Файл: Сыдыков, Ж. С. Гидрохимические классификации и графики.pdf

Ионная форма анализов применяется в двух вариациях: ионно-весовой и ионно-процентной. В первом случае дается весовое содержание ионов, рассчитанное на определенный объем или вес воды (100 г, 1 кг, 1 л), а во втором выражается

содержание отдельных ионов в процентах от их общей сум­ мы; чаще употребляется первая. Лишь Ф. Кларк в своей фундаментальной сводке по геохимии использовал ионно­ процентную вариацию ионной формы.

Эта форма затрудняет применение графических способов выражения состава вод, совершенно исключает, например, употребление треугольных и квадратных графиков. Кроме того, крайне ограничены возможности использования ее в от­ дельном виде при решении генетических вопросов гидрогео­ химии. Поэтому она обычно употребляется не самостоятель­ но, а совместно с эквивалентной формой.

Эквивалентная форма выражения состава вод является самой распространенной и представляет собой выражение анализа в равноценных в реактивном отношении величинах. Ионы реагируют между собой не в равных весовых количест­ вах (грамм на грамм), а в количествах их эквивалентов, т. е. один эквивалент одного иона (например, Na') на один эквива­ лент другого иона (СГ). Содержание ионов, выраженное в эк­ вивалентной форме, обозначается знаком г (реагирующая ве­ личина), который ставится перед символом иона, например: rCl, гСа и т. д.

Эквивалент (или эквивалентный вес) иона равняется атомному, весу иона или молекулярному весу кислотного ра­ дикала, деленному на его валентность. Например, эквива­ лент иона Na* равен 23:1, а иона СГ— 35,5:1, т. е. на 23 ве­ совые единицы Na* приходится 35,5 весовых единиц СГ. Пос­ кольку при взаимоотношении отдельных ионов в растворе один эквивалент Na* соответствует одному эквиваленту СГ, то они реагируют между собой не в количестве 1 г Na’ на 1 г

СГ, а в соотношениях 23:35,5.

В целом сумма эквивалентов катионов (2гк) в растворе должна равняться сумме эквивалентов анионов (2 га), т. е.

2 гк= £ г а. Если этого не наблюдается, то, очевидно, при ана­ лизе не определен какой-нибудь элемент или допущены по­ грешности в количественном определении. Это обстоятельст­ во позволяет, используя эквивалентную форму, контролиро­ вать результаты анализа и вычислять содержание некоторых ионов (например, иона Na‘) без непосредственного аналити­ ческого их определения.

Эквивалентная форма анализов дает возможность полу­ чить более точное представление о химизме и химических свойствах подземных вод, позволяет уяснить происхождение

19

их состава и облегчает установление вероятного состава со­ лей, которые могут выпадать при выпаривании воды. Кроме того, эта форма является необходимым звеном в расчетах со­ держания возможных солевых компонентов водного раство­ ра, данных в весовой или молекулярной форме.

Эквивалентная форма, как и ионная, применяется в двух вариациях: эквивалентно-весовой (или эквивалентной) и эк­ вивалентно-процентной. В первой содержание различных ио­ нов выражается в граммах или миллиграммах и соответст­ венно она называется грамм-эквивалентной (сокращенно г-экв) или миллиграмм-эквивалентной (мг-экв).

Чтобы ионно-весовую форму пересчитать в эквивалентно­ весовую (или эквивалентную), необходимо содержание иона, выраженное в миллиграммах (или граммах), разделить на величину эквивалента иона (эквивалентный вес) или умно­ жить на пересчетный коэффициент, представляющий собой обратную величину эквивалентного веса иона (табл. 5).

Таблица 5.

Коэффициенты для пересчета миллиграммов основных ионов на миллиграмм-эквиваленты

Эквивалентно-процентная вариация эквивалентной фор­ мы (%-же) выражает содержание каждого иона в процентах от сумм катионов и анионов, обычно принимаемых за 10 0 %,

т. е. = Е г а=100% -экв. Эта вариация эквивалентной: фор­ мы наглядно представляет ионно-солевой состав вод, соотно­ шения между ионами и позволяет устанавливать основные черты их сходства,, различающиеся по величине минерализа­ ции. Кроме того, она дает широкие возможности (в противо­ положность ионной форме) использовать различные графики для изображения химического состава вод.

