Экология

Природные воды – все воды земного шара как планеты. В природных условиях вода не встречается в химически чистом виде. Она представляет собой раствор, часто сложного состава, который включает газы (O₂ , CO₂ , H₂S, CH₄ и др.), органические и минеральные вещества. В природных водах обнаружено подавляющее большинство химических элементов. Наиболее распространенные ионы: Na⁺ , Ca²⁺ , Mg²⁺ , Fe²⁺ , Fe³⁺ , Cl^- , SO₄^2- , HCO₃^- , NO₃^- , а также кремниевая кислота H₂SiO₃.

Описание природной воды по формуле М.Г. Курлова

Для удобства сопоставления анализов воды существуют различные способы сокращённого изображения состава. Наиболее часто применяется формула М.Г. Курлова – это наглядное изображение химического состава природной воды.

В этой формуле, выражаемой в виде псевдодроби, в числителе пишут в процент-эквивалентах в убывающем порядке анионы, а в знаменателе в таком же порядке катионы. Ионы, присутствующие в количестве менее 10 % экв, в формулу не вносят. К символу иона приписывают его содержание в процент-эквивалентах в целых числах. Впереди дроби указывают величину минерализации (М) в г/л, pH, жёсткость в мг·экв /л и компоненты, специфичные для данного анализа (CO₂, H₂S, Br^-, J^-, радиоактивность и др.). После дроби указывают температуру воды (t⁰ C) и дебит источника или скважины в (D), м³ / сут.

А теперь последовательно рассмотрим составные части формулы М.Г. Курлова.

В воде часть молекул всегда находится в диссoциированном состоянии в виде ионов H⁺ и OH^-. Концентрация недиссоциированной воды считается постоянной, поэтому количество ионов водорода и ионов гидроксила при данной температуре будет тоже величиной постоянной. При t 22⁰ С эта величина равна 10^-14. Чистая вода имеет нейтральную реакцию и количество ионов H⁺ должно быть равно количеству ионов OH^-.

Это выражение показывает, что при 22⁰ С в 1 л чистой воды содержится 10^-7 грамм-молекул воды в ионизированном виде, т.е. 10^-7 грамм-ионов водорода и 10^-7 грамм-ионов гидроксила.

Выражение – lg [H⁺] означает pH – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов.

Жёсткостью воды называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция (1/2 Ca²⁺) и магния (1/2 Mg²⁺). Единицей жёсткости воды является моль на кубический метр (моль/м³). Числовое значение жёсткости, выраженное в моль /м³ равно числовому значению жёсткости, выраженному в мг·экв /л. 1 мг/л жёсткости воды отвечает содержанию ионов кальция (1/2 Ca²⁺) 20,04 мг/л и ионов магния (1/2 Mg²⁺) 12,153 мг/л.

Различают жёсткость воды общую - общее количество содержащихся в воде ионов кальция и магния; устранимую – жёсткость воды, обусловленная наличием в воде карбонатных (CO₃^2-) и гидрокарбонатных (HCO₃^-) ионов солей кальция и магния, удаляемая при кипячении и определяемая экспериментально; неустранимую - разность между общей жесткостью и устранимой жесткостью; карбонатную – сумма карбонатных (CO₃^2-) и гидрокарбонатных (HCO₃^- ) ионов в воде; некарбонатную - разность между общей жёсткостью и карбонатной.

По величине общей жёсткости (по А.О. Алекину) различают следующие природные воды:

Минерализация воды. Минерализация (М) воды - концентрация растворённых в воде твёрдых неорганических веществ. Различают характер и степень минерализации.

Характер минерализации обусловлен химическим типом воды. По О.А. Алекину воды делятся на три класса по преобладающему аниону - гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные. Каждый класс подразделяется на три группы по преобладающему катиону - Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺.

Степень минерализации. Степень минерализации выражают в мг/л или г/л (иногда г/кг) и определяют:

1). По сухому остатку, который получают путём выпаривания природной воды. Если количество воды выражено в мл, концентрацию солей в воде называют минерализацией - М (г/л, мг/л). Если количество воды взято в г, то концентрацию солей в воде называют с о л ё н о с т ь ю - S (г/кг, % 0).

2). По химическому составу природной воды. Определяют как арифметическую сумму весовых количеств всех ионов в 1 л воды:

По степени минерализации (по В.И. Вернадскому, 1931-36 гг.; И.К. Зайцеву, 1958 г.) природные воды подразделяются на:

1. Из лаборатории получаем результаты химических анализов воды в мг/л.

2. Полученные исходные данные пересчитываем в мг·экв путём деления результатов анализа в мг/л на э к в и в а л е н т н у ю массу соответствующего иона (табл. 1).

Например: концентрация Ca²⁺ 79 мг/л (результат химического анализа (табл. 2), чтобы получить эквивалентную массу кальция, нужно его атомную массу 40,08 разделить на валентность, т.е. 2, получим эквивалентную массу 20,04, затем 79:20,04 = 3,95 мг·экв/л.

Пересчитать в мг·экв форму можно другим способом. Для этого исходные данные в мг/л умножить на соответствующие пересчётные коэффициенты. Величину пересчётного коэффициента получим путём деления е д и н и ц ы на эквивалентную массу.

Пересчётный коэффициент для кальция: 1:20,04 = 0,0499. Для одновалентных ионов эквивалентной массой будет атомная масса.

3. Для вычисления процент – эквивалентов (% · экв.) принимаем сумму мг · экв. анионов (ΣА), содержащихся в 1 л воды за 100 % и вычисляем процент содержания каждого аниона в мг?экв по отношению к этой сумме. Аналогично вычисляем % экв. катионов.

Суммы катионов и анионов, выраженные в мг·экв /л, должны быть равны между собой. Часто точного совпадения цифр в виду погрешностей анализа не бывает. Допустимая неточность анализа (х) определяется по формуле:

Σ А – сумма мг·экв /л анионов;
Σ К – сумма мг·экв /л катионов.

В таблицу 2 записываем результаты химических анализов воды, выраженные в 3х формах:

Вода, близкая к нейтральной, жёсткая, пресная, гидрокарбонатно-магниево-кальциевая. В название химического состава воды входят ионы, содержание которых ≥ 25 % экв. и называют воду, начиная с анионов от 25 % экв. в возрастающем порядке, затем катионы в таком же порядке.