Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
сдвигается вправо. Вода насыщается гидрокарбонатом кальция, который относится к солям временной жесткости.
Гипс CaS04-2H20 (ПР25°с = 2,5-10"5) и ангидрит Са804(ПР25°с = 4,2-Ю"5) переходят в раствор в соответствии со своей растворимостью. Растворяются или испытывают структурные и химические превращения при контакте с водой и некоторые другие минералы, включая алюмосиликаты.
Во многих регионах подземные воды являются важным источником питьевой воды. Поэтому возможные пути поступления в них загрязняющих веществ требуют тщательного изучения в каждом конкретном случае. Значительная часть загрязняющих веществ поступает в грунтовые воды с поверхности земли. Среди них чаще встречаются следующие вещества: более легкие органически вещества, ионы металлов, пестициды, нитраты. Источниками их являются промышленность, горное дело, сельское хозяйство, городское хозяйство, нефтедобыча (бурение и эксплуатация скважин) и другие отрасли. Экологической задачей является выявление и устранение источников загрязнения подземных вод.
Пример 6.7. Подземные воды выщелачивают горные породы. Для кругооборота кальция в окружающей среде имеет значение растворение CaCO3 в воде в присутствии CO2. Этот процесс можно выразить уравнением: CaCO3 + CO2 + H2O ЧР* Ca2+ + 2HCO3".
Вычислим величину константы равновесия АГ, выведем зависимость растворимости CaCO3
от парциального давления PcO2 и определим растворимость карбоната кальция при PcO2 = = 0,00035 атм (обычный воздух) и при PcO2 ~ 0,10 атм. Расчеты проведем для T= 25 0C
Решение. Для вычисления величины К реакцию растворения CaCO3 представим суммой реакций, для которых известны значения констант равновесия.
CO2(P)H-H2O010 ч=ь H2CO3(O), Ky = 3,4-10^2= 1(ГМ7
H2CO3(P, s»=fe Н'"(р) + HCO3-(P), KKi\ = 4,45-10"7 = 10'0,35 CaCO300 Са2,(р) + С032-,р), ПР{25 "C) = 3,8- W^= 10м2
CO31" ф)+ Н',р) HCO3(P,, ОВД"1 = 47|1io.„ =101""12
Уравнение суммарной реакции:
CaCO300 + CO2(D +H2O010 Ca2+P) + 2HCO3-(P)5 К.
Значения констант приведены к форме, удобной для последующих расчетов.
Химия окруэ/саюгцей среды
303
К = КГ- /Ск,гПР- (/C1CIi)-'= 10-''47IO-635IO-842IO'0'32 = 10-VJ2 = 1,2-10'6.
Составим выражение константы равновесия для суммарной реакции: с -с2
? — С" IICOJ
В природной воде (pH 5...6) карбонаты связаны, в основном, с ионами HCO3 , что позволяет принять ссп2+ = 2сцсо3~- Обозначим их концентрации символом х. Тогда получим
Данное уравнение выражает зависимость растворимости CaCO3 от парциального давления PcO2-Определим растворимость CaCO3 при заданных значениях PcO2-PCO2 = 3,5- Ю-4 атм.
CCA2+ = (1/4 • 1,2-10~6 • 3,5-10^)1/3 = 4,7-Ю"4 моль/дм\ PCO2 = 1,0-10"1 атм.
сСа2+ = (1/4- 1,2-10"6- \,0-\0-])т = 3,\-\0~\юль/дм\
Ответ: константа равновесия реакции растворения CaCO3 KQS 0Q = 1,2•IО"6. При увеличении парциального давления PcO2 растворимость CaCO3 в воде возрастает. Значения растворимости CaCO3 (25 0C) : при Рсо2 = 3,5-10"4 атм сса2+ = 4,7-Ю"4 моль/дм3; при PcO2 = 0.1 атм CQa2+ -- 3,MQ-3 моль/дм3.
6.4. Химические процессы в почве
Основное внимание науки об окружающей среде сосредоточено на той части литосферы, которая представлена почвой. Значительная часть человеческой деятельности связана именно с обработкой почвенного покрова Земли.
Почва. Почвой называют рыхлые наслоения на твердой оболочке литосферы Земли, включающие в себя как минеральные, так и органические вещества. Минеральная часть почвы состоит из твердых пород, подвергнувшихся длительному воздействию воздуха и воды, а органическая часть - из остатков растений, животных и микроорганизмов. Важным компонентом почвы является гумус, который представляет собой остатки биоразложения растительного материала. В объеме почвы между частицами сохраняются поры, заполненные воздухом и водой (почвенным раствором). Воздух и вода служат жизненной средой для корней растений и различных организмов, обитающих в почве. В почве постоянно протекают физические, химические и биологические процессы, в которых принимают участие все компоненты почвы. Именно с почвой связана растительная жизнь на поверхности Земли.
Состав минеральной части почвы соответствует составу земной коры. Основными элементами являются О, Si, Al, Fe, Ca3 Na, К и Mg. В почве представлены алюмосиликаты (полевые шпаты, глинистые минералы, слюды и др.), карбонаты (CaCO3, CaCO3-MgCO3), оксиды (FeOOH, Fe3O4, MnO2, TiO2 и др.). При формировании кристаллической решетки алюмосиликатов часть тетраэдров SiO44" замещается тетраэдрами AlO45" и избыточный отрицательный заряд компенсируется преимущественно
304
В.В. Вольхин. Общая химия
ионами K+ или Na"1', которые располагаются в пустотах структур каркасного или слоистого типа и сохраняют способность к ионному обмену, как например
NaAlSi3O8(K)+ К+(р) ** KAlSi308(K)+ Na+(p). (6.41)
Ионы Na+ и K+ могут замещаться в структуре алюмосиликатов другими катионами (Ca2+, Cu2+, Co2+ и др.). Минеральные частички почвы представляют собой агломераты мелких частиц (коллоидов), связанных вместе с помощью гумуса и некоторых других веществ. У мелких частиц очень развита поверхность, на которой могут адсорбироваться разные вещества. Так, оксигидроксид железа, способен поглощать как катионы:
