1.4.4. Микроэлементы

Соединения железа

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, переходя в раствор из различных горных пород, в которых железо чрезвычайно распространено, хотя часто в очень малых количествах. Переход железа в раствор может происходить под действием окислителей (кислород) или кислот (угольной, органической). Так, например, при окислении весьма распространенного в породах пирита получается сернокислое железо:

FeS₂ + 4O₂ + H₂O = Fe²⁺ + 2SO₄^2-  + 2H⁺.

Вероятно также, что органические кислоты, содержащиеся в болотистых водах, переводят в раствор железо в виде сложных комплексов гуматов. С этим обстоятельством, вероятно, связано постоянное присутствие железа в водах, богатых гуминовыми веществами. Форма содержания железа в воде может быть весьма разнообразна и в настоящее время еще не достаточно изучена для природных условий. Преобладающее в подземных водах закисное железо (Fe²⁺) переходит в раствор главным образом в виде гидрокарбоната железа, который устойчив только при содержании больших количеств СО₂ и отсутствии кислорода. При уменьшении СО₂ и проявлении растворенного кислорода, что, например, бывает при выходе подземных вод на поверхность, железо переходит в малорастворимый гидрат закиси, что схематически можно изобразить уравнением:

Fe²⁺ + 2HCO₃^-  Fe(OH)₂ + 2CO₂.

Гидрат закиси железа далее легко окисляется в гидрат окиси железа:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O  4 Fe(OH)₃.

Процесс окисления Fe(OH)₂ во многих случаях протекает при участии микроорганизмов, называемых железобактериями, которые в процессе своей жизнедеятельности используют энергию, выделяемую при окислении закисного железа в окисное. Образующийся при окислении железа Fe(OH)₃ очень мало растворим в воде (при рН = 4 – около 0,05 мг/л, а при более высоких рН – в тысячных и еще меньших долях мг/л). Fe(OH)₃ может присутствовать в растворе в коллоидном состоянии, которое, по-видимому, и является одной из основных форм существования железа в поверхностных водах. Устойчивость коллоида железа, вероятно, значительно повышается защитным действием присутствующим в воде гуминовых веществ. Из этого комплекса выпадение железа в осадок происходит при участии бактерий, разрушающих органическое вещество. Происхождение многих озерных руд объясняют отложениями железа, образовавшимися в результате жизнедеятельности железобактерий.

Воды, содержащие железо в значительном количестве, имеют обычно кислую реакцию, так как их присутствие обуславливает появление в растворе ионов Н+. Отдельные формы находящегося в природных водах железа, как ионного коллоидного, так и комплексного с органическим веществом, по-видимому, образуют равновесную систему, зависящую от физических и биохимических условий. Количество окисного железа, встречающегося почти исключительно в поверхностных водах, в силу указанных причин незначительно, и содержание его обычно выражается в сотых и реже десятых долях мг/л. Закисное железо встречается преимущественно в подземных водах в несколько больших количествах, все же редко когда превышая 1 мг/л. Вместе с тем известны воды, где количество закисного железа доходит до нескольких десятков и даже сотен мг/л.[2]

Соединения марганца

Содержание марганца в подземных водах, не связанных с месторождениями, достигает 0,7 мг/л, связанных с месторождениями, - до 300 мг/л и выше. В поверхностных водах наблюдаются концентрации марганца до 8 мг/л. Геохимию марганца в подземных водах изучаемого региона определяют следующие процессы. Образование труднорастворимых гидроксидных и оксидных соединений, вследствии окислительных преобразований из марганца (II) в марганец (III) и далее в марганец (IV).

Это окисление облегчается резким уменьшением электродного потенциала реакции при увеличении рН среды. Марганец, так же как и железо, принадлежит к числу элементов, окисленные формы которого являются менее растворимыми по сравнению с восстановленными. Контроль распределения марганца в реальных условиях осуществляется не плохо растворимым соединением MnCO₃ (ПР MnCO₃ равна n*10^-11), а растворимым соединением Mn(НCO₃)₂. В маломинерализованных кислородсодержащих подземных водах с различными концентрациями органических веществ среди состояний марганца резко (> 90%) преобладают простые катионные формы марганца Mn2+. В нейтральных и слабощелочных водах, имеющих высокие концентрации НСО₃^- + СО₃^2-, часть массы марганца связана в комплексные соединения.

Сульфидные соединения

В природной воде соединения сероводорода могут присутствовать в виде молекулярного растворенного газа – H₂S, а также в виде ионов сероводородной кислоты и ее солей (сульфидов). Сероводород, являясь слабой кислотой, частично диссоциирует по двум ступеням диссоциации:

H₂S  HS^- + H⁺ и HS^-  S^2- + Н⁺.

Изображая соотношения молекулярных концентраций в соответствии с законом действующих масс, имеем:

[H⁺]*[HS^-]/ [H₂S] = K₁ = 0.91*10^-7

[H⁺]*[S^2-]/ [HS^-] = K₂ = 2*10^-15.

На предыдущую страницу