Лабораторно-практические занятия

 

 

Задание 6.На сколько миллиграммов в каждом литре воды уменьшитсяравновесное содержание кислорода в верхнем слое воды природного водоема при увеличении температуры приземного воздуха с 5 до 25°С, если его парци-альное давление не изменилось, концентрация кислорода соответствует сред-ним для приземного слоя значениям, давление воздуха соответствует стан-дартным значениям? Парциальным давлением паров воды можно пренебречь.

 

Решение. Равновесное содержание растворенного кислорода в верхнемслое природного водоема Со_2(р-р), в соответствии с законом Генри (1), зависит от парциального давления кислорода Ро2 и значения константы Генри, изме-няющейся в зависимости от температуры:

 

Со_2(р-р)= Кг (о2) РО2.

 

Поскольку по условию задачи парциальное давление кислорода не изменя-лось, различие равновесных значений концентраций кислорода при температуре 5 и 25°С связано лишь с изменением константы Генри. Поэтому можно записать:

 

Со_2(р-р) = С'о_2(р-р) - С"о_2(р-р) = (К'Г(о2) - Кг(о2))Ро2,

 

где С'о_2(р-р), С"о_2(р-р), (К'Г(о2), Кг(о2) равновесные значения концентрации ки-слорода в воде и значения константы Генри процесса растворения кислорода в воде при 5 и 25°С соответственно.

 

Значения константы Генри при различных температурах приводятся в справочной литературе.

 

К'Г(о2)= 0,00191моль/(л × атм) при5 °С,

 

Кг(о2) = 0,00130 моль/(л × атм) при 25°С.

 

Парциальное давление кислорода можно определить, зная общее давле-ние воздуха Робщ и объемную долю кислорода в приземном слое воздуха αо2 (поскольку по условию задачи парциальным давлением паров воды в воздухе можно пренебречь, объемную долю кислорода можно принять равной объем-ной доле кислорода для сухого воздуха в приземном слое атмосферы):

 

Ро2 = Робщαо2 = 1атм × 0,2095 = 0,2095 (атм).

 

Равновесное содержание кислорода в растворе равно:

 

С'о2(р-р) = (0,00191 - 0,00130) · 0,2095 = 1,28 · 10^–4 (моль/л).

 

Для перевода концентрации в мг/л необходимо умножить полученное значение на величину молярной массы кислорода (32 · 10³ мг/моль):

 

45

Со2 = ΔC'о2Mo2 = 1,28·10^–4·32·10³ = 4,1 (мг/л).

 

Ответ:содержание кислорода в каждом литре воды уменьшится на4,1мг.

 

 

Задание 7. Какая природная вода(из двух)более агрессивна по отноше-нию к гипсу (CaS04 × 2Н₂О), если активность катионов кальция и анионов SO²₄^- - для первой и второй воды составляет:

α₁(Са ²⁺) = 10^-³ моль/л; α₂(Са ²⁺) = 10^-2,8 моль/л; α₁(SO²₄^-) = 10^-1,5 моль/л; α₂(SO²₄^-)=10^-2 моль/л?

 

Активность гипса в твердой фазе принять равной единице. Температура и давление соответствуют стандартным значениям.

 

Решение. Агрессивность природных вод по отношению к одному и томуже веществу тем выше, чем больше численное значение показателя агрессив-ности, который в соответствии с (8) может быть определен по уравнению:

 

А= lg (К/(ПА)прод/(ПА)реаг).

 

Процесс растворения гипса протекает по уравнению:

 

Ca SO²₄^- × 2Н₂0 ↔ Са²⁺+ SO²₄^- + 2Н₂0.

 

По условию задачи необходимо сравнить агрессивность двух различных по составу вод по отношению к одному и тому же соединению, активность которого равна единице, (ПА)реаг = 1. Поэтому можно упростить выражение для показателя агрессивности:

 

A i = lg [K / (ПА) i прод].

 

Поскольку значение константы равновесия процесса растворения гипса при заданных условиях — величина постоянная, показатель агрессивности будет тем больше, чем меньше произведение активностей реагентов в воде. Поэтому для решения задачи необходимо сравнить произведения активностей в различных природных водах:

 

для первой воды:

 

(ПА)1 = α1(Са2+) α1(SO2–4) =10^-3·10^-1,5 = 10^-4,5 (моль/л)²;

 

для второй воды:

 

(ПА)2 = α2(Са2+) α2(SO2–4) = l0^-2,8 · 10^-2 = 10^-4,8 (моль/л)².

 

Поскольку (ПА)2 < (ПА)1, т. е. (10^-4,8< 10^-4,5), вторая природная вода более агрессивна по отношению к гипсу.

 

Ответ: вторая вода более агрессивна по отношению к гипсу

 

 

46

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ

 

Представления о геохимических барьерах являются одним из осно-вополагающих принципов изучения миграции и концентрации химических элементов в ландшафтах, раскрывающим особенности их геохимической структуры.

 

Геохимические барьеры -это такие участки зоны гипергенеза,где на ко-ротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация [23]. Геохимические барьеры широко распространены в природе, на них нередко образуются ано-мальные концентрации элементов, что важно учитывать при поисках руд и проведении мероприятий по охране окружающей среды от загрязнения.

 

А.И. Перельман выделяет три основных типа природных барьеров: меха-нические, физико-химические и биогеохимические. Концентрация элементов на физико-химических барьерах зависит от класса барьера, т.е. причины, при-водящей к концентрации, и от состава вод, поступающих к барьеру. На соче-тании этих двух факторов построена систематика типов концентраций эле-ментов (табл. 16). Каждый тип концентрации обозначается индексом, вклю-чающим символ барьера и класс вод, к нему поступающих (А5, Е4, и т.д.). Наиболее полно особенности концентрации химических элементов основных классов и видов геохимических барьеров описаны в работах [18, 23], а их значение при изучении загрязнения природных ландшафтов раскрыто М. А. Глазовской [31].

 

Морфологически геохимические барьеры делятся на две группы (ра-диальные; и латеральные), характеризующие различные направления миг-рационных потоков и типов взаимодействия в ландшафтах. Особый случай представляют собой двусторонние барьеры, формирующиеся при движении вод различного химического состава к барьеру с разных сторон. В результате на этих барьерах осаждаются разнородные ассоциации химических элементов. Ниже в качестве примера рассмотрим радиальные геохимические барьеры в почвенных горизонтах.

 

 

47