мая 06 2003

Взаимодействие карбоната кальция с аммонийными соединениями

Опубликовано в 14:11 в категории Чистота воды и здоровье

Взаимодействие карбоната кальция с аммонийными соединениями

         M. Санду

         Национальный Институт Экологии, Республика Молдова, г. Кишинев

Состав природных вод зависит от природы и растворимости твердых веществ, с которыми вода взаимодействует, и от физико-химических условий в которых осуществляется реакция. Породы литосферы находятся в непрерывных превращениях, интенсивность которых зависит от реакции среды, определяемой значением рН, скорости движения воды, состава и структурных особенностей пород. На изменениях химического состава и физико-химических свойствах подземных вод отражается геохимическая деятельности человека. Направленность таких изменений зависит от техногенного баланса отдельных химических элементов.

 К числу показателей качества подземных вод превышающих предельно-допустимую концентрацию относится жесткость (Ca2+ + Mg2+). По рассчитанным величинам  технофильности кальция (ТСа) установлено, что в 1900 году он входил в группу среднетехнофильных элементов (Т =22-56), а с 1980 года - высокотехнофильных элементов с Т > 100. Технофильность магния (ТMg) также растет во времени и находится в пределах 0,11 – 3,2, но в 44-247 раз меньше ТСа [6]. Самый распространенный процесс, влияющий на формирование химического состава природных вод, является растворение пород соответственно произведению растворимости (ПР) и реакции взаимодействия с различными веществами. Концентрация металлов в воде зависит от растворимости их карбонатов [3]. Карбонат кальция, как самая распространенная порода литосферы, был использован в качестве примера при изучении влияния различных химических веществ на растворимость природных карбонатов[6]. Была изучена растворимость CaCO3 в растворах химических соединений[4,6,7]. Величина ПР CaCO3 при 25oC варьирует от 2,884.10-9 до 5,368.10-9(-lg Kc равно 8,54–8,06 ) [3]. Произведение растворимости кальцита (-lg ПР) в поверхностных природных водах  равно 8.3478  ± 0,03, а концентрация ионов кальция в зависимости от давления PCO2 соответствует (1,25-3,95).10 –3 моль/дм3 или  2,5-7,9 мг.экв/дм3 (50 – 158 мг/дм3). В поверхностных водах содержание Ca2+ варьирует между 0,29 и 114,0 мг/ дм3 [4]. Вода р. Днестр содержит 50 – 100, р. Прут - от 30 до 70 и водохранилищ – от 30 до 120 мг/дм3 Ca2+. В подземных водах  содержание ионов кальция превышает величины характерные для поверхностных вод и достигает в Республике Молдова несколько сот мг/дм3 Ca2+, а  их жесткость (Ca2+ + Mg2+) – от единиц до десятков мг.экв/дм3.

В данной статье приведены результаты исследования растворимости карбоната кальция в присутствии аммонийных соединений в зависимости от температуры (10-120C и 250C), аниона аммонийной соли и рН среды. Моделирование проводилось на природной воде.

Материалы и методы работы.

При исследовании растворимости карбонатов в присутствии аммонийных соединений был использован карбонат кальция  и аммонийные соли квалификации «хч». Моделирование проводилось при температуре 10-12 и 250C на воде р. Днестр. В растворах определялось содержание Са2+ титриметрически с трилоном Б и рН. Расчет скорости и константы бимолекулярной реакции выполнен на основе равновесных в воде концентраций ионов кальция. Статистическую обработку данных проводили общепринятыми данными. 

Результаты и дискуссии:

Взаимодействие карбоната кальция с соединениями аммония проявляется накоплением ионов кальция в воде/растворе [2,5], а скорость реакции в течение 10 дней находится в следующей последовательности по неорганическому аниону аммонийной соли: CNS-

Рис. 1. Растворимость в воде карбоната кальция в зависимости от температуры

Рис. 2. Растворимость карбоната кальция при температуре 10-12 и 250С в растворах аммонийных неорганических соединений.

Отличительной чертой техногенеза является накопление в поземных водах первой подзоны комплексных соединений в процессе их техногенной метаморфизации и рост общей закомплексованности ингредиентов. Водам природного фона свойственны следующие значения функции закомплексованности (Ф-к): Na 1,001-1,005; Ca 1,01-1,02; Mg 1,008-1,015 (содержания микрокомпонентов близки к нулю). Природные грунтовые воды гидрокарбонатного кальциевого состава характеризуются в основном значениями: NH4  1,004-1,01; Na » 1,003; Ca 1,044-1,048; Mg 1,031-1,036 [6], следовательно, при взаимодействии аммонийных и натриевых солей  с СаСО3  при наличии конкурирующих реакций комплексообразования  ионов Ca2+-NH4+ и Na+-Ca2+, присутствующих в растворе, ионы кальция имеют большую Ф-к   (рис.3). Разница между  концентрацией Са2+ в растворах аммонийных и натриевых солей в эксперименте показывает роль аммонийных ионов в реакции растворения СаСО3 (рис.4).

Рис.3. Функция закомплексованности ионов

Рис.4. Разница между концентрацией ионов кальция в растворах аммонийных и натриевых солей при их контактировании с СаСО3 , мг.экв/дм3.

Наибольшая разница между концентрацией ионов кальция С-Ca2+NH4+ и С-Ca2+Nа+ обнаружена в растворах цитрата и яблочнокислого аммония. Плато на рис.5 для указанных растворов обусловлен произведением   растворимости в воде соответствующих солей. В реакции сульфата и  нитрата аммония с СаСО3 содержание Ca2+ продолжает расти. рН растворов в исследуемой реакции в течении 30 дней растет до величины  8,5 (рис.6).

Рис. 6. Изменения рН растворов аммонийных солей  при контактировании с карбонатом кальция.

Приведенные исследования позволяют сделать предположение о существовании в природе среди множества реакций и описанных процессов ввиду того, что наблюдается рост жесткости природных вод и технофильности кальция.

  Ссылки на литературу:                                                                                                                                                                      

Aquatic Chemistry ( 1981). Ed. By I. Morgan, J. James. New York, 780 p. Sandu M., Lupashcu T., Spataru P. (2002). Solubilizarea carbonatilor cu compusi ai amoniului – factor perturbator al echilibrului ionilor de calciu in apele naturale. „Mediul Ambiant”, nr. 5(5), p.p. 8 – 11. Kальций и его соединения  (1986 ). Под ред.  Н. Ф. Измерова,  М.:ГКНТ, 56 стр. Mиграция химических элементов в подземных  водах СССР(1974 ).М.:Наука, 239 c. Peми Г.(1972). Курс неорганической химии. М.: Мир. Пер. с нем.Т.1, 824 с. Тютюнова Т. Ю. (1987). Гидрогеохимия техногенеза. М.: Наука, 332 c.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.