Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Хімічні та біологічні перетворення діоксиду вуглецю у водних екосистемах


Основними джерелами надходження діоксиду вуглецю у водне середовище є його інвазія з атмосфери, дихання гідробіонтів, виділення із солей вугільної кислоти в результаті хімічних реакцій та процеси гниття органічних речовин. Коефіцієнт розчинності СО2 у воді вищий, ніж кисню. Він становить при нульовій температурі 1,713 (для кисню цей показник становить 0,049).

Між атмосферою і водним середовищем відбувається постійний обмін діоксидом вуглецю, який пов’язаний з урівноваженням його парціального тиску (“атмосфера – вода”). У зв’язку з цим, при зростанні концентрації СО2 в атмосфері збільшується і його вміст у воді. І, навпаки, коли підвищується концентрація діоксиду вуглецю у воді, відбувається його перехід у атмосферу. Коефіцієнт розчинності діоксиду вуглецю у воді залежить від її температури та концентрації розчинених солей (табл. 18). Як в прісних, так і в морських водах розчинність СО2 значно перевищує рівень розчинності кисню. При цьому насиченість солоної морської води менша, ніж прісної.

Таблиця 18

Відносна об’ємна розчинність повітря та газів у воді (долі одиниць)
при парційному тиску 1 атм

Газ Температура, °С
 
Повітря 0,0288 0,0226 0,0187 0,0161 0,0142
СО2 1,713 1,194 0,878 0,655 0,530
О2 0,049 0,038 0,031 0,0276 0,0237

 

Вміст СО2 в континентальних водоймах може коливатись у дуже широких межах. Так, в дніпровських водосховищах після стабілізації гідрохімічного режиму, в залежності від сезону року, біологічних і хімічних процесів, що відбуваються у товщі води і донних відкладах, його концентрація може коливатись від 0 до 55–60 мг/дм3. Найбільш високий його вміст – в період льодоставу (20–60 мг/дм3).

У літні дні внаслідок інтенсифікації процесів фотосинтезу водоростей і вищих водяних рослин, в ході якого засвоюється діоксид вуглецю, його концентрація у поверхневих водах знижується до аналітичного нуля. Одночасно змінюється і активна реакція води в лужний бік (до рН 9–9,7). Влітку мають місце і добові коливання вмісту СО2 у воді, що пов’язано з більшою фотосинтетичною активністю рослинних організмів, зокрема планктонних водоростей, в світловій фазі.

Вміст діоксиду вуглецю в природних водоймах може коливатись внаслідок не тільки біологічних процесів, а й хімічних перетворень його сполук. Розчинений у воді діоксид вуглецю частково вступає в реакцію з водою, внаслідок чого утворюється вугільна кислота:

Н2О + СО2 = Н2СО3 .

Як двохосновна кислота Н2СО3 може утворювати два види солей: середні вуглекислі (карбонати) з аніоном СО32– та кислі вуглекислі, або бікарбонати (НСО3). У зв’язку з цим у водному розчині відбуваються такі реакції:



Н2О + СО2 ® Н2СО3 ® Н+ + НСО3 ® 2Н+ + СО32– .

Кількісні співвідношення окремих форм вугільної кислоти (Н2СО3, НСО3, СО32–) у воді, як видно з наведеного рівняння, обумовлюють величину рН.

У відповідності із законом діючих мас можна розрахувати кількісні співвідношення між окремими формами двуоксиду вуглецю та його сполук при різних значеннях рН. Таке співвідношення молярних концентрацій окремих форм похідних вугільної кислоти відображене (у відсотках до її загального вмісту) в таблиці 19.

Таблиця 19

Співвідношення між окремими формами вугільної кислоти залежно від рН води,
% (молярна частка)

Форми Молярна частка при рН:
Н2СО3
СО2 + Н2СО3 НСО3 СО32– 99,7 0,3 – 96,7 3,8 – 71,5 28,5 – 20,0 80,0 – 2,4 97,5 0,4 0,2 95,7 4,1 – 79,4 29,6

 

Стійкість рН природних вод обумовлена наявністю НСО3 і СО32–. У випадках відсутності або низьких концентрацій цих іонів рН води при насиченні СО2 зміщується у кислу сторону. Сума різних форм вугільної кислоти (СО2, Н2СО3, НСО3 і СО32–) складає карбонатну систему. Поряд з вуглекислотою та її похідними вона включає іони водню, кальцію, магнію та інші розчинені речовини (рис. 130).

Рис. 130. Перетворення діоксиду вуглецю у водних екосистемах (за Хорн, 1972)

Наявність карбонатів у природних водах обумовлена реакціями розчинення карбонатних порід та хімічного вивітрювання алюмосилікатів під впливом дії на них розчиненого у воді діоксиду вуглецю:

СаСО3 + Н2О + СО2 Са2+ + 2НСО3 ;

MgCO3 + H2O + CO2 Mg2+ + 2HCO3 ;

K2Al2Si6O16 + 2H2O + CO2 K2CO3 + H4Al2Si2O9 + 4Si2 .

Карбонатна система є одним з ефективних регуляторів вмісту СО2 і рН природних вод. Так, підвищення концентрації розчиненого СО2 у воді викликає зростання концентрації іонів водню, що, в свою чергу, знижує вміст СО32–. Насичення води карбонатом кальцію при цьому зменшується, а сам СаСО3 розчиняється. І, навпаки, при зниженні вмісту СО2 (коли підвищується рН) зростає концентрація СО32––, внаслідок чого солі (переважно карбонат кальцію) випадають в осад, а частково осідають на листя і стебла водяних рослин, утворюючи білий наліт. Карбонатна система відіграє важливу буферну роль, запобігаючи різким змінам рН водного середовища, які негативно позначається на гідробіонтах.

Концентрація вільного діоксиду вуглецю може перевищувати концентрацію його збалансованих сполук з гідрокарбонатними іонами. Про це свідчить зрушення активної реакції води в кислу сторону. У такому випадку говорять про вуглекислотну агресивність води.

Оцінюючи роль вуглекислоти як основного джерела вуглецю у живій речовині, В.І. Вернадський відзначав, що вона утворюється з вугільної кислоти атмосфери, або з вугільної кислоти, розчиненої у воді. Всі інші джерела вуглецю, які жива речовина використовує у земній корі, генетично зв’язані з нею. Головна маса рослинного життя зосереджена у гідросфері, але вона повністю залежить від атмосферного СО2, який є для неї головним джерелом живлення.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Особливості використання гідробіонтами кисню з води | Фотосинтез. Фіксація вуглекислоти автотрофними і гетеротрофними організмами

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 336; Нарушение авторских прав?


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2020) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.004 сек.