Přírodní voda disperzní systém obsahující řadu...

Přírodní vodaPřírodní voda disperzní systémdisperzní systém obsahující řadu látek anorganického i organického původu

Hydrochemie – obecné složení vod

Přechod mezi systémy je plynulý – obtížné určení hranic předevšímmezi a analytickými a koloidními disperzemiPlatí dohoda, že látky procházející filtrem 0,45 µm jsou rozpuštěné

Analyticky disperzní (rozpuštěné látky) – Ø < 10-8 mmangan; nízkomolekulární organické látky (peptidy, fulvokyseliny ...);mikropolutanty = pesticidy, polychlorované bifenyly (PCB), polyaromatické uhlovodíky (PAU), těžké kovy, ...

Koloidně disperzní - Ø = 10-6 - 10-8 m hlinitokřemičitany, amorfní oxid křemičitý, huminové kyseliny, polysacharidy, proteiny, řasy, sinice, bakterie, viry

Hrubě disperzní (nerozpuštěné látky) - Ø > 10-6 mzrna písku a půdy, nerozložený biologický materiál, mikroorganismy

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, 2012

1

= heterogenní systémy složené z několika fází– jednotlivé dispergované částice nejsou volné molekuly, ale shluky mnoha molekul, kterým lze přisoudit veškerétermodynamické vlastnosti fáze

– vznik fázového rozhraní je podmíněn nerozpustností (velmi malou rozpustností) jedné fáze ve druhé

– vlastnosti: vysoký stupeň disperzity, rozptyl světla, opalescence (Tyndallův jev), pomalá difúze, malý osmotický tlak, možná dialýza, agregátní nestálost, Brownův pohyb, obvykle elektroforetické vlastnosti

– často mezi koloidy řadíme i pravé roztokyvysokomolekulárních látek, ALE částice v nich obsažené se neskládají z množství malých molekul jsou to jednotlivémolekuly


Koloidní disperzeKoloidní disperzeH

ydro

che

mie

–2.

pře

dn

áška

2



Koloidní disperzeKoloidní disperze

1) hydrofobní koloidy– nemají schopnost molekulárně interagovat s vodou (např. pomocí vodíkové vazby) => mají ostře vymezené fázové rozhraní

– jsou tvořeny převážně anorganickými látkami, nevznikajísamovolně a bez dodatečné stabilizace jsou termodynamicky nestálé

2) hydrofilní koloidy– mohou molekulárně interagovat s vodou, fázové rozhraní je rozprostřeno do větších šířek

– většinou jsou tvořeny vysokomolekulárními organickými látkami, vznikají samovolným rozpouštěním a jsou termodynamicky stabilní – často se označují jako „koloidní roztoky“

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

3



Koloidní disperzeKoloidní disperze

3) asociativní (micelární) koloidy– vznikají spojováním molekul povrchově aktivních látek – jsou tvořeny jak lyofilní tak lyofobní částí– v povrchových vodách např. soli mastných kyselin nebo saponáty (alkylsulfáty, alkylbenzensulfonany)

4) gely– mají schopnost přecházet z kapalné formy do pevného stavu –tvorba pevných trojrozměrných síťových struktur

– tvořit gely mohou některé lyofobní a řada lyofilních koloidů, např. intracelulární polysacharidy

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

4



o jílové minerály (hlinitokřemičitany), amorfní oxid křemičitý, hydratované oxidy kovů (hydrolyzovaná destabilizační činidla)

o mikroorganismy (řasy, sinice)o huminové látky, polysacharidy, proteiny

AFM snímek huminových kyselin nanesených na povrch slídy pomocí „spin-coating“ SEM snímek huminových částic

na 100-nm Nuclepore filtru

Co

pyr

igh

t Fo

rsch

un

gsz

en

tru

mD

resd

en

Co

pyr

igh

t Fo

rsch

un

gsz

en

tru

mD

resd

en

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

5



Co

pyr

igh

t h

ttp

://t

ox

ics.

usg

s.g

ov/

hydratovaný oxid železitý

kaučukové částice

Copyright Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz

částice kaolínu

Co

pyr

igh

t D

en

tiss

e, I

nc.

, In

dia

na

proteiny a koloidní částice Ric

har

dso

n, W

. D.,

Mill

s, A

. D.,

Dilw

ort

h, S

. M.,

Lask

ey,

R

. A. a

nd

Din

gw

all,

C. (

198

8):

Ce

ll 52

, 655

–66

4.

