ПРИРОДНАЯ ВОДА И УГЛЕКИСЛОТНОЕ РАВНОВЕСИЕ

В природе атмосферная влага, насыщаясь СО2 воздуха и выпадая с осадками, фильтруется через геологическую кору выветривания. Принято считать, что там она, взаимодействуя с минеральной частью коры выветривания, обогащается т.н. типоморфными ионами: Ca++, Mg++, Na+, SO4--, Сl- и формирует свой химический состав.

Однако работами В.И. Вернадского и Б.Б. Полынова показано, что химический состав поверхностных и грунтовых вод регионов с влажным и умеренно влажным климатом формирует в первую очередь почва. Влияние же коры выветривания связано с ее геологическим возрастом, т.е. со степенью выщелоченности. Разлагающиеся растительные остатки поставляют в воду СО2, НСО3- и зольные элементы в пропорции, соответствующей их содержанию в живом растительном веществе: Cа>Na>Mg. Любопытно, что практически во всем мире питьевая вода, используемая и в аквриумистике, в качестве доминирующего аниона содержит гидрокарбонат-ион НСО3-, а из катионов – Ca++, Na+, Mg++, нередко с некоторой долей Fe. А поверхностные воды влажных тропиков вообще удивительно однообразны по химическому составу, отличаясь лишь степенью разведения. Жесткость таких вод крайне редко достигает значений (8°dGH), удерживаясь обычно на уровне до 4°dGН. Ввиду того, что в таких водах [CO2]=[HCO3-], они имеют слабокислую реакцию и значение показателя рН 6,0-6,5. Обилие листового опада и активно идущее его разрушение при большом количестве осадков могут приводить к весьма высокому содержанию в таких водах СО2 и гумусовых веществ (фульвокислот) при почти полном отсутствии зольных элементов. Таковы т.н. «черные воды» Амазонии, в которых значение показателярН может опускаться до 4,5 и дополнительно удерживаться т.н. гуматным буфером.

На содержание СО2 в природных водах оказывает влияние и их подвижность. Так в проточных водах СО2 содержится в концентрации 2 – 5 мг/л (до 10), тогда как в стоячих водах болот и прудов эти величины достигают значения 15 – 30 мг/л .

В засушливых и бедных растительностью регионах на формирование ионного состава поверхностных вод заметное влияние оказывает геологический возраст горных пород, слагающих кору выветривания и их химический состав. В нихрН и пропорции типоморфных ионов будут отличаться от приведенных выше. В результате формируются воды с заметным содержанием 4 и Сl-, а из катионов могут преобладать + с заметной долей Mg++. Возрастает и общее содержание солей – минерализация. В зависимости от содержания гидрокарбонатов, значение показателя рН таких вод колеблется в среднем от рН 7±0,5 до рН 8±0,5, а жесткость всегда выше 10°dGH. В стабильно щелочных водах, при рН>9, основными катионами всегда будут Mg++ и Na+ с заметным содержанием калия, поскольку Са++ осаждается в форме известняка. В этом плане особенно интересны воды Великой Африканской рифтовой долины, которая характеризуется т.н. содовым засолением. При этом даже воды таких гигантов, как озера Виктория, Малави и Танганьика отличаются повышенной минерализацией и таким высоким содержанием гидрокарбонатов, что карбонатная «жесткость» в их водах превышает жесткость общую: dKH>dGH.

Содержащиеся в воде СО2 и его производные – гидрокарбонаты и карбонаты, связаны между собой т.н. углекислотным равновесием:

СО2 + Н2О↔Н++НСО3-↔2Н+ + СО3--

В тех регионах, где кора выветривания молодая и содержит известняк (СаСО3), углекислотное равновесие выражается уравнением

СаСО3 + СО2 + Н2О = Cа++ + 2НСО3-

Применив к этому уравнению закон действия масс (см. выше) и приняв во внимание, что [H2O]=const и [CaCO3]=const (твердая фаза), получаем:

[Ca++][HCO3-]2/[CO2] = КСО2

где КСО2 – константа углекислотного равновесия.

Если концентрации действующих веществ выражены в миллимолях (mM,10-3М), то КСО2 = 34,3. Из уравнения КСО2 видна неустойчивость гидрокарбонатов: в отсутствие СО2, т.е. при [CO2]=0, уравнение не имеет смысла. При отсутствии углекислого газа гидрокарбонаты разлагаются до СО2 и подщелачивают воду: НСО3-→ОН-+СО2. Содержание свободной СО2 (для «неживой» воды весьма незначительное), которое обеспечивает устойчивость данной концентрации гидрокарбонатов при неизменном рН, называется равновесной углекислотой - [CO2]р. Она связана как с содержанием углекислого газа в воздухе так и с dКН воды: с ростом dКН увеличивается и количество [СО2]р. Содержание СО2 в природных водах как правило близко к равновесной и именно эта их особенность, а не значения dKH, dGН и рН чаще всего отличает состояние природных вод от аквариумной воды. Решив уравнение КСО2 относительно СО2, можно определить концентрацию равновесной углекислоты:

[CO2]р = [Ca++][HCO3-]2СО2

Поскольку в пресноводной аквариумистике понятия общей жесткости, карбонатной «жесткости» и кислотности являются культовыми, то интересно, что уравнения:

К1 = [H+][HCO3-]/[CO2]
и
КСО2 = [Ca++][HCO3-]2/[CO2]

объединяют их в одну систему. Разделив КСО2 на К1, получим обобщенное уравнение:

КСО21=[Ca++][HCO3-]/[H+]

Напомним, что [H+] и рН объединяет обратнопропорциональная зависимость. Тогда последнее уравнение показывает, что параметры: dGH, dKH и рН связаны прямопропорционально. Это значит, что в состоянии, близком к газовому равновесию, увеличение концентрации одного компонента приведет к увеличению концентрации остальных. Данное свойство хорошо заметно при сравнении химического состава природных вод разных регионов: более жесткие воды отличаются более высокими значениями рН и dКН.

Для рыб оптимальное содержание СО2 составляет 1–5мг/л. Концентрации более 15мг/л опасны для здоровья многих видов аквариумных рыб (см. ниже).

Таким образом, с точки зрения углекислотного равновесия, содержание СО2 в природных водах всегда близко к [CO2.








Дата добавления: 2014-12-29; просмотров: 2390;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.