Теоретичний вступ. Води світового океану, атмосфери, річок, озер, а також підземні води – об’єднують загальним поняттям – гідросфера

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

ЯКІСНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДНОЇ ВОДИ

Води світового океану, атмосфери, річок, озер, а також підземні води – об’єднують загальним поняттям – гідросфера.

Вода, внаслідок полярності її молекул, є добрим розчинником для багатьох речовин. Вона відіграє винятково важливу роль в геохімічних і гідрогеологічних процесах земної кулі. Природні води беруть активну участь в утворенні і руйнуванні різних мінералів. При взаємодії з твердими тілами і газами вода перетворюється в розчин. За своїм складом природні води – це складні фізико-хімічні системи, які містять розчинені речовини у вигляді йонів і молекул, а також мінеральні і органічні речовини у формі колоїдів, суспензій та емульсій. Усі прісні води (з вмістом сухого залишку від 1 г/л та менше), а також мінералізовані води (залишок більше1 г/л), є природними розчинами. Це води річок, озер, морів, океанів, ґрунтові води тощо.

Речовини, що містяться у воді, умовно поділяють за О.Алєкіним на п’ять груп:

1. Головні йони

В природних водах встановлена присутність більше 80 хімічних елементів, але найбільш поширені аніони: НСО₃^-, SO₄^2-, Cl^-, CO₃^2-, HSiO₃^- і катіони: Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺. Вміст головних йонів у прісних водах складає 90-95% від загального солевмісту.

2. Розчинені гази

У воді найчастіше розчинені такі гази: кисень О₂, азот N₂, вуглекислий газ СО₂; рідше – сірководень Н₂S, метан СН₄.

Кисень та азот у поверхневі водойми надходять з повітря. Основним джерелом надходження карбон диоксиду є біохімічні процеси розпаду органічних речовин; крім того, він потрапляє у поверхневі водойми з підземними водами, а також поглинається з повітря. Сірководень утворюється в результаті розчинення сульфідних мінералів під дією карбонатної кислоти, а також при відсутності кисню у біохімічному розкладі органічних сполук, що містять Сульфур.

3. Біогенні речовини

До цієї групи належать сполуки, які необхідні для життєдіяльності водних організмів, а також утворені ними в процесі обміну речовин. Це, в першу чергу, є мінеральні і органічні сполуки Нітрогену. Органічні форми Нітрогену представлені білками та продуктами їх розпаду. Неорганічні сполуки Нітрогену (NH₃, NO₂^-, NO₃^-) можуть утворюватись при розкладанні нітрогенвмісних органічних сполук або надходити в поверхневі води з атмосферними опадами, при вимиванні добрив з ґрунту.

Важливим біогенним елементом є Фосфор. Концентрація сполук Фосфору в чистих водоймах є незначною. Це є мінеральні (дигідроген- та гідрогенфосфати) та органічні сполуки.

Сполуки Феруму(ІІ) містяться тільки в підземних водах, в поверхневих водах концентрація сполук Феруму(ІІІ) незначна внаслідок повного гідролізу солей. Органічна форма вмісту Феруму у воді – це складні комплекси з гуміновими кислотами, які мають буре забарвлення.

Сполуки Силіцію бувають у природних водах у формі різних мінеральних сполук (силікатна кислота та її солі, алюмосилікати) та органічних сполук.

4. Мікроелементи

До цієї групи належать елементи, сполуки яких зустрічаються в природних водах у дуже малих концентраціях – менше за 1 мг/л.

О.О.Алєкін виділяє такі групи мікроелементів:

4.1. Типові катіони (Li⁺, Rb⁺, Cs⁺, Ba²⁺, Sr²⁺ тощо);

4.2. Йони важких металів (Cu²⁺, Ag⁺, Ni²⁺, Cd²⁺ тощо);

4.3. Амфотерні комплексоутворювачі (Co, Mo, V тощо);

4.4. Типові аніони (I^-, Br^-, F^- тощо);

4.5. Радіоактивні елементи.

5. Органічні сполуки

Основну частину органічних речовин природних вод складають гумусові сполуки, що утворюються при розкладанні рослинних решток, а також мікроорганізми і продукти їх взаємодії з навколишнім середовищем.

Вміст органічних сполук у воді характеризується величиною окиснюваності – кількістю кисню, який витрачається на окиснення домішок сильними окисниками (KMnO₄, K₂Cr₂O₇). В чистих водах окиснюваність складає від 1 до 4 мг О₂ /л.

Першоджерела мінерального складу природних вод на земній кулі – це, по-перше, гази, що виділяються з надр Землі в процесі дегазації мантії, і, по-друге, продукти хімічної взаємодії води з кристалічними породами, які складають земну кору.