Co

pyr

igh

t C

ell

Pre

ss

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

6



částice kaolínu

proteiny a koloidní částice

většina částic obsažených ve vodě nese povrchový náboj

– charakter a velikost náboje určuje povahu a míru interakcímezi částicemi = ovlivňuje jejich agregátní stabilitu

– původ náboje je dán:

a) rozpouštěním iontů

b) povrchovou ionizací

c) izomorfní substitucí

d) specifickou adsorpcí iontů

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

7



částice kaolínu


RozpouRozpouššttěěnníí iontiontůů

málo rozpustné sloučeniny (uhličitan vápenatý, jodid stříbrný atd.)

– rozdílná rozpustnost iontůAg+ větší tendence vstupovat do vodné fáze než I- , částice AgIpozvolna získávají záporný náboj

– změnou koncentrace Ag+(např. přídavkem NaI) nebo I- (např. přídavkem AgNO3) lze měnit povrchový náboj AgI tak, že celkový povrchový náboj částice bude nulový – nulový bod náboje (NBN)

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

8



částice kaolínu


PovrchovPovrchováá ionizaceionizace – organické látky– kyselé nebo zásadité funkční skupiny na povrchu, které v závislosti na pH mohou přijímat nebo odevzdávat protony (H+)

– např. proteiny obsahují kyselé karboxylové (COOH) i zásadité aminové(NH2) skupiny – disociace v závislosti na pH roztoku

– nízké PH – karboxylové skupiny nedisociují

– aminové skupiny jsou protonované

– vysoké PH – karboxylové skupiny disociují

– aminové skupiny nejsou protonované

R C H

N H 3

+C O H

O

R C H

N H 3

+C O

O

R C H

N H 2

C O

O

N B N

r o s t o u c í p H

0

+

-

0

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

9



částice kaolínu


PovrchovPovrchováá ionizaceionizace –– organickorganickéé lláátkytky

– izoelektrický bod = hodnota pH, při které je počet kladně nabitýcha záporně nabitých skupin v rovnovážném stavu

Povrchová ionizace – oxidy kovů– např. Al2O3, Fe2O3, TiO2tvorba amfoterních skupin Al-OH, Fe-OH na jejich povrchu

M OH2

+M OH M O

NBN

rostoucí pH

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

10



částice kaolínu


IzomorfnIzomorfníí substitucesubstituce

– přebytek náboje koloidních částic (jílové minerály – kaolinit)

– střídání tetraedrických vrstev Si s oktaedrickými vrstvami Al

– ve vstvách křemíku mohou být kationty Si4+ nahrazeny kationty Al3+a ve vrstvách hliníku kationty Al3+ např. Mg2+

– výměna Si za Al vede k přebytku záporného náboje, který musí být vyvážen vhodným počtem kompenzujících kationtů,např. Ca2+ (nejsou v mřížce kaolinitu, zůstávají pohyblivé)

– tzv. kation-výměnné vlastnosti jílů

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

11



částice kaolínu


SpecifickSpecifickáá adsorpce iontadsorpce iontůů

– v případě, že koloidní částice nemá vlastní náboj ani ionizovatelnéskupiny může získat náboj specifickou (tj. jinou než elektrostatickou)adsorpcí iontů z roztoku

– např. adsorpce iontů povrchově aktivních látekhydrofobní uhlovodíková částminimalizuje kontakt s vodou adsorpcí na hydrofobníkoloidní částici bez náboje a hydrofilní ionizovaná část s nábojem určuje náboj koloidní částice

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

12



Analytické disperze Analytické disperze –– pravé roztokypravé roztokyLátky rozpuštěné:

1) Iontově (např. Ca2+, Mg2+, Na+, K+, SO42-, Cl-, NO3

-, HCO3-)

2) Neiontově (sloučeniny Si, B, plyny – O2, CO2)

Dělení podle kvantitativního zastoupení:

1) Makrokomponenty

2) Mikrokomponenty – c < 1 mg/l, resp. < 0,02 mmol/l

3) Stopové látky – c < 1 µg/l, resp. < 0,02 mmol/l

Vlastnosti mikrokomponentů:

1) Sorpce na tuhých fázích (hlinitokřemičitany, sedimenty, kaly,hydratované oxidy kovů atd.)

