните води, тя включва всички елементи от периодичната система, които не са включени в предишните групи от разгледани компоненти. Условно те могат да бъдат разделени на пет подгрупи: 1) типични катиони (Li +, Rb +, Cs +, Be 2+, Sr 2+, Ba 2+ и др.); 2) йони на тежки метали (Cu 2+ , Ag + , Au + , Pb 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ , Co 2+ и др.); 3) амфотерни комплексообразователи (Cr, Mo, V, Mn); 4) типични аниони (Br -, I -, F -); 5) радиоактивни елементи. Микроелементите са от съществено значение за нормалното функциониране на растенията, животните и хората. Въпреки това, при повишени концентрации, много микроелементи са вредни и дори отровни за живите организми. Поради това те често се превръщат в замърсители и концентрацията им се контролира. Успешното изследване на микроелементите се затруднява не само от ниското им съдържание в природните води, но и до голяма степен от неяснотата на формата на тяхното присъствие в разтвор. Последното не само затруднява изясняването на моделите на тяхната миграция и режим, но и създава трудности при химичен анализ. Например, много тежки метали мигрират във високи концентрации именно в суспендирано състояние, а не в разтворено състояние. Разтворените органични комплекси образуват повечето метали, предимно дву- и тривалентни метали с хуминови и фулвинови киселини. Концентрацията на комплексирани метали се определя основно от концентрацията на органични киселини. Много метални хидроксиди присъстват под формата на колоидни съединения. Възможно е адсорбцията на органични вещества да се случи на повърхността на колоидите, което ги прави по-стабилни в разтвор.
Фактори, влияещи върху химичния състав на водата
Химическият състав на естествената вода се определя от предшестващата я история, т.е. пътя, изминат от водата по време на нейната циркулация. Количеството на разтворените вещества в такава вода ще зависи, от една страна, от състава на тези вещества, с които е влязла в контакт, от друга страна, от условията, при които са се случили тези взаимодействия. Върху химичния състав на водата могат да влияят следните фактори: скали, почви, живи организми, човешка дейност, климат, релеф, воден режим, растителност, хидрогеоложки и хидродинамични условия и др. Нека разгледаме само някои от факторите, които влияят върху състава на водата. вода.
Почвеният разтвор и атмосферните валежи, филтрирани през почвата, могат да подобрят разтварянето на скали и минерали. Това е едно от най-важните свойства на почвата, влияещо върху формирането на състава на природните води и е резултат от увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид в почвения разтвор, отделян при дишането на живите организми и корена система в почвите и биохимичното разграждане на органичните остатъци. В резултат на това концентрацията на CO 2 в почвения въздух се увеличава от 0,033%, характерна за атмосферния въздух, до 1% или повече в почвения въздух (в тежки глинести почви концентрацията на CO 2 в почвения въздух понякога достига 5-10% , като по този начин придава на решението силен агресивен ефект по отношение на породите). Друг фактор, който засилва агресивното действие на филтрирането на водата през почвата, е органичното вещество - почвен хумус, който се образува в почвите при преобразуването на растителните остатъци. В състава на хумуса като активни реагенти трябва да се посочат хуминови и фулвинови киселини и по-прости съединения, например органични киселини (лимонена, оксалова, оцетна, ябълчена и др.), Амини и др. Почвеният разтвор, обогатен с органични киселини и CO 2, многократно ускорява химичното изветряне на алумосиликатите, съдържащи се в почвите. По същия начин филтрирането на водата през почвата ускорява химическото изветряне на алумосиликатите и карбонатните скали, лежащи в основата на почвата. Варовикът лесно образува разтворим (до 1,6 g/l) калциев бикарбонат:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ↔ Ca(HCO 3) 2
В почти цялата европейска част на Русия (с изключение на Карелия и района на Мурманск) варовиците, както и MgCO 3 .CaCO 3 доломитите се намират доста близо до повърхността. Следователно водата тук съдържа предимно калциеви и магнезиеви бикарбонати. В реки като Волга, Дон, Северна Двина и техните основни притоци калциевите и магнезиевите бикарбонати съставляват от 3/4 до 9/10 от всички разтворени соли.
Солта навлиза във водни басейни в резултат на човешка дейност. Така през зимата пътищата се поръсват с натриев и калциев хлорид, за да се стопи ледът. През пролетта, заедно със стопената вода, хлоридите се вливат в реките. Една трета от хлоридите в реките на европейската част на Русия са донесени там от човека. В реките, на които са разположени големите градове, този дял е много по-голям.
Теренът косвено влияе върху състава на водата, като допринася за измиването на соли от скалната маса. Дълбочината на ерозионния врез на реката улеснява притока на по-минерализирани подземни води от долните хоризонти в реката. Това се улеснява и от други видове понижения (речни долини, греди, оврази), които подобряват дренажа на водосборния басейн.
Климатът, от друга страна, създава общ фон, на който протичат повечето процеси, които влияят върху формирането на химичния състав на природните води. Климатът определя преди всичко баланса на топлина и влага, който определя съдържанието на влага в района и обема на водния отток и следователно разреждането или концентрацията на естествените разтвори и възможността за разтваряне или утаяване на вещества.
Огромно влияние върху химичния състав на водата и нейната промяна във времето оказват източниците на хранене на водното тяло и тяхното съотношение. През периода на топене на снега водата в реките, езерата и резервоарите има по-ниска минерализация, отколкото през периода, когато по-голямата част от храната се осигурява от подпочвените и подпочвените води. Това обстоятелство се използва при регулиране на пълненето на резервоари и изпускането на вода от тях. По правило резервоарите се пълнят по време на пролетното наводнение, когато входящата вода е с по-ниска соленост.