Kovy ve vodách

Např.:

Šíření chemických látek v kontaminovaných půdách je limitováno chemismem půdní vody a sorpčními rovnováhami mezi půdní vodou a tuhou fází.

Zkondenzovaná atmosférická vlhkost – padající srážky zprostředkovávají přestup chemických látek z atmosféry apod.

Studium chemických látek ve vodách má velký význam i z hlediska ostatních sfér prostředí (atmosféra, litosféra, pedosféra)

Voda velmi často zprostředkovává transport látek a determinuje chemické procesy v sférách prostředí.

Kovy ve vodáchKovy – prvky mající snahu předávat valenční elektrony, tj. tvořit jednoatomové kationty.

Prvky, které tuto vlastnost nemají jsou nekovy. Prvky ležící v periodické tabulce na hranici mezi kovy a nekovy a vykazující tedy některé vlastnosti kovů jsou označovány jako polokovy.

Kovy ve vodách

Těžké kovy – kovy s měrnou hmotností (hustotou) > 5000 kg.m-3

Označení „těžké kovy“ obecně není synonymem termínu „toxické kovy“, který zahrnuje pouze kovy s toxickými vlastnostmi – Hg, Cd, Pb, Cr, Ni, Be apod. (Be je toxický, avšak nikoli těžký kov)

Např. Fe a Mn jsou s ohledem na hustotu těžké kovy, nikoli však toxické (v koncentracích, v jakých se běžně vyskytují)

Esenciální kovy – mající biologickou funkci. Jsou součástí biomasy organismů, byť mohou být ve vyšších koncentracích toxické – Ca, Mg, K, Na, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Mo, Ni, W

Přirozený obsah kovů ve vodách (tzv. přírodní, resp. geogenní pozadí) je dán stykem s horninami a půdou – např. v okolí ložisek rud může být voda obohacována relativně vysokými koncentracemi kovů. Dalším přírodním zdrojem kovů ve vodách může být vulkanická činnost.

Nejvýznamnější Antropogenní zdroje kovů ve vodách (tj. antropogenní znečištění vod kovy):• Odpadní vody z těžby a zpracování rud, z hutí válcoven, povrchových úpraven kovů apod.

• Agrochemikálie

• Kalové deponie – tj. jejich vyluhování

• Kontakt se stavebními materiály, materiály potrubí apod.

Možným zdrojem kontaminace vod je také atmosférická depozice, nicméně koncentrace kovů v atmosférických srážkách jsou zpravidla významně nižší oproti např. odpadním vodám.

Kovy ve vodách – formy výskytu

Rozpuštěná forma

Komplexy s anorganickými nebo organickými ligandy

Jednoduché neasociované ionty – zpravidla málo zastoupeny

Nerozpuštěná forma

Kovy ve formě iontů nebo vysrážených koloidních částic hydroxidů, uhličitanů apod. adsorbované na tuhou fázi – na částice jílů sedimentů apod.

Nerozpuštěná (vysrážená) forma tj. málo rozpustná sloučenina

Kovy inkorporované do biomasy organismů

biomasadssražrozpcelk MMMMM ccccc

Imobilizace (přechod do nerozp. forem)• zvýšení pH (alkalizace) – srážení kovů jako hydratovaných oxidů• oxidace – oxidované formy jsou zpravidla méně rozpustné (Fe)• adsorpce

Remobilizace (resp. mobilizace)• snížení pH (acidifikace) - rozpouštění málo rozp. sloučenin kovů• redukce• komplexace – ligandy zabraňují vylučování málo rozp. sloučenin a mohou potlačovat adsorpci• desorpce

Kovy ve vodách

Požadavky na jakost vod z hlediska obsahu kovů

Analytický postup, který je zaměřen na stanovení jednotlivých forem chemické látky – kovu se nazývá speciace

Kovy ve vodách – vápník, hořčík

Přirozený původ:

• Rozklad hlinitokřemičitanů vápenatých a hořečnatých (anorit CaAl2Si2O8, chlorit Mg5Al2Si3O10(OH)8)

• Rozpouštění vápence CaCO3, dolomitu CaCO3.MgCO3, sádrovce CaSO4.2H2O apod.