2) Tvoří koloidní disperze, netvoří sraženiny3) Pomalé ustavování reakční rovnováhy

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

13



Koncentrace celkových, rozpuštěných a nerozpuštěných látekKoncentrace celkových, rozpuštěných a nerozpuštěných látek– skupinové stanovení sušiny celk., rozp. a nerozp. látek (mg/l);ztráty sušiny žíháním - T = 550 °C (mg/l nebo jako % ze sušiny)

Koncentrace celkových látek (CL)Koncentrace celkových látek (CL)- součet koncentrací netěkavých a nerozkládajících se rozpuštěných a nerozpuštěných látek za uvedené teploty

Stanovení: odpařením vzorku vody na vodní lázni a vysušením odparku při T = 105 °C (CL105)

Koncentrace rozpuštěných látek (RL)Koncentrace rozpuštěných látek (RL)- součet koncentrací netěkavých a nerozkládajících se rozpuštěných látek za uvedené teploty

Stanovení: odpařením filtrovaného (0,45 µm) vzorku vody na vodní lázni a vysušením odparku při T = 105 °C (RL105)

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

14



Stanovení rozpuštěných látek ~ obsah veškerých anorganických látek

Může docházet ke značné chybě!

- při odpařování a sušení vzorku se některé anorg. l. hydrolyzují, případně rozkládají

- hydratační nebo okludovanou vodu nelze vždy kvantitativně odstranit

Rozklad hydrogenuhličitanů - ztráta hmotnosti uvolněním CO2

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2

Vznik hydroxid chloridu rozkladem chloridu hořečnatého – ztráta cca 145 mg hořčíku na 100 mg chloridů

MgCl2 + H2O = Mg(OH)Cl + HCl

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

15


Celková mineralizaceCelková mineralizace

1) součet hmotnostních koncentrací všech rozp. anorg. tuhých látek

Σρ (mg/l)

2) součet látkových koncentrací všech rozp. anorg. tuhých látek

Σc (mmol/l)

- vystihuje počet iontů či molekul bez ohledu na jejich hmotnost- není závislý na formě výskytu dané složky (Si – SiO2, P – PO4

3-)

při stanovení celkové mineralizace se započítávají pouze makrokomponenty

Hydrochemie – obecné složení vodH

ydro

che

mie

–2.

pře

dn

áška

16



Mineralizace přírodních vodMineralizace přírodních vod

Kategorie vod Σc (mmol/l) Σρ (mg/l)

S velmi malou mineralizací do 2 do 100

S malou mineralizací 2-4 100-200

Se stření mineralizací 4-10 200-500

Se zvýšenou mineralizací 10-20 500-1000

S velkou mineralizací nad 20 nad 1000

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

17



U vod s vysokým organickým znečištěním (odpadní vody) se kromě RL

stanovují také rozpuštěné anorganické soli (RAS)

rozpuštěné látky žíhané (RL550)

- dojde ke spálení organického uhlíku – zbytek anorg. l.

Podhodnocení reality v důsledku:

1) sublimace amonných solí

2) ztráta hydratační vody

3) rozklad NO3-

4) rozklad MgCO3

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

18



Nerozpuštěné látky (NL)Nerozpuštěné látky (NL)

v přírodních vodách nejčastěji hlinitokřemičitany

hydratované oxidy kovu (Fe, Mn, Al)

fytoplankton

zooplankton

organický detritNLNL

– usaditelné (suspenze – suspendované látky)

- neusaditelné (koloidní látky)

- „vzplývavé“

Pozn. Suspended solids (particulate matter) – všechny nerozpuštěné látky větší než 2 µm,

tj. látky usaditelné

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

19



Formy výskytu látek ve vodách Formy výskytu látek ve vodách

různé formy látek (speciace) různé vlastnosti

formy výskytu prvků ve vodách jsou výsledkem protolytických,

komplexotvorných, redoxních a polymeračních reakcí

Distribuci forem lze zjistit:

1) Řešením chemických rovnováh (chemická termodynamika)

2) Experimentálně tzv. speciační analýzou

- ISE (iontově selektivní elektroda)

- anodická rozpouštěcí voltametrie

- dělící metody (extrakce, sorpce, LC, elektroforeza atd.)

vliv např. na toxicitu, bioakumulaci, sorpci, migraci atd.

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

20



Příklady rozdílných vlastností jednotlivých forem - toxicita

NH3 x NH4+

H2S x HS- x S2-vyšší toxicita nedisociovaných forem

CN- x kyanokomplexy

F- x fluorokomplexyvyšší toxicita jednoduchých iontů

(čím stabilnější komplex, tím méně toxický)

organokovové sl. rtuti (alkylderiváty)

x

anorg. sl. rtutivyšší toxicita organokov. sl.

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

21



Vyjadřování kvalitativního složení vodVyjadřování kvalitativního složení vodNejednotnost ve vyjadřování složení vod

např. běžně se uvádí sulfidická síra jako koncentrace H2S – chybné!

– síra v ox. st. II. jako H2S, HS-, S2-

Optimální stav - vyjadřování prvků (kovů i nekovů) v elementární formě

s rozlišeným oxidačním stupněm, např. síru jako SVI, SII,

železo jako FeII, FeIII

Celková koncentrace – CT (T – total)

- např. při bilanci dusíku, fosforu atd.

PT = Porg + Panorg = Porg + P(PO43-) + P(poly)

NT = Norg + Nanorg = Norg + N(NH4+) + N(NO2

-) + N(NO3-)

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

22



Vyjadřování kvantitativního složení vodVyjadřování kvantitativního složení vod

1) Hmotnostní koncentrace – ρ [mg.l-1]

2) Látková koncentrace – c [mmol.l-1]

Výhody látkové koncentrace:

- nezávisí na formě výskytu

- je úměrná počtu reagujících částic

(chemická reaktivita je závislá na počtu částic dané látky nikoli na jejich hmotnosti)

- stejné látkové koncentrace znamenají stejný počet částic daných látek (počet částic na 1mol je dán Avogadrovou konstantou - 6,022 . 1023 mol-1)

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

23



látková koncentrace

X

hmotnostní koncentrace

Příklad:

1 mg.l-1 fenolu (M = 94 g.mol-1) = 10,6 µmol.l-1

1mg.l-1 dodecylsulfátu sodného

(M = 288 g.mol-1) = 3,46 µmol.l-1

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

24


Hydrochemie – anorganické látky ve vodách

Anorganické látky ve vodáchAnorganické látky ve vodách

převážně jako kationty: Ca2+, Mg2+, Na+, K+

převážně jako anionty: HCO3-, SO4

3-, Cl-

převážně v neiontové formě: Si, B

většina prvků je přítomna jako kationty, anionty i neelektrolyty

Členění podle elektronové konfigurace na:

1) kovy

2) polokovy

3) nekovy

Pozn.: kov - počet elektronů nejvyšších zaplňovaných orbitalů ≤ číslu periody do níž prvek patří

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

25



KovyKovy

-těžké - ρ > 5000 kg.m-3, jejich soli se srážejí sulfidem sodným

- toxické - není synonymum pro těžké

beryllium – toxický kov, ale není kov těžký

železo a mangan jsou těžké kovy, ale nejsou toxické

- např. Hg, Cd, Pb, As, Se, Cr, Ni, Be, Ag, Sb

- esenciální – mají biologické funkce, jsou běžnou součástí biomasy

- např. Ca, Mg, K, Na, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Mo, Ni, W, Se

- některé jsou ve větším množství toxické

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

26



Dělení kovů a polokovů podle hygienické závadnosti:

1) Toxické (viz výše)

2) S karcinogenními nebo teratogenními účinky (As, Cd, CrVI, Ni, Be)

3) Chronicky toxické (Hg, Cd, Pb, As)

4) Ovlivňující organoleptické vlastnosti (chuť, barvu) vody (Mn, Fe, Cu)

Příčiny toxicity:

1) Afinita k reaktivním skupinám enzymů (amino-, imino- a thio- skupiny)

2) Tvoří cheláty s organickými látkami v buňkách

– pravděpodobně hlavní příčina bioakumulace kovů (Hg, Pb, Se, Cu)

3) Katalyzují rozklad koenzimů (lanthanoidy rozkládají ADP)

4) Inkorporace do látek tvořících buněčné stěny (Au, Cd, Cu, Hg, Pb)

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

27



Další vlastnosti kovů:

