Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
, если 0,01<I<0,1 (2)
I – ионная сила раствора, которая равна
, (3)
где сi – концентрации ионов, присутствующих в растворе; Zi – заряды соответствующих ионов.
Уравнения (1) – (3) приведены для водных растворов при Т=298 К.
1.4 КАРБОНАТНАЯ СИСТЕМА И рН АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
Неорганические соединения углерода, находящиеся в природных водах в виде производных угольной кислоты, взаимосвязаны друг с другом и образуют карбонатную систему.
В контакте с водой диоксид углерода растворяется до наступления равновесия:
СО2 (г) 
СО2 (р-р) + Н2О Н2СО3.
Угольная кислота диссоциирует по первой ступени с образованием ионов водорода и НСО3- - ионов:
Н2СО3 Н+ + НСО3-. (4)
Константа равновесия этого процесса равна:
= 4,45·10-7. (5)
Диссоциация угольной кислоты во второй ступени протекает значительно слабее и приводит к появлению СО32- - ионов:
НСО3- СО32- + Н+. (6)
Константа диссоциации угольной кислоты по второй ступени имеет вид:
= 4,69·10-11. (7)
При диссоциации Н2СО3 по первой ступени (4) [H+]=[HCO3-]. Поскольку рассматриваемый раствор имеет низкую концентрацию ионов, можно принять, что коэффициенты активности ионов Н+ и НСО3- равны единице. Поэтому и активности ионов будут равны между собой, а выражение (6) можно представить в виде:
. (8)
Учитывая малую долю недиссоциированной угольной кислоты в растворе (не более 1% суммы концентраций СО2+Н2СО3) и значительные трудности разделения этих двух составляющих при экспериментальном определении их концентраций в растворе, под концентрацией Н2СО3 обычно подразумевают концентрацию растворенного диоксида углерода, которая в соответствии с законом Генри равна:
.
Учитывая это, уравнение (8) можно представить в виде:
. (9)
Из уравнения (9) можно легко вывести зависимость концентрации ионов водорода в растворе от парциального давления СО2 в атмосферном воздухе
Константа диссоциации угольной кислоты по второй ступени на 4 порядка меньше, чем константа диссоциации по первой ступени, поэтому при оценке влияния Н2СО3 на значение рН атмосферных осадков процесс диссоциации по второй ступени можно не принимать во внимание.
Из уравнения (9):
,
,
.
Оценки, проведенные для растворов, образующихся при контакте с водой воздуха, содержащего 0,035%(об.) СО2 и не содержащего других кислых газов, показывают, что рН образующегося раствора будет равен ~5,7.
.
Поскольку такое содержание диоксида углерода отвечает средним значениям, характерным в последнее время для атмосферного воздуха, следует ожидать значение рН = 5,7 атмосферных осадков в случае отсутствия других кислых газов и NH3. В реальных условиях рН атмосферных осадков зависит от степени загрязнения атмосферы и изменяется как в большую, так и в меньшую сторону.
2 ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример 1. На сколько миллиграммов в каждом литре воды уменьшится равновесное содержание кислорода в верхнем слое воды природного водоема при увеличении температуры приземного воздуха с 5°С до 25°С, если его парциальное давление не изменилось, концентрация кислорода соответствует средним для приземного слоя значениям, давление воздуха соответствует стандартному значению? Парциальным давлением паров воды можно пренебречь.
Решение:
Равновесное содержание растворенного кислорода в верхнем слое природного водоема С(O2)р-р, в соответствии с законом Генри, зависит от парциального давления кислорода р(O2) и значения константы Генри KГ(O2), изменяющейся в зависимости от температуры:
С(O2)р-р = KГ(O2) · р(O2).
Поскольку по условию задачи парциальное давление кислорода не изменялось, различие равновесных значений концентраций кислорода при температурах 5 и 15 С связано лишь с изменением константы Генри. Поэтому можно записать:
ΔС(O2)р-р = С(O2)р-р1 − С(O2)р-р2 = [ KГ(O2)1 −KГ(O2)2] р(O2),
где С(O2)р-р1, С(O2)р-р2 и KГ(O2)1, KГ(O2)2 − равновесные значения концентрации кислорода в воде и значения константы Генри при 5 и 15 С соответственно.
Значения константы Генри при различных температурах приводятся в справочной литературе:
KГ(O2)1 = 0,00191 моль/(л · атм) при 5°С,
KГ(O2)2 = 0,00130 моль/(л · атм) при 15°С.
Парциальное давление кислорода можно определить, зная общее давление воздуха Pобщ и объемную долю кислорода в приземном слое φ(O2) (поскольку по условию задачи парциальным давлением паров воды в воздухе можно пренебречь, объемную долю кислорода можно принять равной объемной доле кислорода для сухого воздуха в приземном слое атмосферы):
р(O2) = Pобщ· φ(O2) = 1 · 0,2095 = 0,2095 атм.