Větší obohacení vod Ca a Mg je limitováno obsahem rozpuštěného CO2, který podstatně zvyšuje rozpustnost a zvětrávání uvedených minerálů

Antropogenní zdroje:Průmyslové vody z provozů, kde se sloučeniny Ca a Mg (Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3 apod.) používají k neutralizaci kyselin

Formy výskytu:V málo až středně mineralizovaných vodách převážně jako jednoduché ionty Ca2+, Mg2+

Ve vodách s vyšším obsahem hydrogenuhličitanů a síranů mohou tvořit iontové asociáty (komplexy):

[CaCO3(aq)]o, [CaHCO3]+, [CaSO4(aq)]o, [CaOH]+

Průměrná koncentrace Ca ve vodách se pohybuje v desítkách mg.l -1. Hmotnostní poměr průměrného obsahu Ca : Mg je cca 5, látkový poměr Ca : Mg pak 3 (MCa = 40, MMg = 24,3)

Málo rozpustné sloučeniny: CaCO3 – v krystalické formě kalcit, podvojný uhličitan CaMg(CO3)2, CaSO4 – anhydrit, CaSO4.2H2O – sádrovec, CaF2 apod.

MgCO3, hydratované hydroxid-uhličitany Mg4(CO3)3(OH)2.3H2O – hydromagnezit, Mg(OH)2 apod.

Kovy ve vodách – hliník

Přirozený původ:

• Rozklad jílových minerálů (anorit CaAl2Si2O8, albit NaAlSi3O8), kamencových břidlic

Antropogenní zdroje:Odpadní vody z povrchové úpravy hliníku apod.

Kyselá atmosférická depozice – snížení pH srážek v souvislosti s antropogenní činností je příčinou mobilizace hliníku v půdách a tedy vzrůstu koncentrace Al ve vodách.

Formy výskytu:Aquakomplexy, hydroxokomplexy (asociované molekulami vody)

Rozpuštěná forma hexaaquahlinitý kation [Al(H2O)6]3+ převažuje jen v kyselém prostředí. Při růstu pH vznikají hydroxokomplexy.

Uvedené komplexy se nazývají mononukleární hydroxohlinitany

Hydrolýza pokračuje polymeračními reakcemi – z mononukleárních vznikají polynukleární hydroxohlinitany (hydroxopolymery) různého složení a náboje

Kovy ve vodách – hliník

Polynukleární komplexy mohou mít lineární nebo sférickou strukturu.

Nízkomolekulární polyhydroxohlinitany jsou rozpuštěné, výšemolekulární mají koloidní charakter

V neutrálním nebo kyselém prostředí dále probíhá tvorba sulfatokomplexů [AlSO4]+, [Al2(SO4)2]2+, fosfatokomplexů [AlHPO4]+, fluorokomplexů.

V alkalickém prostředí dochází k transformaci na hydroxokomplexy

Z polynukleárních hydroxokomplexů se postupně tvoří tuhá fáze – hydratovaný oxid hlinitý Al2O3.xH2O

Kovy ve vodách – železo

Přirozený původ:

• Nejrozšířenější železné rudy - FeS2 pyrit, Fe2O3 krevel, Fe3O4 magnetovec, Fe2O3.H2O limonit, FeCO3 siderit. Významnější látkový tok Fe do vod je podmíněn rozpouštěním těchto rud vodami s vyšším obsahem CO2

Sulfidické rudy mohou oxidovat za přítomnosti chemolitotrofních mikrobů (biochemická oxidace)

Antropogenní zdroje:Odpadní vody ze zpracování Fe, korozní procesy

Formy výskytu:Formy výskytu rozpuštěného a nerozpuštěného Fe ve vodách závisejí na hodnotě pH, oxidačně-redukčním potenciálu akomplexotvorných látkách přítomných ve vodě.

FeII (v oxidačním stupniII) – v bezkyslíkatém (anoxickém) redukčním prostředí podzemních vod a v povrch. vodách u dna.

Rozpustnost FeII je limitována součinem rozpustnosti Fe(OH)2, FeCO3, příp. FeS

Kovy ve vodách – železo FeII

Při vyšší koncentraci CO2 je rozpustnost FeII v neutrální oblasti limitována součinem rozpustnosti FeCO3

Kovy ve vodách – železo FeII

Ve vodách s obsahem hydrogenuhličitanů jsou převládající formou výskytu rozpuštěného Fe II hydratované ionty Fe2+, dále hydroxokomplex [FeOH]+. Asociáty [Fe(OH)2(aq)]o a [Fe(OH)3]- se uplatňují až v silně alkalickém prostředí.

Při vyšších koncentracích Cl- při nižším pH se mohou tvořit chloroželeznatany [FeCl]+, v síranových vodách může být přítomen asociát [FeSO4(aq)]o