Формирование химического состава подземных вод Cтроение молекулы

Формирование химического состава подземных вод

Cтроение молекулы воды • а- диполь воды • b – водородная связь обусловливают уникальные свойства воды

Уникальные свойства воды

Водородная связь • Две поделенные электронные пары участвуют в образовании двух полярных ковалентных связей, а оставшиеся две неподеленные пары электронов тоже играют важную роль в свойствах воды. • Все заместители у атома кислорода, включая неподеленные пары, стремятся расположиться как можно дальше друг от друга. Это приводит к тому, что молекула приобретает форму искаженного тетраэдра с атомом кислорода в центре. • В четырех вершинах этого "тетраэдра" находятся два атома водорода и две неподеленные пары электронов. • Но если смотреть только по центрам атомов, то получается, что молекула воды имеет угловое строение, причем угол Н–О–Н составляет примерно 105 градусов.

Водородная связь • Энергия водородной связи Н---О воды (H 2 O)2 составляет 21, 5 к. Дж/моль, а ее длина 2, 04 А. Таким образом, эти связи более длинные и примерно в 10 -20 раз менее прочные, чем обычные ковалентные, но именно они заставляют воду быть жидкостью или льдом (а не газом) в обычных условиях. Водородные связи разрушаются только тогда, когда жидкая вода переходит в пар. • В жидкой воде молекулы связаны между собой лишь в отдельные агрегаты из нескольких молекул. Эти агрегаты могут свободно двигаться рядом друг с другом, образуя подвижную жидкость. Но при понижении температуры упорядоченность становится все больше и больше, а агрегаты – все крупнее. Наконец, образуется лед. • В кристалле льда между молекулами остаются пустоты. Объем пустот чуть больше, чем размер отдельной молекулы Н 2 О. Поэтому лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода и плавает на поверхности. Большинство же других веществ при замерзании увеличивает свою плотность.

Возникновение водородных связей • • Для возникновения водородных связей важно, чтобы в молекулах вещества были атомы водорода, связанные с небольшими, но электроотрицательными атомами, например: O, N, F. Это создает заметный частичный положительный заряд на атомах водорода. С другой стороны, важно, чтобы у электроотрицательных атомов были неподеленные электронные пары. Когда обедненный электронами атом водорода одной молекулы (акцептор) взаимодействует с неподеленной электронной парой на атоме N, O или F другой молекулы (донор), то возникает связь, похожая на полярную ковалентную.

Факторы формирования - это естественные или искусственные причины, определяющие возникновение и протекание гидрогеохимических процессов в земной коре. Физико-химические факторы: свойства воды и водных растворов, химических элементов и их соединений; Физические: температура, давление, гравитация, радиоактивность; Физико-географичекие: климат (осадки и испарение, температура), рельеф, поверхностные воды, почвенно-растительный покров; Геолого-гидрогеологические: тектоника, магматизм и метаморфизм, состав пород, фильтрационные свойства пород; Микробиологические: микрофлора и микрофауна; Антропогенные (техногенные): промышленные и с/х предприятия, коммунально-бытовые отходы и др.

Гидрогеохимические процессы Ионный обмен Растворение и выщелачивание Испарение Вымораживание (криогенное концентрирование) Высаливание Сорбционные процессы Окислительновосстановительные процессы Гидролиз и гидратация

Окислительно-восстановительные процессы ОКИСЛЕНИЕ – переход элементов с низкой валентностью в высоковалентные Fe. S 2 + n. H 2 O + m. O 2 Fe. SO 4 Fe 2(SO 4)3 Fe(OH)3 + H 2 SO 4 ВОССТАНОВЛЕНИЕ – элементы с высокой валентностью переходят в соединения с более низкой валентностью Me. SO 4 + 2 C = Me. S + 2 CO 3 Na 2 SO 4 + 2 C + H 2 O = Na 2 CO 3 + H 2 S + CO 2 переходит в р-р, повышает щелочность подземных вод Ca. SO 4 + 2 C + H 2 O = Ca. CO 3 + H 2 S + CO 2 кальцит не растворим, ухудшает проницаемость пород

Гидратация ГИДРАТАЦИЯ – химическое присоединение воды к минералам горных пород с образованием новых минералов (гидроокислов и гидросиликатов) Fe 2 O 3 + n H 2 O Fe 2 O 3 ×n. H 2 O гематит лимонит Cа. SO 4 + 2 H 2 O Ca. SO 4 × 2 H 2 O ангидрит гипс

Гидролиз ГИДРОЛИЗ алюмосиликатов – обменное разложение вещества под влиянием гидролитической диссоциации воды, сопровождающееся разрушением одних и образованием других минералов K[Al. Si 3 O 8] + n H 2 O + CO 2 K 2 CO 3 + Al 4 [Si 4 O 10](OH)8 + в р-р каолинит Si. O 2×n. H 2 O опал Дальнейший гидролиз каолинита приводит к его полному разложению и образованию латерита Al 4 [Si 4 O 10](OH)8 H 2 Al 2 O 4 + Si. O 2 + n. H 2 O каолинит латерит

Обобщенная схема гидролиза Полевые шпаты гидрослюды каолинит латерит Оливин Роговая обманка Пироксен гидрослюды бейделит латерит

Гидрогеохимические процессы

Гидробиохимические процессы Сульфофикация (аэробные условия) Сульфатредукция (анаэробные условия)