Равновесное содержание кислорода в растворе равно:
ΔС(O2)р-р = (0,00191 - 0,00130) · 0,2095 = 1,28 · 10-4 моль/л.
Для перевода концентрации в мг/л необходимо умножить полученное значение на величину молярной массы кислорода (32 · 10-3 мг/моль).
ΔС(O2)р-р* = ΔС(O2)р-р · М(O2) = 1,28 ·10-4 ·32 ·10-3 = 4,1 мг/л.
Ответ: содержание кислорода в каждом литре воды уменьшится на 4,1 мг.
Пример 2. Какой процесс − растворение или осаждение гипса − будет происходить при его контакте с природной водой, в которой активности катионов кальция и анионов SO42- составляют10-4 и 10-2 моль/л соответственно? Температура равна 298 К, давление равно 1атм.
Решение:
Процесс растворения гипса, как было сказано выше, протекает по уравнению:
CaSO4·2H 2O ↔ Ca2+ + SO42- + 2 H2O.
Направление процесса (растворение или осаждение) можно определить по значению показателя степени неравновесности:
Θ = (ПА)прод/К,
где (ПА)прод − произведение активностей ионов в растворе;
К − константа равновесия процесса растворения.
Степень неравновесности характеризует ненасыщенность (Θ<1, идет процесс растворения) или пересыщенность (Θ >1, идет процесс осаждения) раствора. В случае, если степень неравновесности равна единице, в системе наблюдается равновесие между твердой и жидкой фазами.
Произведение активностей продуктов процесса растворения гипса в данном случае следует принять равным произведению активностей соответствующих ионов в природной воде, поскольку для этой воды и необходимо определить степень неравновесности. Произведение активностей составит:
(ПА)прод = a(Ca2+) a(SO42-) = 10-4 · 10-2 = 10-6 (моль/л)2.
Значение константы равновесия реакции растворения гипса можно определить из термодинамических данных по уравнению изотермы химической реакции для стандартных условий:
ln Ka = − ΔG0реакц/(RT).
Значение ΔG0реакц определим из выражения:
ΔG0реакц = ∑ΔG0прод − ∑ΔG0реаг = ΔG0обр(Сa2+) + ΔG0обр(SO42-) + G0обр(H2O) – 2 ΔG0обр(CaSO4 · 2 H2O) = (– 552.70) + (– 743,99) + 2(– 237,23) − (– 1799,8) = 28,65 кДж/моль = 28,65 ·103 Дж/моль.
lnKa = − 28,65 ·103/(8,314 · 298) = − 11,56
Ka = 9,55 · 10-6.
Значение показателя неравновесности составит:
Θ = 10-6 /(9,55 ·10-6) = 0,1
Поскольку Θ < 1, раствор ненасыщен относительно гипса, и идет процесс его растворения.
Ответ: будет происходить растворение гипса.
Пример 3. Какая природная вода (из двух) более агрессивна по отноше-нию к гипсу(СaSO4 · 2 HO2), если активность катионов кальция и анионов SO42- для первой и второй воды составляет:
а1(Ca2+) = 10-3моль/л; а2(Ca2+) = 10-2,8моль/л;
a1(SO42-) = 10-1,5моль/л; a2(SO42-) = 10-2 моль/л?
Решение:
Агрессивность природных вод по отношению к одному и тому же веществу тем выше, чем больше численное значение показателя агрессивности (А), который может быть определен по уравнению:
A = lg
,
где K − константа равновесия процесса растворении я данного вещества; (ПА)прод − произведение активностей продуктов реакции, содержащихся в данной воде;
(ПА)реаг − произведение активностей реагентов, содержащихся в растворяемом веществе соответственно.
Показатель агрессивности воды часто используют для сравнения растворяющей способности природных вод. Чем больше А, тем в большей степени система неравновесна и тем более интенсивно протекает процесс растворения данного вещества.
Процесс растворения гипса протекает по уравнению:
CaSO4·2H 2O ↔ Ca2+ + SO42- + 2 H2O.
По условию задачи необходимо сравнить агрессивность двух различных по составу вод по отношению к одному и тому же соединению. Активность которого равна единице, (ПА)реаг = 1. Поэтому можно упростить выражение для показателя агрессивности:
A = lg [K/(ПА)прод].
Поскольку значение константы равновесия процесса растворения гипса при заданных условиях − величина постоянная, показатель агрессивности будет тем больше, чем меньше произведение активностей реагентов в воде. Поэтому для решения задачи необходимо сравнить произведения активностей в различных природных водах:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
Основные порталы (построено редакторами)