Минерален състав
Минералният състав на водата е интересен с това, че отразява резултата от взаимодействието на водата като физическа фаза и жизнената среда с други фази (среда): твърда, т.е. крайбрежни и подлежащи, както и почвообразуващи минерали и скали; газообразен (с въздуха) и съдържащите се в него влага и минерални компоненти.
Минералният състав на водата в повърхностните водни тела е силно повлиян от химични реакции, протичащи в атмосферата и други среди с участието на съединения на азот, въглерод, кислород, сяра и др.
Когато съдържанието на сол е от 1 до 25 g/l, водата се счита за солена. Има две групи минерални соли, които обикновено се срещат в природните води. Както се вижда от таблицата, основен принос за минералния състав имат соли от първата група (те образуват така наречените "основни йони"), които се определят на първо място.
Таблица № 5. Основните компоненти на минералния състав на водата
Минерално съдържание на водата
Максимално допустима концентрация (МДК)
200 mg/l 200 mg/l 100 mg/l
1000 mg/l 500 mg/l 350 mg/l 100 mg/l
Тежки метали (сума)
2,5 mg/l 0,001 mmol/l 0,3 mg/l
45 mg/l 3,5 mg/l 0,1 mg/l
Съотношението на концентрацията във водата на основните йони определя видовете химичен състав на водата. В зависимост от преобладаващия тип аниони (25% еквивалент) се разграничават води от хидрокарбонатен клас, сулфат, хлорид. Понякога се изолират и води от смесен или междинен тип. Съответно сред катионите се разграничават групи от калциеви, магнезиеви, натриеви или калиеви води.
Карбонати и хидрокарбонати
Определянето се основава на тяхната реакция с водородни йони в присъствието на фенолфталеин (при определяне на карбонатни аниони) или метилоранжево (при определяне на бикарбонатни аниони) като индикатори. Използвайки тези два индикатора, е възможно да се наблюдават две точки на еквивалентност: в първата точка (рН 8,0-8,2), в присъствието на фенолфталеин, титруването на карбонатните аниони е напълно завършено, а във втората (рН 4,1-4,5) - бикарбонатните аниони.
Въз основа на резултатите от титруването е възможно да се определят концентрациите в анализирания разтвор на основните йонни форми, които определят консумацията на киселина (хидроксо-, карбонат- и бикарбонат-аниони), както и стойностите на свободната и общата алкалност на водата, т.к. те са в стехиометрична зависимост от съдържанието на хидроксилни, карбонатни и бикарбонатни аниони. За титруване се използват титрувани разтвори на солна киселина с точно известна концентрация от 0,05 N. или 0,1 n.
Дефиницията на карбонатни аниони се основава на реакцията:
в случай на наличие на хидроксоаниони в анализираната вода реакцията на неутрализация протича и по време на определянето на карбонатите:
Дефиницията на бикарбонатни аниони се основава на реакцията:
В зависимост от компонентите на алкалността са възможни следните опции за титруване:
Vph=0. Карбонати, както и хидроксоаниони, отсъстват в пробата и консумацията на киселина по време на титруване спрямо метилоранж може да се дължи само на наличието на въглеводороди.
Vf≠0 и 2Vf Vmo. В оригиналната проба няма бикарбонати. Пробата съдържа карбонати и хидроксоаниони. VOH=2Vph-Vmo; Vc=2(Vmo–Vf).
Vph \u003d Vmo. Както карбонатите, така и бикарбонатите отсъстват в оригиналната проба; консумацията на киселина се дължи на наличието на силни основи.
Наличието на свободни хидроксоаниони в значителни количества е възможно само в отпадъчните води.
Таблица № 6. Определяне на йонни форми, които определят консумацията на киселина върхутитруване
Връзка между Vph и Vmo
Принос на йонните форми към потреблението
Резултатите от титруване с фенолфталеин и метилоранж позволяват да се изчисли алкалността на водата, която е числено равна на броя киселинни еквиваленти, използвани за титруване на 1 литър проба. В същото време консумацията на киселина по време на титруване с фенолфталеин характеризира свободната алкалност, а с метилоранж - общата алкалност.
Сулфатите присъстват в почти всички повърхностни води и са сред най-важните аниони. Основният източник на сулфати в повърхностните води са процесите на химическо изветряне и разтваряне на съдържащи сяра минерали, главно гипс, както и окисляването на сулфиди и сяра:
Значителни количества сулфати навлизат във водни тела в процеса на умиране на организми, окисляване на земни и водни вещества от растителен и животински произход и с подземно оттичане. Големи количества сулфати се намират в минни води и в промишлени отпадъчни води от индустрии, които използват сярна киселина, като окисляването на пирит. Сулфатите се изнасят и с отпадъчни води от комунални услуги и селскостопанско производство.