1) Tvorba komplexní sloučenin – odlišné vlastnosti od jednoduchých iontů

např. s organickými látkami přírodního původu (NOM)

2) Katalyzují chemické reakce ve vodách

např. oxidačně-redukční reakce

Cu, Co, Ni – značně urychlují oxidaci FeII a MnII

Cu – katalýza chemické redukce NO3-

3) Mnohé podléhají biochemickým transformacím - biomethylacím

- bakteriální přeměna HgII na methylrtuť CH3Hg+ a dále

až na těkavou dimethylrtuť (CH3)2Hg

- bakteriální oxidace FeII a MnII na hydratované oxidy Fe a Mn

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

28



Akumulace v tuhých fázích (sedimentech) Akumulace v tuhých fázích (sedimentech) –– imobilizační procesyimobilizační procesy

1) Alkalizace vody

- srážení kovů ve formě hydratovaných oxidů, uhličitanů nebo sulfidů

2) Oxidace

- kovy ve vyšších ox. st. se snáze hydrolyzují a vylučují jako sraženina

např. hydratovaný oxid železitý

3) Adsorpce na tuhých fázích

- adsorpce kovů na hlinitokřemičitanech, hydratovaných oxidech atd.

4) Inkorporace do biomasy

- aktivní transport kovů do buňky

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

29


1) Pokles pH

- rozpouštění málo rozpustných sloučenin kovů


Uvolňování z tuhých fází Uvolňování z tuhých fází –– remobilizačníremobilizační procesyprocesy

2) Redukce

- sloučeniny kovů jsou zpravidla rozpustnější v redukované formě

3) Komplexace

- komplexní sloučeniny s org. l. jsou v rozpuštěné formě

4) desorpce

- souvisí s redukcí, kdy dochází k uvolňování dříve sorbovaných kovů

5) Uvolňování z odumřelé biomasy

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

30


Hydrochemie – anorganické látky ve vodách: Na, K, Ca, Mg, Sr, Ba

obsah v zemské kůře: Na ~ 2,5 hmot.% K ~ 2,5 hmot.%Ca ~ 0,035 hmot.%Mg ~ 0,020 hmot.%

GenezeGeneze Na a KNa a Kzvětrávání některých hlinitokřemičitanů, např. albitu NaAlSi3O8 nebo ortoklasu KAlSi3O8 a slíd

vyluhování Na ze solných ložisek a K z tzv. odklizovacích draselných solí (karnalitu, kainitu, polyhalitu), které převrstvují ložiska kamenné soli

výměna iontů Ca2+ za Na+ při styku vody s některými jílovými minerály

antropogenní zdroje:průmyslové odpadní vody – výroby obsahující NaCl nebo Na2SO4

(neutralizace, vysolování), výroba draselných a sodných solí, výroba a aplikace draselných hnojiv, odpady z regenerace iontoměničů

městské odpadní vody – vylučování Na a K močí, posyp komunikací v zimě

4 základní kationty přírodních a užitkových vod

Na, K, Ca, Mg, Sr, BaNa, K, Ca, Mg, Sr, Ba

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

31



albit NaAlSi3O8

ortoklas KAlSi3O8

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

32



Výskyt Na a KVýskyt Na a Kjednoduché kationty Na+ a K+

při vysoké koncentraci síranů (důlní vody) a uhličitanů (alkalické vody) – výskyt iontových asociátů [NaSO4]-, [KSO4]-, [NaHCO3]0, [NaCO3]-

v podzemních a povrchových vodách vždy více sodíku než draslíku(důvod: větší sorpce K+ na půdní minerály, přednostní odčerpávání K+

rostlinami)

POZOR: poměr Na : K – jiné hodnoty pro hmotnostní a látkovékoncentrace

látkový poměr Na : K = 1 odpovídá hmotnostnímu poměru asi 0,59 !!!!!

atmosférické vody – setiny – desetiny mg/l Na (K)podzemní a povrchové vody – jednotky – desítky mg/l Na (K)minerální vody – tisíce mg/l Na, > 100 mg/l Ksvětové oceány – průměr 10 g/l Na a 0,4 g/l

