Процессы преобразования состава подземных вод (комплексообразование, деструкция, растворение, ионный обмен, сорбция). Критерии равновесия. Кинетика

Растворение – хим. р. пв с другой фазой, приводящая к её полному переходу в р-р. Для пв другими фазами будут газы и минералы. Р-рение обычно происходит на поверхности раздела фаз. Бывает конгруэнтное и неконгруэнтное. Конгруэнтное – сохраняет мольные отношения компонентов раствора, полученных из растворяющей фазы, равными мольным отношениям тех же компонентов в растворяющейся фазе. При инконгруэнтном растворении вещества входят в раствор с разными скоростями, вследствие чего отношение солей в воде не будет равно отношению солей в растворяющемся в-ве, а само в-во будет постепенно изменять состав и нерастворившаяся еще часть будет отличаться по этому отношению от исходной.

Адсорбция – процесс поглощения растворенных веществ (адсорбатов) породами (адсорбентами) на поверхности раздела фаз. Бывает физическая и химическая. При физической в-во не теряет индивидуальных св-в в адсорбированном состоянии и накапливается на поверхности адсорбента в виде мономолекулярного слоя, при химической в-во вступает в р. с в-вом адсорбента.

Ионный обмен – замещение одних ионов поверхности твердой фазы другими. То есть на поверхности частиц есть нескомпенсированные заряды, где и происходит ионный обмен. Преимущественно рассматривается обменная адсорбция, т.е. замена одного адсорбата другим на поверхности адсорбента. По знаку заряда ионов различают катионный и анионный обмен.

Комплексообразование – процесс являющийся следствием ассоциации ионов («обратный диссоциации веществ на отдельные ионы»). То есть сначала происходит ассоциация ионов в сложные соединения. Ассоциация ионов – образование из противоположно заряженных простых ионов более сложных частиц ассоциатов. Чем больше концентрация в-в в пв, тем большее значение имеет в этих водах процесс ассоциации ионов. Важнейшим следствием ассоциации ионов в пв является образование этими ионами комплексных соединений, Т. Е. форм, образованным ассоциацией двух или более простых форм, каждая из которых способна существовать независимо. В любом комплексном соединении выделяется центральная группа (ядро, обычно простые катионы Са2+, Mg2+… или более сложные UO₂²⁺) и окружающие её лиганды.

Равновесие – пв представляют собой растворы электролитов, газов и органических в-в. Взаимодействуя с газами и породами, они получают или отдают в-ва своего состава, стремясь к достижению равновесия. Бывают гомогенные и гетерогенные равновесия. Гомогенные рассматриваются м-у в-вами, входящими в состав разных фаз, например м-у минералом и подземной водой, газом воздуха и подземной водой. Многие из реакций, протекающих в пв – обратимы. Прямая и обратная реакция (например растворение и осаждение минерала) могут протекать одновременно, однако если р-р недонасыщен данным компонентом, то скорость прямой реакции выше, чем обратной. В случае равновесия системы скорости реакции осаждения и соотношение термодинамических концентраций или активностей в-в определяются законом действующих масс: Закон действующих масс в кинетической форме (основное уравнение кинетики) гласит, что скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Для элементарной химической реакции:

закон действующих масс может быть записан в виде кинетического уравнения вида:

где — скорость химической реакции, — константа скорости реакции.

16.Основные группы состава подземных вод (макро–, мезо– и микрокомпоненты, газы, органическое вещество, микрофлора). Типичные компоненты каждой группы.

Химический состав п/в – это совокупность содержащихся растворенных минеральных и органических соединений за исключением тех, из которых состоит живое вещество.

Макрокомпоненты – анионы: Cl, SO4, HCO3, CO3, катионы: Na, Mg, Ca, K (определение этих компонентов наряду с некоторыми показателями качества и физ-хим состояния воды является обязательным при любых гг исследованиях).

Мезокомпоненты – NH4, Fe, NO2, NO3, H3PO4

Микрокомпоненты (ионы присутствующие в водах в микроколичестве) – Pb, Zn, Cu, As, Sb, Sn, Ag, Mo, Co, Ba (Ra, Rn, U, Th)

Органическое вещество – это различные углеводороды, в том числе ароматические, смолы, масла, сложные эфиры, фенолы, гумус, карбонатные смолы, углеводы, белки. Соотношение различных органических веществ в подземных водах и их количество зависят от их генезиса и условий залегания. Максимальное количество органических веществ находится в п/в нефтяных месторождений и газоконденсатах. Основные процессы трансформации состава органического вещества связанны с его окислением гетеротрофными микроорганизмами подземных вод.

Газы. Подземные воды всегда содержат те или иные газы в растворенном состоянии. При изменении термобарических условий растворенный газ может выделиться в свободной форме. Свободной (спонтанной) газ выделяется в виде пузырьков различной величины, если общее давление растворенных в данной воде газов превышает пластовое давление. Количественной характеристикой соотношения спонтанного и растворенного газа при данных давлениях и температуре является его растворимость или поглощаемость. Наименее растворимыми являются гелий, водород, наиболее – углекислота и сероводород.

В изучении микрофлоры есть 2 направления: 1) исследование естественной литотрофной микрофлоры 2) санитарная оценка воды (хоз-пит и хоз водоснабжения)

Литотрофная микрофлора в п/в исследуется с целью получения общего спектра микроорганизмов для прогноза возможных биохимических процессов, а также – по соответствующим конкретным видам бактерий - в связи с поиском нефти, руды и тд. Наиболее распространенными и важными в гидрогеохимическом отношении группами литотрофных микроорганизмов являются: окисляющие соединения серы (серобактерии), востанавливающие соединение серы (сульфатрелуцирующие), метанобразующие и углеводородокисляющие, железобактерии, нитрифицирующие и денитрифицирующие.