Йонната форма SO4 2- е характерна само за слабоминерализирани води. С увеличаване на минерализацията сулфатните йони са склонни да образуват стабилни свързани неутрални двойки като CaSO4, MgSO4.
Съдържанието на сулфатни йони в разтвора е ограничено от относително ниската разтворимост на калциевия сулфат (разтворимост на калциевия сулфат PR=6,1·10 -5 ). При ниски концентрации на калций, както и в присъствието на чужди соли, концентрацията на сулфати може да се увеличи значително.
Сулфатите участват активно в сложния цикъл на сярата. При липса на кислород подпод действието на сулфат-редуциращи бактерии, те се редуцират до сероводород и сулфиди, които, когато се появи кислород в естествената вода, отново се окисляват до сулфати. Растенията и другите автотрофни организми извличат сулфати, разтворени във вода, за да изградят протеини.
Повишените нива на сулфат влошават органолептичните свойства на водата и имат физиологичен ефект върху човешкия организъм. Тъй като сулфатът има слабителни свойства, максималната му допустима концентрация е строго регламентирана от разпоредбите. Много строги изисквания за съдържанието на сулфати се налагат на водоснабдяващите парни електроцентрали, тъй като сулфатите в присъствието на калций образуват силен мащаб. Вкусовият праг за магнезиев сулфат е от 400 до 600 mg/l, за калциев сулфат - от 250 до 800 mg/l. Наличието на сулфат в индустриалната и питейната вода може да бъде както полезно, така и вредно. ПДК за сулфати е 500 mg/l.
Не е наблюдавано, че сулфатът в питейната вода влияе върху процесите на корозия, но когато се използват оловни тръби, концентрации на сулфат над 200 mg/l могат да доведат до просмукване на олово във водата. Методът за определяне на масовата концентрация на сулфатен анион се основава на реакцията на сулфатни аниони с бариеви катиони за образуване на неразтворима суспензия на бариев сулфат:
Концентрацията на сулфатни аниони се определя от количеството суспензия на бариев сулфат, което се определя чрез турбидиметричен метод. Най-простият вариант на турбидиметричния метод се основава на измерване на височината на суспензионната колона чрез нейната прозрачност и е приложим при концентрация на сулфатен анион най-малко 30 mg/l.
Хлоридите са преобладаващият анион в силно минерализираните води. Концентрацията на хлориди в повърхностните води е обект на изразени сезонни колебания,корелиращи с промените в общата минерализация на водата. Основните източници на хлориди са магматични скали, които включват минерали, съдържащи хлор (содалит, хлорапатит и др.), Солоносни находища, главно халит. Значителни количества хлориди навлизат във водата в резултат на обмен с океана през атмосферата, взаимодействието на атмосферните валежи с почвите, особено солените, а също и по време на вулканични емисии. Все по-голямо значение придобиват промишлените и битови отпадъчни води.
За разлика от сулфатните и карбонатните йони, хлоридите не са склонни да образуват свързани йонни двойки. От всички аниони хлоридите имат най-висока миграционна способност, което се обяснява с тяхната добра разтворимост, слабо изразена способност за сорбция от суспендирани вещества и консумация от водни организми. Повишеното съдържание на хлорид влошава вкуса на водата, прави я неподходяща за питейно водоснабдяване и ограничава използването й за много технически и стопански цели, както и за напояване на земеделски земи. Ако в питейната вода има натриеви йони, тогава концентрацията на хлорид над 250 mg/l придава на водата солен вкус. Концентрациите на хлориди и техните колебания, включително дневните колебания, могат да служат като един от критериите за замърсяване на резервоар с битови отпадъчни води.
Няма доказателства, че високите концентрации на хлориди имат вредно въздействие върху хората. ПДК е 350 mg/l.
Методът за определяне на масовата концентрация на хлоридния анион се основава на титруването на хлоридните аниони с разтвор на сребърен нитрат, което води до образуването на суспензия от слабо разтворим сребърен хлорид:
Като индикатор се използва калиев хромат, който реагира с излишък от сребърен нитрат, за да образува оранжево-кафява утайка.сребърен хромат:
Този метод се нарича аргентометрично титруване. Титруването може да се извърши в рамките на pH 5,0-8,0.