Гідрогеохімія (геохімія підземних вод): Навчальний посібник, страница 21

Гідроліз аніонів та катіонів. Якщо у природному розчині присутні міцні катіоногенні елементи (Na⁺, К⁺) і іони слабких кислот (HCO₃^- CO₃^2- H₂S^-, H₃BO₃^- та ін.), відбувається гідроліз цих аніонів, який супроводжується розкладом води і зв’язуванням іона H⁺ у слабкодисоціюючу сполуку. В результаті активність іона OH^- стає більшою за активність H⁺:

CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^- + OH^-;

HCO₃^- + H₂O = HCO₃^- + OH^-;

HS^- + H₂O = H₂S + OH^-   і т.п.

Константа гідролізу має вигляд:

Звідси важливий висновок: збільшення рН у реакціях гідролізу аніонів є зворотно пропорційним константі дисоціації кислоти.

Збільшення рН в результаті гідролізу аніонів інтенсифікується зі зростанням температури.

Оскільки у звичайних умовах серед аніонів слабких кислот у підземних водах превалює іон HCO₃^-, то вважається, що лужності підземні води набувають в основному за рахунок гідролізу карбонатних іонів. Але насправді лужність підземних вод обумовлюється дією багатьох аніонів слабких кислот у тому числі і органічних. У зв’язку з цим можна виділити карбонатну, силікатну, боратну, сульфатну і та ін. лужність.

Не меншого значення для формування кислотно-лужних умов підземних вод має гідроліз катіонів. Якщо у природному розчині присутні аніони сильних кислот та елементи з малими значеннями коефіцієнтів розчинності гідроокисів або комплексних гідроксосполук (елементи – комплексоутворювачі), відбувається гідроліз катіона, в результаті якого спостерігається зв’язування іонів OH^- (a _H⁺ стає більшим за a _ОН^- і зменшується рН розчину). Зменшення рН у реакціях гідролізу катіонів тим сильніше, чим меншою є константа дисоціації основи. За здатністю знижувати рН підземних вод катіони розташовуються у порядку збільшення їхніх кислотних властивостей, які, у свою чергу, відповідають збільшенню електронегативності елементів:

Na⁺<Ca⁺<Mg²⁺<Fe²⁺<Al³⁺<Fe³⁺.

Інтенсивність зниження рН при гідролізі катіонів збільшується зі збільшенням температури підземних вод.

В підземних водах гідроліз катіонів супроводжується відповідними реакціями гідролізу аніонів і тому кисневі значення рН у сукупності цих реакцій залежать від співвідношення констант дисоціацій кислот і основ, що утворюються внаслідок хімічних реакцій.

Значення рН підземних вод змінюються від < 0 до 12,5, але у більшості випадків складають 6 ÷ 8,5.

Мінімальними значеннями рН (<0-2) характеризуються термальні води і конденсати вулканічних газів районів сучасного магматизму. Кислі води (рН<2-5) розповсюджені в зонах окислення сульфідних родовищ, що вміщують дисульфіди (пірит та ін.). Кисла реакція середовища (рН до 4 і менше) також може бути характерною для висококонцентрованих (М<400 г/дм³) розсолів Cl-Ca-Na, Cl-Ca-Mg, Cl-Ca-Mg-Na складу, які залягають у негативних структурах земної кори, що вміщують галогенні формації.

У земній корі широко розповсюдженими є підземні води з лужною реакцією. Типовими у цьому відношенні є азотні термальні води, які формуються у масивах кристалічних порід HCO₃–Na складу при дуже високому вмісті (H₃SO₄^-). Підземні води з високим значеннями рН (>8) також утворюються у осадових породах краєвих прогинів і міжгірських западин (особливо альпійського віку). Вони мають Cl-HCO₃-Na або Cl-Na склад, вміщують високі концентрації HCO₃^- при незначних концентраціях Ca²⁺. Мінералізація їх звичайно > 35 г/дм³.

Рідкіснолужні рудничні води з рН до 12 виявлено у гірничих виробітках масивів нефелінових сієнітів. Ці води мають CO₃-Na, H₃SO₄-Na, H₃SO₄-F-Na склад і мінералізацію до 65 г/дм³.

Для багатьох геохімічних типів підземних вод характерними є часові зміни кислотно-лужних рівноваг і відповідно часові зміни рН.

Окислювально-відновлювальний потенціал (Eh) підземних вод – це показник ступеня окисленості або відновленості перемінно-валентних компонентів їхнього хімічного складу. Він слугує кількісною мірою здатності підземних вод до окислення і відновлення хімічних елементів. Величина окислювально-відновлювального потенціалу дозволяє судити про стан кожної окислювально-відновлювальної системи, що існує у підземних водах, а також визначає розподіл та міграційну здатність елементів з перемінною валентністю.