РОЗРАХУНКОВА РОБОТА №2.

ОЦІНКА СТІЙКОСТІ КАРБОНАТНО-

КАЛЬЦІЄВОЇ СИСТЕМИ

Теоретичний вступ

Якщо в природній воді знаходяться вільна карбонатна кислота, йони Са²⁺ і НСО₃^-, а в твердій фазі – СаСО₃, то між ними існує рівновага

СаСО₃ + Н₂О + СО₂ L Са(НСО₃)₂ (1)

Переважання прямої реакції свідчить про розчинення вапняків під дією СО₂, зворотної – про накопичення карбонатних порід за рахунок розкладання кальцій гідрогенкарбонату. Розчинення твердої фази СаСО₃ у воді відбувається в межах її розчинності

(2)

За наявності у воді надлишку СО₂ слаборозчинний СаСО₃ переходить в більш розчинний кальцій гідрогенкарбонат за рівнянням (1) доки не настане рівновага. Кількісна залежність у рівновазі визначається розчинністю твердої фази СаСО₃ (2) і дисоціацією каобнатної кислоти за першим і другим ступенем:

L

звідки (3)

і L

звідки (4)

З рівняння (2):

Підставимо значення [H⁺] і [CO₃^2-] в рівняння (4), тоді одержимо:

(5)

Після введення коефіцієнтів активності йонів і враховуючи, що в природних водах з малою мінералізацією [H₂CO₃] G [CO₂] і =1, стійкість карбонатно-кальцієвої системи оцінюється такими рівняннями:

(6)

(7)

де і коефіцієнти активності відповідно гідрогенкарбонат-йонів і йонів Кальцію; [HCO₃^-], [Ca²⁺] і [CO₂] – рівноважні молярні концентрації відповідних йонів і вільного карбон(IV) диоксиду у воді; і , відповідно перша і друга константи дисоціації карбонатної кислоти, - добуток розчинності СаСО₃. Рівняння (6) і (7) дозволяють зробити такі висновки:

- якщо при підстановці в рівняння аналітичних концентрацій йонів Кальцію, гідрогенкарбонат-йонів і вільної карбонатної кислоти (К_Е – експериментальний коефіцієнт, знайдений при підстановці аналітичних даних, К_Т – теоретичний коефіцієнт, який є відомою величиною для даної рівноважної системи), то розчин містить надлишок Са(НСО₃)₂;

- якщо , то карбонатно-кальцієва система знаходиться в рівновазі;

- якщо , то вода містить надлишок СО₂.

Наближено можна вважати, що в розбавлених розчинах коефіцієнт активності йона залежить від заряду йона і йонної сили розчину μ, яка дорівнює півсумі добутку молярної концентрації (С_М) кожного йона на квадрат його заряду (z):

(8)

Якщо μ<0,02, то коефіцієнт активності йона в розбавленому розчині можна обчислювати за формулою

(9)

Якщо йонна сила розчину 0,02 < μ < 0,1, то коефіцієнт активності розраховують за формулою Дебая-Хюккеля:

(10)

де А, В – констати розчинника; z – заряд йона; μ – йонна сила розчину; - величина, яка залежить від ефективного діаметра йона (додаток, табл.5, 6, 7).