Углерод
Диоксид углерода
Диоксид углерода содержится в воде в основном в виде растворенных молекул CO2 и лишь малая часть его (около 1%) при взаимодействии с водой образует угольную кислоту:
CO2 + H2O <=> H2CO3
Диоксид углерода, гидрокарбонатные и карбонатные ионы являются основными компонентами карбонатной системы. В растворе между ними существует подвижное равновесие:
H2CO3 <=> Н+ + HCO3- <=> 2Н+ + CO32-
Соотношение между компонентами в значительной мере определяется величиной рН. При рН 4.5 и ниже из всех компонентов карбонатного равновесия в воде присутствует только свободная углекислота. В интервале рН=6-10 гидрокарбонатные ионы являются основной формой производных угольной кислоты (максимальное их содержание при рН=8.3-8.4). При рН более 10.5 главной формой существования угольной кислоты являются карбонатные ионы.
Главным источником поступления оксида углерода в природные воды являются процессы биохимического распада органических остатков, окисления органических веществ, дыхания водных организмов.
Одновременно с процессами поступления значительная часть диоксида углерода потребляется при фотосинтезе, а также расходуется на растворение карбонатов и химическое выветривание алюмосиликатов:
CaCO3 + CO2 + H2O <=> Ca(HCO3)2
HSiO3- + CO2 + H2O <=> H2SiO3 + HCO3-
Уменьшение диоксида углерода в воде происходит также в результате его выделения в атмосферу.
|
Концентрация диоксида углерода в природных водах колеблется от нескольких десятых долей до 3-4 мг/дм3, изредка достигая 10-20 мг/дм3. |
Обычно весной и летом содержание диокида углерода в водоеме понижается, а в конце зимы достигает максимума. Диоксид углерода имеет исключительно важное значение для растительных организмов (как источник углерода). В то же время повышенные концентрации CO2 угнетающе действуют на животные организмы. При высоких концентрациях CO2 воды становятся агрессивными по отношению к металлам и бетону в результате образования растворимых гидрокарбонатов, нарушающих структуру этих материалов.
Карбонаты
Основным источником гидрокарбонатных и карбонатных ионов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения карбонатных пород типа известняков, мергелей, доломитов, например:
CaCO3 + CO2 + H2O <=> Сa2+ + 2HCO3-
MgCO3 + CO2 + H2O <=> Mg2+ + 2HCO3-
Некоторая часть гидрокарбонатных ионов поступает с атмосферными осадками и грунтовыми водами. Гидрокарбонатные и карбонатные ионы выносятся в водоемы со сточными водами предприятий химической, силикатной, содовой промышленности и т.д.
По мере накопления гидрокарбонатных и особенно карбонатных ионов последние могут выпадать в осадок:
Ca(HCO3)2 => CaCO3 + H2O + CO2
Сa2+ + CO32- => CaCO3
|
В речных водах содержание гидрокарбонатных и карбонатных ионов колеблется от 30 до 400 мг HCO3 -/дм3, в озерах - от 1 до 500 мг HCO3-/дм3, в морской воде - от 100 до 200 мг/дм3, в атмосферных осадках - от 30 до 100 мг/дм3, в грунтовых - от 150 до 300 мг/дм3, в подземных водах - от 150 до 900 мг/дм3. |
| 