Походження аніонів пов’язане, в основному, з газами, які виділились при дегазації мантії. В атмосферу, як в минулому, так і тепер, надходять водневі сполуки Хлору - HCl, Нітрогену – NH₃, Сульфуру – H₂S, Брому - HBr, Карбону – CH₄ та кисневі сполуки Карбону - CO і CO₂.

Початковий склад атмосфери Землі дуже відрізнявся від теперішнього. У ньому не було газів сучасної атмосфери (N₂, O₂), спостерігався інший вміст CO₂. Склад атмосфери за 4,5 млрд. років існування Землі змінився під впливом таких процесів:

1. Фотохімічні реакції розкладу молекул газів під впливом космічного випромінювання:

2. Фотосинтетична діяльність організмів, внаслідок якої виділявся кисень і зв’язувався Карбон з карбон(IV) оксиду.

3. Окиснення газів (після виникнення кисню):

З виникненням в атмосфері постійного вмісту кисню з’явилась окиснювальна атмосфера. Зникли NH₃, CH₄, H₂S. У воді з’явились сульфатні, нітратні йони та аніони інших оксигеновмісних кислот.

Походження катіонів природних вод пов’язане з виверженими кристалічними породами. Розкладання вивержених порід відбувалось під впливом кислих продуктів, які надходили з надр Землі. За хімічним складом ці кристалічні породи переважно належали до алюмосилікатів. За мінералогічним складом вони належали, в основному, до польових шпатів. З часом вивержені породи розкладались – вивітрювались. Спочатку відбувалось фізичне вивітрювання, тобто подрібнення породи під дією коливань температури, замерзання води тощо. Одночасно відбувалось хімічне вивітрювання. Дуже поширений мінерал ортоклаз – польовий шпат вивітрюється за схемою:

При наявності аніонів кислот (карбонатної, сульфатної) утворюється не гідрогенсилікат, а солі відповідних кислот, при дисоціації яких в розчині з’являються йони Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.

Природні води різного походження дуже відрізняються за кількістю і складом домішок та розчинених речовин. Дослідження фізичних і хімічних показників води дозволяє зробити висновки про якість води та придатність її для пиття, зрошення, а також для різних виробничих потреб.

Грубодисперсні домішки утворюють з водою кінетично нестійкі системи. В стані спокою для таких систем є характерним утворення осаду або спливання в залежності від їх густини. Даний фізико-хімічний процес визначає такі методи очищення вод від домішок:

- відстоювання,

- фільтрування,

- центрифугування.

Найважливіші показники придатності води для пиття – це санітарний стан, який характеризується вмістом нітрогенвмісних сполук (NH₃, NO₂^-, NO₃^-), сірководню H₂S, йона Cl^-, а також величиною окиснюваності, що визначається концентрацією органічних сполук у воді.

Аналізом водної витяжки можна дуже точно і швидко визначити ступінь засолення ґрунтів, необхідність промивання, а аналізом природних вод – можливість використання їх для зрошення. Засоленими вважаються ґрунти, які містять розчинені у воді солі більше за 0,2%. Найчастіше серед цих солей у засолених ґрунтах зустрічаються NaCl, Na₂SO₄, NaHCO₃, CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂. Вміст водорозчинних солей у більшості ґрунтів коливається від сотих до десятих часток відсотка. В засолених ґрунтах (наприклад, у солончаках) кількість водорозчинних речовин може досягати кількох відсотків.

При визначенні засоленості ґрунтів у водній витяжці визначають сухий залишок – загальну суму водорозчинних речовин, склад аніонів (CO₃^2-, НСО₃^-, SO₄^2-, Cl^-) і катіонів (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺). При скороченому аналізі визначають сухий залишок, катіони Ca²⁺ і Mg²⁺, аніони НСО₃^-, Cl^- та SO₄^2-.

Негативно впливають на рослини не всі, а тільки токсичні солі, до яких належать Na₂CO₃, MgCO₃, NaHCO₃, Mg(HCO₃)₂, Na₂SO₄, MgSO₄, NaCl і CaCl₂.

Присутність йонів CO₃^2- у водній витяжці пов’язана тільки з токсичними солями. Наявність йонів НСО₃^- у водній витяжці може бути зумовлена присутністю токсичних солей NaHCO₃, Mg(HCO₃)₂ та нетоксичної солі Ca(HCO₃)₂. У тому випадку, коли йонів Ca²⁺ у водній витяжці більше, ніж НСО₃^-, то усі йони НСО₃^- відносять до нетоксичних. Наявність йонів SO₄^2- може бути зумовлена присутністю в ґрунті токсичних (Na₂SO₄,, MgSO₄) і нетоксичних (CaSO₄) солей.

Йони Cl^- відносять до токсичних, оскільки всі солі, що їх містять, є токсичними.

Дата добавления: 2015-05-24