Однако, имея только процентно-эквивалентное выраже­ ние ионно-солевого состава вод, нельзя получить представле­ ние об абсолютном содержании в них: ионов.-Поэтому нельзя

20

ограничиться в анализах приведением лишь процент-эквива- лентной формы, а необходимо параллельно давать хотя бы величину общей минерализации воды в эквивалентно-весо­ вой и ионно-весовой формах. Пример такого параллельного изображения результатов химического анализа океаниче­ ской воды приведен в таблице 6.

Таблица 6

Выражения результатов анализа воды в различных формах

Эквивалентная форма выражения (весовая и процентная вариации) состава вод служит основой почти всех гидрохими­ ческих классификаций.

Молекулярная форма выражения состава, вод является промежуточной формой пересчета из ионного анализа в эк­ вивалентный и довольно часто применяется в ГДР, ФРГ и Австрии. Она выражает количество молекул солей или ионов, содержащихся в отдельной единице объема или веса воды. Переход из ионной и солевой форм в молекулярную произво­ дится делением весовых количеств содержащихся в воде со­ лей или ионов на их молекулярные веса. Для одновалентных ионов эквивалентная и молекулярная формы не отличаются между собой, а для двух-, трех- и многовалентных эквива­ лентная форма во столько же раз больше молекулярной.

Форма комбинирования отдельных ионов в группы при изображении состава вод впервые была применена Ч. Пальмером, в несколько иной вариации еще раньше — Ф. Клар­ ком. Она получила затем широкое применение в работах Н. Н. Славянова, А. С. Уклонского, Н. И. Толстихина, В. А. Сулина, В. А. Приклонского и др. ' .................

Комбинируя ионы по принципу Р. Фрезениуса, т. е. в по­ рядке убывания их химической активности (или в последо­ вательности: CP, SO4", НС03' и Na'„ Mg", С'а"), Ч. Пальмер

выделяет шесть солевых групп (характеристик), выражаю­ щих основные химические свойства вод (соленость, жест­ кость, щелочность и кислотность): первая (обозначается

21

символом Si), вторая (S2), третья (S3) соленость; первая (АО,

вторая (Аг) и третья (Аз) щелочность.

Первая соленость представлена солями сильных кислот и сильных оснований. В подземных водах это главным образом хлориды и сульфаты натрия. Вторая же соленость — это со­ ли сильных кислот и щелочноземельных металлов, которые соответствуют постоянной жесткости воды. Сюда относятся хлориды и сульфаты кальция и магния.

Первая щелочность представлена солями щелочных ме­ таллов и слабых кислот, которые придают воде щелочной (мягкий) характер. Наиболее распространенной из этих со­ лей в подземных водах является сода (ЫаНСОз), которая исключает образование второй солености, т. е. жесткости. Соли слабых кислот и щелочноземельных элементов (гидро­ карбонаты и карбонаты кальция и магния) образуют вторую щелочность, которая соответствует в подземных водах устра­ нимой жесткости.

Помимо отмеченных главных характеристик (групп со­ лей) в подземных водах выделяются S3 и Ао, встречающиеся

в природе редко и в очень малых количествах, так как обус­ ловлены присутствием ионов, не относящихся к числу глав­ ных. При этом третья соленость, которая придает воде кис­ лотные свойства, получается при соединении сильных анио­ нов и слабых катионов ионами трехвалентных металлов и протонами. Это главным образом хлориды и сульфаты желе­ за, алюминия, свободные соляные и серные кислоты. Третья щелочность соответствует соединениям слабых анионов с трехвалентными катионами. Значение этой группы солей в подземных водах ничтожно.

При вычислении характеристик Пальмера обычно исхо­ дят из процент-эквивалентной формы, пользуясь следующи­ ми формулами :

если (rC r+rSO p>rN a‘, то

Si = 2rNa'.; A t = 0; S2= 2(rCl'+rSO'—rNa‘);

A2= 2(rNa •+ rM g"+r0a-—rCl'—rSO4") = 2rHC03' ;

если же (rCl'+rS04") -<rNa', то

Si = 2(rCl'+rS04"); Ai = 2(rNa*—гСГ—rS04");

S2= 0 ; A2=:2(rCa■•+rMg*•).

Естественно, что применение методики комбинирования различных ионов в солевые группы сыграло в прошлом боль­ шую положительную роль в систематизации обширного ма­

22