Растворенные газы и ионы водорода в природных водах

   Российский  химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева 
 
 
 
 
 
 
 

   Реферат на тему: 

         "Растворенные  газы и ионы водорода в природных  водах" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Группа 

Проверил:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Москва 2011

  Газы растворённые в воде — газы, входящие в состав воды и отображающие газовый состав той части земной оболочки, где залегает природная вода. Эти газы могут находиться в растворенном или в свободном состоянии. Количество газов, находящихся в природных водах, колеблется от 10^-4 до 10^-6 %. Максимальное содержание газов, достигающее 0,1%, встречается в водах восходящих минеральных источников; основным газовым компонентом этих вод является углекислота (СО₂). Среди газов, растворенных в природных водах, встречаются главным образом О₂, Na, CО₂, Н₂S, Ar, H₂, Rn, СH₄, тяжелые углеводороды и гелий.

  Происхождение этих газов связано:

  а) с составом атмосферы (азот N₂, кислород О₂, аргон Аr и другие инертные газы, двуокись углерода СО₂),

  б) с биохимическими процессами (двуокись углерода, метан СН₄ и другие тяжелые углеводороды, сероводород Н₂S, азот N₂, водород Н₂);

  в) с процессами дегазации мантии и  метаморфизацией гордых пород в  глубинных слоях земной коры при  высоких температурах и давлении (двуокись углерода, окись углерода СО, сероводород, водород, метан, аммиак  NH₃, хлористый водород HCl и другие соединения водорода с галогенами и бором).

  Первая  группа газов характерна главным  образом  для вод земной поверхности и подземных, в которые проникают инфильтрационные воды с поверхности,   вторая - для поверхностных и подземных вод и третья - в основном для подземных вод.

  Наиболее  широко распространены в поверхностных  водах кислород и двуокись углерода, в подземных - сероводород и метан.

  Содержание  кислорода в воде определяется поступлением его из воздуха и образования в результате фотосинтеза. Растворимость кислорода зависит от температуры воды. Зимой его меньше. СО₂ находится как в растворенном виде , так и в виде углекислоты. Основными источниками СО₂ являются биохимические процессы распада биохимических веществ. H₂S бывает органического (продукт распада) и неорганического (растворение минеральных солей) происхождений. H₂S придает воде неприятный запах и вызывает коррозию металла.

  Содержание  ионов водорода (точнее катионов гидроксония) в природных водах определяется, как правило, количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов.               

     CO₂ + H₂O ↔ H⁺ + HCO₃^- ↔ 2H⁺ + CO₃^2-

   Для удобства выражения содержания водородных ионов  была используется величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:               

     pH = - lg[H⁺].

   Для поверхностных  вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения pH тесно связаны  с процессами фотосинтеза (из-за потребления CO₂ водной растительностью). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов:               

     Fe²⁺ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2H⁺

   Значение pH воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ. В открытом водоеме можно выделить несколько этапов процесса их закисления:

на первом этапе  рН практически не меняется (ионы бикарбоната  успевают полностью нейтрализовать ионы Н⁺). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0,1 моль/дм³.

на второй стадии закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение  всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительных изменения в видовом составе живых организмов.

на третьем  этапе закисления рН водоемов стабилизируется  на значениях рН<5 (обычно рН=4,5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значения рН. Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоемах и почвенном слое.

   Значение pH в речных водах обычно изменяется в пределах 6,5-8,5: в атмосферных осадках 4,6-6,1, в болотах 5,5-6,0, в морских водах 7,9-8,3. При этом нонцентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6,8-7,4, летом 7,4-8,2. pH природных в некоторой степени  вод определяется геологией водосборного бассейна [31]. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5-8,5.

Природные воды в зависимости от значения рН рационально делить на семь групп: