Гидрокарбонатный и карбонатный ионы (HCO₃^-, CO₃^2- )

Угольная кислота Н₂СО₃ и ее соли в природных водах, особенно мало минерализованных, являются важнейшей составной частью химического состава. Между угольной кислотой и производными от нее ионами НСО₃^- (гидрокарбонатный ион) и СО₃^2- (карбонатный ион) в растворе существует равновесие, определяемое количественными соотношениями между ними.

Угольная кислота является слабой кислотой и незначительно диссоциирована; будучи двухосновной кислотой, она имеет две ступени диссоциации, последовательно распадаясь на ионы:

Н₂СО₃  Н⁺ + НСО₃^- и НСО₃^-  Н⁺ + СО₃^2-.

В результате этого в раствор устанавливается подвижное равновесие:

Н₂СО₃  Н⁺ + НСО₃^-  2Н⁺ + СО₃^2-.

Удаление из раствора Н₂СО₃ или увеличение количества Н⁺ сдвигает равновесие влево, что переводит НСО3- и СО32- в Н₂СО₃, наоборот уменьшение Н⁺ вызывает распад Н₂СО₃.

Количественное соотношение отдельных форм углекислотных соединений (Н₂СО₃, НСО₃^-, СО₃^2-) в воде, таким образом, как это видно из уравнений, зависит от концентраций водородных ионов.

Используя закон действующих масс можно подсчитать соотношение отдельных форм при различных значениях рН.

[H⁺]*[HCO₃^-]/ [Н₂СО₃] = K₁ = 3.04 *10^-7 и [H⁺]²*[CO₃^2-]/ [НСО₃^-] = K₂ = 4,01 *10^-11

Хотя в природных условиях Н⁺ иногда является лимитирующим фактором для содержания отдельных форм СО₂ в воде, все же в большинстве случаев именно углекислотное равновесие определяет в природных водах значение рН. Основным фактором в этом равновесии, определяющим содержание других ионов, является количество растворенной двуокиси углерода.

Гидрокарбонатный ион встречается во всех пресных водах с рН не ниже 4.

В пресных водах НСО₃^-; в большинстве случаев является основным анионом раствора. Содержание НСО₃^- колеблется в относительно ограниченных размерах: для большинства крупных пресноводных рек и озер. Содержание НСО₃^- не превышает 250 мг/л, а для горных и северных районов не выше 50 мг/л. Повышенное содержание НСО₃^- лимитируется необходимостью одновременного присутствия равновесной СО₂, наличие больших количеств которой в поверхностных водах ограничено малым парциальным давлением ее в атмосфере.

Прочие ионы (CI^-, Br^-, I^-, F^-)

По общему количеству хлоридный ион в природных водах должен быть поставлен, среди прочих анионов, на первое место. С увеличением минерализации воды содержание хлора возрастает абсолютно и относительно прочих ионов. Эта распространенность хлора объясняется отчасти хорошей растворимости хлористых солей по сравнению с другими солями в природной воде. Вследствие этого при увеличении минерализации воды прочие анионы, достигая величины произведения растворимости с соответствующими катионами, обычно начинают переходить в осадок, уступая место хлору.

В природных водах, наряду с хлором, постоянно присутствуют другие галлогенные ионы: брома, йода и фтора. Бром и йод принадлежат к числу элементов, встречающихся в земной коре в рассеянном состоянии и большей частью весьма в незначительных количествах. Содержание их в природных водах во много раз меньше хлора. Среднее содержание брома в пресных водах колеблется в пределах 0,001 – 0,025 мг/л, значительно больше накапливается его в минерализованных водах. В океанической воде содержание брома доходит до 60 мг/л. наибольшие количества брома наблюдается  в водах нефтеносного месторождения, достигая значений до 2000 мг/л.

Содержание йода в природных водах еще меньше. Количество его колеблется для пресных вод от 10^-5 до 2,7*10^-3 мг/л, повышаясь в морских водах до 0,05 мг/л. Аналогично брому, йод скапливается в водах нефтеносных месторождений в повышенных количествах, достигая значений 100 – 120 мг/л.

На предыдущую страницу