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
ЗАДАНИЕ № 5
Физико-химические процессы в гидросфере:
процессы формирования состава природных вод
1 ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД
При формировании химического состава природных вод принято выделять прямые и косвенные факторы, влияющие на содержание в них растворенных компонентов.
Прямыми называют факторы, которые оказываю непосредственное влияние на химический состав воды и связаны с химическим составом контактирующих с данной природной водой веществ (минералов, горных пород, веществ почвы).
Косвенные факторы оказывают влияние на состав природных вод через посредство прямых факторов; к ним относятся температура, давление и др.
Главные факторы определяют содержание главных анионов и катионов (т. е. класс и тип воды по классификации О. А.Алесина).
Второстепенные факторы вызывают появление некоторых особенностей данной воды (цвета, запаха и др.), но не влияют на ее класс и тип.
По характеру воздействия на формирование состава природных вод все факторы делят на 5 групп:
1) физико-географические (рельеф, климат…);
2) геологические (вид горных пород, гидрогеологические условия и т. п.);
3) биологические (деятельность живых организмов);
4) антропогенные (состав сточных вод, состав твердых отходов и т. п.);
5) физико-химические (химические свойства соединений, кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия).
Рассмотрим физико-химические факторы формирования состава природных вод.
1.1 ПРОЦЕССЫ РАСТВОРЕНИЯ ГАЗОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
Для идеальных растворов известен закон Рауля, который описывает зависимость состава равновесного с раствором пара от состава раствора:
рi = p0i · Ni,
где рi – парциальное давление i-го компонента в равновесном паре;
p0i – давление насыщенного пара чистого i-го компонента;
Ni – мольная доля i-го компонента в растворе.
Для предельно разбавленных растворов уравнение Рауля применимо только к растворителю. Для растворенного вещества:
p2 = K2 · N2.
Постоянная К2 определяется экстраполяцией опытных данных: К2 = 
. Это уравнение называется уравнением Генри. Чаще его записывают так:
или С2 = Кг · р2 (для одного растворенного вещества).
Если растворенных веществ несколько, то
Сi = Kгi · pi, (84)
где Сi – концентрация i-той примеси в растворе, моль/л;
Kгi – константа Генри для i-той примеси при данной температуре раствора, моль · л – 1 · Па - 1 или моль · л – 1 · атм – 1;
pi – парциальное давление i-той примеси в газовой фазе, находящейся в равновесии с раствором, Па или атм.
Таким образом, согласно закону Генри количество содержащегося в растворе газа пропорционально парциальному давлению этого газа.
При нагревании растворов растворимость газов в них понижается. Из изменения Кi с температурой можно вывести основной термодинамический принцип, управляющий растворением газов, а именно: переход из газообразного состояния в растворенное – процесс, для которого 
Н0 и 
S0 являются отрицательными величинами. При низких температурах |Н0| > |ТS0| и 
G0 = Н - ТS будет иметь отрицательные значения, процесс растворения газов протекает самопроизвольно.
(85)
Ка принимает положительные значения больше единицы.
При повышении температуры |Н0| может стать меньше |ТS0|. Значение 
0 увеличивается вплоть до изменения знака, Ка уменьшается и может принять значения <1. В этом случае будет происходить выделение газа из раствора.
С этим явлением связано уменьшение содержания кислорода в верхнем слое воды рек и озер в жаркие летние дни. Поэтому крупные рыбы в жаркие летние дни чаще находятся на глубине, где температура ниже и равновесное содержание кислорода выше.
1.2 ПРОЦЕССЫ РАСТВОРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
Для описания процессов взаимодействия между твердыми веществами и природными водами в настоящее время широко используются методы равновесной термодинамики. В общем виде такое взаимодействие можно представить уравнением:
аА + вВ 
сС + dD.
Термодинамическая константа этого процесса определяется выражением:
,
где а*i – равновесные активности реагентов.
Численное значение Ка определяют по термодинамическим данным (85).
Значение константы равновесия при температуре, отличающейся от 298 К можно вычислить по уравнению изобары химической реакции в интегральной форме:
.
При этом допускаем, что тепловой эффект процесса растворения Н не зависит от температуры.
Важными характеристиками природных вод и твердых веществ при рассмотрении процессов растворимости являются часто используемые в зарубежной литературе показатели агрессивности и неустойчивости.
Показатель агрессивности природных вод характеризует способность данной воды перевести твердое вещество в раствор.
, где 
.
В значение Ка входят равновесное активности, в значение 
– активности реагентов, содержащихся в данной воде.
Показатель агрессивности 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.
Показатель неустойчивости характеризует степень удаленности системы от состояния равновесия. Этот показатель удобно использовать при сравнении устойчивости различных твердых веществ по отношению к одной и той же природной воде. Чем больше значение показателя неустойчивости, тем менее устойчиво данное вещество.
.
Т. е. показатель неустойчивости численно равен показателю агрессивности, взятому с обратным знаком
I = - А
Достаточно часто в природных условиях растворяется чистое твердое вещество (а = 1). В этом случае в водном растворе содержатся только ионы, на которые оно диссоциирует, и молекулы Н2О, и описание процесса упрощается. Уравнение процесса растворения в этом случае:
АаВв→аАв+ + вВа-
Ка = .
Для определения процесса растворения или осаждения в этом случае удобно использовать показатель степени неравновесности:
,
где Θ – степень неравновесности, – произведение активности ионов в растворе (ПА)прод.
Степень неравновесности характеризует ненасыщенность (Θ<1, идет процесс растворения) или пересыщенность (Θ>1, идет процесс осаждения) раствора. В случае, если Θ=1, в системе наблюдается равновесие между твердой и жидкой фазами.
Активности реагентов связаны с их концентрациями:
аi = γi ∙ сi,
где γi – коэффициент активности i-го компонента раствора.
В бесконечно разбавленных растворах γi→1 и аi
сi. Поэтому для оценки концентрации примесей в растворах часто используют произведение растворимости, которое для процесса будет иметь вид:
ПР = 
,
где СА и СВ – концентрации ионов в растворе, моль/л.
Произведение растворимости и Ка связаны между собой:
ПР = 
,
где γА и γВ – коэффициенты активности соответствующих ионов.
Значения коэффициентов активности ионов можно рассчитать по уравнению Дебая-Хюккеля:
, если I<0,01 (1) или
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
Основные порталы (построено редакторами)