При добавлении кислоты в раствор ее ионы водорода связываются в слабую кислоту:

Н⁺ + CH₃COOH^- = CH₃COOH

При добавлении основания в раствор гидроксид ион связывается в слабый электролит Н₂О:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Образование слабых электролитов при добавлении в буферный раствор кислоты или основания и обусловливает устойчивость рН.

Буферная система природных вод часто состоит из растворенной в воде угольной кислоты (Н₂СО₃) и бикарбонатных ионов (НСО₃^-).Несмотря на то, что емкость бикарбонатной буферной системы в природной воде невелика, она все же не позволяет рН существенно изменяться в процессе обработки воды.

Обычно принято отожествлять углекислоту (Н₂СО₃) с находящимся в растворенном состоянии угольным ангидридом (СО₂), принимая их общее количество за СО₂, который прореагировав с водой, образует углекислоту, а большая часть находится в виде молекулярного растворенного газа. Между этими формами существует равновесие, называемое углекислотным:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃ = Н⁺ + НСО₃^- = 2Н⁺ + СО₃^2-

Это равновесие сильно сдвинуто влево, и в воде присутствует только около 1% Н₂СО₃. Двуокись углерода (СО₂) присутствует в том или ином количестве почти во всех природных водах. Только при рН выше 8,5 количество ее столь мало, что им можно пренебрегать. Источником появления СО₂ в природной воде являются прежде всего различные биохимические процессы окисления органического вещества, происходящие как непосредственно в воде, так и в почвах и илах, с которым соприкасается вода. К процессам, сопровождающимися выделением СО₂ и обогащающим ею воду, относятся: дыхание водных организмов, различные виды брожения распадающихся органических остатков и, наконец, сложные геохимические процессы. Кроме того, при содержании в воде СО₂ меньшем, чем это соответствует ее парциальному давлению в атмосфере, СО₂ из воздуха может поглощаться водой. Этот процесс инвазии, однако, имеет место только в морях, содержание СО₂ в которых очень мало. Воды суши, тесно соприкасающиеся с почвами и породами, обычно содержат СО₂ всего 0,03% т.е. 0,0003 атм. Из закона Генри – Дальтона следует, что при парциальном давлении в воде без ионов должно растворятся следующее количество СО₂:

Р = 1970 * 0,0003 = 0,59 мг/л (15°).

Между тем на материке только сильно минерализованные воды и воды у поверхности летом содержат близкие к этому количества СО₂. Из процессов, направленных на уменьшение СО₂ в природной воде, важнейшими являются: эвазия, при которой избыточное количество СО₂ выделяется согласно закону Генри–Дальтона в атмосферу, затем связывание углекислоты при реакции с карбонатами кальция и магния в породах и, наконец, фотосинтетическая деятельность водных растений.

Подземные воды поверхностных слоев земной коры всегда содержат СО₂, причем иной раз в весьма значительных количествах – до нескольких десятков и сотен мг/л. В минеральных источниках часто количество СО₂ доходит до сотен и тысяч мг/л. Поэтому в водах, где наблюдается скопление СО₂ в растворе рН обычно понижается и, наоборот, при удалении СО2 из раствора рН всегда растет.

В отдельных случаях на величину рН в природных водах оказывает влияние диссоциация присутствующих в воде органических кислот (особенно в болотных водах) и гидролиз железистых солей:

Fe²⁺ + SO₄^2- + 2H₂O  Fe(OH)₂ + 2H⁺ + SO₄^2-.

Поэтому болотные и железистые воды часто имеют рН ниже 4. Большинство же природных вод имеет рН в пределах 6,5 –8,5. Для поверхностных вод, в связи с меньшим содержанием в них СО₂, рН обычно выше, чем для подземных.

Величина рН имеет важное практическое значение для выяснения агрессивных свойств воды и является важным биологическим фактором среды. Кроме того, значение рН определяет возможностьсуществования в природной воде отдельных соединений (СО₂, НСО₃^-, Н₂S, Si, P).

На предыдущую страницу