УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА И ФОРМЫ ЕЁ СОДЕРЖАНИЯ В ВОДЕ


 

1.Диоксид углерода (СО2), растворяясь в воде, частично вступает с ней во взаимодействие с образованием угольной кислоты Н2СО3.

Суммарную концентрацию СО2 и Н2СО3 принимают за концентрацию свободной угольной кислоты. Расчет содержания свободной углекислоты ведется на СО2 своб. (так как Н2СО2 = 1%). Концентрация свободной углекислоты в поверхностных водах определяется парциальным давлением диоксида углерода в атмосфере.

Концентрация свободной углекислоты:

- в поверхностных водах до 10-30 мг/л;

- в подземных водах до n∙ 100мг/л,

(с повышением t0 растворимость СО2 падает!).

 

2. Гидрокарбонаты (НСО ) образуются: Н2СО3 ↔ Н+ + НСО .

НСО - поступают в воду в результате растворения карбонатных пород под действием СО2.

СаСО3 + СО2 + Н2О → Са (НСО3)2

Мg СО3 + СО2 + Н2О → Мg (НСО3)2

Гидрокарбонаты – наиболее распространенная форма содержание углекислоты в природных водах при средних значениях рН. Они обуславливают щелочность воды.

3. Карбонат – ионы (СО ).

НСО3 - ↔ Н+ + СО .

СО - содержаться только в щелочных водах (рН >8.4). В присутствии Са2+ содержание СО невелико, вследствие малой растворимость СаСО3. В присутствии СО2 растворимость СаСО3 увеличивается.

Содержание различных форм углекислоты в воде рассчитывают, исходя из констант диссоциации по 1-й и 2-й степени и ПР СаСО3.

[H23]- концентрация недиссоциированных молекул Н2СО3, СО2.

Содержание свободной углекислоты в воде при рН 5-8.3 вычисляют по формуле

, где

- содержание свободной углекислоты (мг/л).

Щообщая щелочность воды (мг-экв/л).

I – ионная сила раствора.

В природных водах устанавливается динамическое равновесие

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО ↔ 2Н+ +СО .

Одновременно все формы углекислоты присутствовать не могут. Устойчивыми системами являются следующие:

1. СО22О

2. СО2+НСО

3. НСО

4. НСО +СО

5. СО +ОН-

Основная карбонатная система:

Н2О + СО2 → Н2СО3 ↔ Н+ + НСО .

В природных водах рН зависит от соотношения различных форм углекислота:

- при низких рН (рН<4,2) в воде присутствует только свободная угольная кислота,

- при повышении рН (4,2 до 8,3) в воде свободная углекислота и гидрокарбонаты;

- при рН =8,3 -8,4 в воде находятся только гидрокарбонаты (~98%);

- при рН > 8,4 – в воде появляются СО - в равновесии НСО ;

- при рН > 12 СО - преобладающая форма.

Существуют кривые по которым можно определить рН и углекислоту.


 

 

Рис.2 .Зависимость содержания различных форм угольной кислоты от рН.

 

Углекислота в форме карбонат – ионов называется связанной. Принято считать, что гидрокарбонаты состоят наполовину из связанной и полусвязаной угольной кислоты, так как при разложении дают карбонаты (связанную) и свободную углекислоту (полусвязаную).

2 НСО ↔ СО2 + СО + Н2О.

Содержание полусвязаной угольной кислоты используется для вычисления концентрации агрессивной угольной кислоты в воде. Если в воде одновременно присутствуют свободная углекислота и гидрокарбонаты, то в состоянии равновесия определенному содержанию НСО соответствует определенное содержание свободной углекислоты, которое называется равновесной углекислотой. Избыток свободной угольной кислоты над равновесной, растворяющей СаСО3, называется агрессивной углекислотой. Содержание равновесной угольной кислоты [СО2]р в состоянии равновесия рассчитывается по формуле:

 

, где

γ / и γ// - коэффициенты активности соответственно ионовНСО и Са2+;

К1 и К2- константы диссоциации угольной кислоты по первой и второй ступеням.

[СО2]р – концентрация равновесной угольной кислоты мг/л.

Вода с одинаковым содержанием свободной углекислоты, но с различной концентрацией НСО будут проявлять неодинаковую активность по отношению к карбонату кальция. Поэтому маломинерализованные воды, вследствие избытка свободной угольной кислоты, могут проявлять агрессивные свойства по отношению к бетону.

Стабильность воды

Воды, в которых соблюдается основное карбонатное равновесие, называются стабильными. Они не изменяют избыток свободной угольной кислоты над равновесной называются агрессивными. При контакте с бетоном или карбонатами такие воды вызывают растворение карбонатных составляющих.

СаСО3 + СО2 + Н2О ↔ СаНСО3

Са(ОН)2 + 2СО2 ↔ СаНСО3.

Воды, в которых имеется избыточное (над равновесным) содержание гидрокарбонатов, то есть повышенная щелочность, называются нестабильными. Для оценки агрессивных свойств воды сопоставляют количество свободной угольной кислоты, установленное анализом, с вычисленным по формуле:

.

Определение агрессивной углекислоты проводится сопоставлением щелочности воды до и после контакта ее с карбонатом кальция,

СО2 + Н2О + СаСО3 → Са(НСО3)2

повышает щелочность

Стабильность воды оценивается по методу Ланжелье.

рНs = pK2 – pПР СаСО - lg [Ca2+] – lg Щ0 + 2,5 +7,6

рНs - рН равновесного насыщения воды карбонатом кальция (то есть величина рН соответствующая равновесию свободной углекислоты с другими ее формами),

рК2 - отрицательный log. константы диссоциации 2 ступени угольной кислоты,

pПР СаСО отрицательный log. ПР СаСО

I – ионная сила раствора.

Характер свойств воды производится по «индексу насыщения» -Щ, который представляет собой разность между рН исследуемой воды и рНs:

Щ = рН иссл. - рНs

Если Щ – положительное (+), то рН иссл. > рНs. При этом вода будет нестабильной.

Если Щ – отрицательно (-), то рН иссл. < рНs , то есть вода имеет повышенную кислотность и является агрессивной.

Если рН иссл. = рНs , Щ =0, то вода стабильная. Стабильность характеризуется также показателем стабильности С (основным Сосн и вспомогательным Свсп).

Сосн = Щиссл / Щ нас ,

где Щиссл – исследуемой воды, Щ нас насыщенной карбонатом кальция.

Свсп =рНиссл / рНнас

Если С=1, то есть рНиссл =рНнас, то вода стабильна, при С<1 вода агрессивная.

Стабилизация воды, содержащей агрессивную углекислоту, производится веществами, вызывающими повышенную щелочность (известь, гидроксид и карбонат натрия).

NaOH + CO2 = NaHCO3

Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2

Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3

Обработка нестабильных вод заключается в обработке их кислотами.

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

На некоторых очистных сооружениях используются мраморно – песчаные фильтры, которые позволяют получить не только осветленную, но и стабильную воду.

 

 

ПРИРОДНЫЕ ВОДЫ



Дата добавления: 2020-02-05; просмотров: 890;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.018 сек.