Моделирование миграции подземных вод

Кислотно-основные процессы

Химические реакции с передачей иона водорода (кислотно-основ­ные) имеют исключительно важное значение для грунтовых вод и зоны аэрации.

Кислота проявляет себя как донор протонов, а основание — как их акцептор. Вследствие этого кислота и основание образуют сопряженную пару. Каждая кислота при отдаче протона перехо­дит в соответствующее ей основание А~—В, из которого она мо­жет вновь образоваться, приняв протон ЈHf — НА Типичными примерами таких сопряженных пар служат:

Н3о чг н, о + н+, нсо>- со32~ + н+ н2о^:он- + н+, н3ро4^н2ро4- + н+,

NlV^NHs - f Н+, Н2РОг НР042- Н+,

С02 • Н20 г НСОз" + Н+, НР04г~ РО33- + Н+. (2.26)

Эти примеры показывают, что имеются вещества, выполняю­щие как протйннодонорную, так и протонноакцепторную функцию (например, Н20, НСОз~, Н2Р04~, НР042-). Такие вещества назы­ваются а м ф о л и т а м и.

Полная передача протона (прототрофность) требует соединения двух сопряженных пар кислота — основание:

Отдача Н+ кислотой ^ В, + Н+; (2.27)

Прием Н+ основанием Вп Вп + Н+ 5П; (2.28)

Реакция протолиза (РП) -)■- Вп Bl + Sri. (2.29)

Отсюда получаем константы равновесия (кислотные константы) обеих полуреакций и суммарной реакции:

Tf-fSnHZ?, }/!*„} \St\^KsJKsu,

\gK=igKSl~~kK$tI.

Таким образом, для сопряженной пары кислота — основание (В=*А~ ВН+ = НЛ) ({А-} {ВН+}/ {Н Л} {В} = 1) выполняется соот­ношение KSKB Ш30+} {ОН-} = ;Н+} ОН"} = Кц, оКв\ а при дав­лении 105 Па и 25 °С:—lg/Cs — lg/Cs= 14.

По отношению к воде как к растворителю ({Н20} = 1) кислот­ная константа Ks выступает в качестве показателя степени силы кислоты, а основная константа Кв — степени силы основания:

НА + Н20 ^ Л-+ Н30+; В + Н20^£Н+ + 0Н.-;

*5-{Н30+} {А-}/{Н А} {Н20}; Кв = {ВН+) {ОН-}({В\ {H2Oj.

Если значения Ks, Н20 и Кв, он воды как амфолита рассчиты­ваются точно по определению, то получают пределы существования сильных кислот и оснований в воде.

Общепринята [40] классификация кислот и оснований, пред­ставленная в табл. 2 и 3.

Для наглядности изображения масштаба протолитической реак­ции НЛ-f Н2О^Л~+Н304 используют степень протолиза 100 а (в%):

А — [Л-]/[НЛ] + [Л-].

Последняя указывает, сколько процентов всех изначально имев­шихся НА-молекул прореагировало с водой с передачей протона. Смесь из кислот средней силы и сопряженных им оснований имеет

Таблица 2

Классификация кислот и оснований

Классы кислот и оснований

Lg Ks

Lg К a

Очень сильные

<1,74

Сильные

>1,74

<4,5

Средней силы

>4,5

<9,0

Слабые

>9,0

<15,74

Очень слабые

>15,74

Свойство при добавке ограниченного количества сильной кислоты или основания практически не менять величину рН. Такие системы называются буфером. Мерой буферного действия служит бу­ферная емкость р [40] :0=dc/d(pH), Э=2,3 (ГН+] + ГОН-] + + [А-] [НЛ])/(.[Л"] + [НЛ]) -2,3 [5] [B]I[S] + [В]. Из равенства {H+} = Ks{5}/{5} следует, что при добавке сильной кислоты или, соответственно, основания [40]

. ^ . [S]+cs [5] — св

РН ~ lg К s - Ig—^-f^-lgKs - lg——,

Где cs и Cs —концентрации кислоты и основания соответственно.

Тесно связаны с буферной емкостью щелочность и кислотность, определяемые как расход кислоты или основания, необходимый для достижения определенного значения рН или определенного из­менения величины рН,

Буферные системы, встречающиеся в подземных условиях, пред­ставлены прежде всего слабыми кислотами и их анионной основой (С02-Н20/НС03; НСО3-/СО32-; Н2Р04-/НР0<2-) и слабыми осно­ваниями с сопряженными им катионными кислотами (NH3/NH4+).

Таблица 3

Значения рКв и рКв для некоторых сопряженных пар кислота—основание

Классы кислот и оснований

Кислоты

PKs

Основания

РКВ

Очень сильные

H3P04

1,96

Н2ро4-

12,04

HS04-

1,91

So42-

12,09

Сильные

[Fe(H20)6]3+

2,22

[Fe(OH) X

11,78

Средней силы

X(H20)s]2+

С02-н20

6,38

НСОз-

7,62

Н2р04"

7,12

Нр042-

6,88

Слабые

НСОз"

10,32

СОз2"

3,68

Нр042"

12,32

РО43-

1,68

Очень слабые

Н20

15.74

Он-

—1,74

Главная буферная точка системы (максимальная буферная ем­кость) всегда находится там, где смешиваются эквимолярные ко­личества буферных компонентов. Значение pKs буферной кислоты должно лежать возможно ближе к стабилизирующим значениям рН (буферному уровню). Используемая в практических целях буферная емкость р, пары кислота — основание, рассчитывается только в интервале рН=—lg/(s=tl.

В подземных водах образуется ряд буферных систем, которые, взаимодействуя, могут оказывать влияние друг на д|)уга - и тем самым затруднять интерпретацию гидрохимических данных.

Моделирование миграции подземных вод

Миграционная модель обезжелезивания в подземных водах

В качестве примера приведем построение системы уравнений, со - ставляющих теоретическую модель процессов обезжелезивания подземных вод[10]. Эта задача актуальна в связи с широким распро­странением подземных вод, в которых содержание железа …

Моделирование миграции подземных вод

Лукнер Л., Шестаков В. М. Для обозначения процессов перемещения химических элемен­тов в земной коре, ведущего к изменению их содержания (рассея­нию или концентрации), А. Е. Ферсман ввел понятие «геохимиче­ская миграция». Значительная …

Опыты на крупных фильтрующих монолитах

Опыты по фильтрации трассера в крупных монолитах проводятся для изучения миграционного процесса с учетом гетерогенного стро­ения породы. Для интерпретации данных такого опыта использу­ются модели гетерогенно-блокового строения. Таблица 12 Рассчитанные по …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.