Презентация Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 3 онлайн

Содержание слайда: Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода (3) Продолжение

Содержание слайда: Окислительно-восстановительные процессы Под окислением понимаем процесс отдачи (восстановитель окисляется), под восстановлением – приема (окислитель восстанавливается) электронов. Большое значение этих процессов объясняется огромным энергетическим эффектом окислительно-восстановительных реакций, коренным образом меняющим геохимическую обстановку в водах.

Содержание слайда: Примеры реакций Фотосинтез: 106CO2 + 16NO3- + HPO42- + 122H2O +18H+ + 686 кал/моль ––> С106 H263 O110 N16 P +138O2; окисление сульфидов: FeS2 + 2H2O + 3O2 –––> 2SO42- + Fe2+ +4H+ +2e; окисление сероводорода: H2S –––> So + 2H+ +2e;

Содержание слайда: Примеры реакций сульфатредукция: SO4 2- + 2H2O + 2Cорг –––> H2S + 2HCO3-; SO4 2- + 2H + + 2Cорг –––> H2S + 2CO2; нитрификация – денитрификация: NH4 +, N2 <===> NO2-, NO3- окисление-восстановление железа: Fe2+, Fe3+ <===> Fe(OH)3 , Fe2O3 , Fe3O4

Содержание слайда: окислительно-восстановительный потенциал Eh Каждая природная вода характеризуется определенной величиной окислительно-восстановительного потенциала Eh, который, как и рН, определяется с помощью потенциометра или колориметрически. Еh может быть определен и для условий окисления и восстановления определенного элемента или иона.

Содержание слайда: Ео – нормальный (стандартный) потенциал реакции В земной коре окисление и восстановление, как правило, протекают при значениях окислительно-восстановительного потенциала, отличных от Е0. Нестандартные потенциалы Еh отвечают самым различным условиям давления, температуры, реакции (рН) и концентрации. Их можно рассчитать на основе термодинамических уравнений. Хотя Еh сильно отличаются от Е0, их соотношения для разных элементов нередко выдерживаются.

Содержание слайда: Примеры использования стандартных потенциалов Е0 для геохимических построений Щелочные и щелочноземельные металлы (Na, K, Ca) обладают низкими стандартными и нестандартными потенциалами Е0 и Еh (значительно ниже водорода) и переходят в состояние положительно заряженного катиона. Эти элементы являются сильными восстановителями, они разлагают воду, выделяя из нее водород. В земной коре они легко вступают в химические соединения. Неизвестны самородные Na, К, Са и т. д. Au и Pd, наоборот, с большим трудом отдают свои валентные электроны, их потенциалы положительные, они с трудом вступают в химические соединения и находятся преимущественно в самородном состоянии. Остальные элементы занимают промежуточное положение.

Содержание слайда: На величину Еh природных вод влияют свободный O2, Н2S, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mn4+, V3+‚ V5+‚ Н+, органические соединения и другие «потенциалзадающие компоненты». В природных водах Еh колеблется от +0,7 до —0,5 В. Поверхностные и грунтовые воды, со свободным O2, чаще всего характеризуются более узким интервалом Еh - от +0,150 до +0,700 В. Трещинно-грунтовые воды изверженных пород даже на глубине 250—300 м имеют Еh более 0. Для подземных вод, связанных c нефтяными залежами, Еh значительно ниже 0 (местами до -0,5 В). В этих условиях развиваются процессы восстановления SО42-, Fe3+ и других ионов.

Содержание слайда: Oкислительная и восстановительная среды Для каждого элемента окислительная и восстановительная среда характеризуется различным Еh (имеют значение также концентрация элемента в водах, их температура, рН и т.д.). Например, при Еh, равном 0,7 В, сильнокислая среда восстановительна для трехвалентного железа (Fe3+ -- > Fe2+) и окислительна для Cu2+, так как для восстановления Cu2+ в сильнокислой среде необходим более низкий Еh.

Содержание слайда: Смешение вод разного химического состава Большинство природных вод представляет собой сложные смеси по минерализации, составу, температуре, плотности и другим характеристикам. Еще А. Н. Огильви [1909] показал, что для таких смесей между содержанием отдельных компонентов С и общей минерализацией М существует линейная зависимость С = аМ+b где а и b — постоянные параметры (а — угловой коэффициент. b — отрезок на оси ординат).

Содержание слайда: Процесс смешения природных вод представляет собой более сложное физико-химическое явление. Прямолинейная зависимость А. Н. Огильви, по-видимому, описывает довольно редкие случаи и может использоваться лишь как методический прием при анализе результатов смешения, показывая, насколько естественный процесс отклоняется от идеального. Объемы смешивающихся природных растворов (в 1 л или кг) V = V1 + V2 = 1

Содержание слайда: Если с – концентрация г/л, то масса растворенного вещества Если с – концентрация г/л, то масса растворенного вещества cV = c1V1 + c2V2 если V2 = 1 – V1, то с = c1V1 + c2(1 – V1) Далее получаем долю одного из растворов для идеальных условий смешения (без физико-химических процессов) V1 = (c – c2)/(c1 – c2) И возможность расчета концентрации для идеальных условий сteor

Содержание слайда: Сравнивая фактические (сfact ) и полученные по уравнениям смешения (сteor) концентрации, судим о протекающих процессах, увеличивающих или уменьшающих содержание компонента в воде. Сравнивая фактические (сfact ) и полученные по уравнениям смешения (сteor) концентрации, судим о протекающих процессах, увеличивающих или уменьшающих содержание компонента в воде. K = сfact / сteor В общем случае смешение приводит к нарушению физико-химического равновесия между подземными водами и вмещающими породами.

Содержание слайда: При этом наиболее вероятными процессами являются либо переход растворенных компонентов в твердую фазу, либо переход компонентов твердой фазы в раствор, либо обменные реакции. При этом наиболее вероятными процессами являются либо переход растворенных компонентов в твердую фазу, либо переход компонентов твердой фазы в раствор, либо обменные реакции. Выпадение из раствора тех или иных составляющих, по существу, является началом процесса минералообразования, который может исходить как в поверхностных бассейнах, так и в подземных водах.

Содержание слайда: Примеры задач, решаемых с использованием уравнений смешения Примеры задач, решаемых с использованием уравнений смешения расчет глубинного стока; выявление процессов растворения; расчет процессов катионного обмена; расчет процессов сульфатредукции и т.д.