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

33



Vlastnosti a význam Na a KVlastnosti a význam Na a Kpodzemní a povrchové vody – není hygienický význam, koncentrace není limitována

pitné vody – MH (Na) = 200 mg/l

kojenecká a stolní voda - MH (Na) = 100 mg/l

minerální vody s vyšším obsahem Na a HCO3- léčba žaludečních chorob a

chorob žlučových cest

kotelní voda – limit – nánosy uhličitanů i Na2O.R2O3.xSiO2.yH2O

voda pro závlahu – limitován poměr Na : ΣΣΣΣ(Ca+Mg) (velké koncentrace Na při deficitu Ca a Mg – zasolení půd)

vody obsahující K = slabě radioaktivní (K v přírodě obsahuje asi 0,011 hmot.% radioaktivního izotopu 40K – emise záření β a γ)

Na a K – úloha při klasifikaci chemického složení vod, při úvahách o genezi podzemních vod a při kontrole výsledků chemického rozboru

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

34



GenezeGeneze Ca a MgCa a Mg

rozkladem hlinitokřemičitanů vápenatých a hořečnatých (anortit CaAl2Si2O8, chlorit Mg5Al2Si3O10(OH)8)

rozpouštěním vápence CaCO3, dolomitu CaCO3.MgCO3, magnezitu MgCO3, sádrovce CaSO4.2H2O aj.

závislost koncentrace Ca a Mg v podzemních vodách na rozpuštěném CO2

antropogenní zdroje:průmyslové odpadní vody – neutralizace kyselin vápnem,

vápencem, dolomitem nebo magnezitem, odkyselování podzemních vod vápnem - Ca(OH)2 nebo filtrací přes odkyselovací materiály (CaCO3, MgCO3, MgO), stabilizace málo mineralizovaných vod přídavkem CaO a CO2

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

35



kalcit CaCO3

magnezit MgCO3

dolomit CaCO3.MgCO3sádrovec CaSO4.H2O

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

36



Výskyt Ca a MgVýskyt Ca a Mgmálo a středně mineralizované vody - jednoduché ionty Ca2+ a Mg2+

více mineralizované vody s vyšší koncentrací HCO3- a SO4

2-

- iontové asociáty, např. [CaCO3(aq)]0, [CaHCO3]+, [CaSO4 (aq)]0 a [CaOH]+, obdobně s hořčíkem

CaCO3(s) + H2O + CO2 = Ca2++ 2 HCO3-

atmosférické vody - koncentrace Ca a Mg < 1 mg/l

prosté podzemní a povrchové vody – Ca: desítky - několik set mg/l - Mg: jednotky – několik desítek mg/l

pitné vody ČR – průměr: 50 mg/l Ca, 10 mg/l Mg (Σ Ca+Mg = 1,7 mmol/l)

minerální vody – koncentrace Ca do 1 g/l (omezená rozpustnost CaCO3 a CaSO4)

Větší koncentrace rozpuštěného vápníku - jen při dostatečnékoncentraci rozpuštěného oxidu uhličitého!

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

37



Výskyt Ca a MgVýskyt Ca a Mg -- pokračovánípokračování

hořčík ve vodách obvykle méně zastoupen než vápník(důvod: Mg je v porovnání s Ca méně zastoupen v zemské kůře, dochází k sorpci Mg a k výměně iontů při styku vody s některými horninami a jílovými minerály, Mg je využíván rostlinami)

CaCO3(s) + H2O + CO2 = Ca2++ 2 HCO3-

prosté podzemní a povrchové vody

- běžně hmotnostní poměr Ca : Mg ~ 4 (látkový poměrjen 2,4)

minerální vody - hodnota poměru Ca:Mg se zmenšuje

rozpouštění CaCO3(s)

vylučování CaCO3(s)

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

38



Vlastnosti a význam Vlastnosti a význam CaCa a a MgMg

Tvrdost vodypojem používaný v hydrochemii a technologii vody ve spojitosti s Ca a Mgpojem zastaralý a nepřesný !!!

chybně přisuzuje vápníku a hořčíku stejné chemické i biologické vlastnosti, viz následující příklady:� tvorba inkrustů v potrubí - vápník závadnější než hořčík → stejnákoncentrace Σ(Ca+Mg) x různý poměr Ca:Mg - odlišné inkrustující účinky

� vápník - výraznější komplexační schopnosti než hořčík

� hořčík (narozdíl od vápníku) působí agresivně na beton

� hořčík nepříznivě ovlivňuje chuť pitné vody, vápník naopak příznivě

� dávkování CaO, CaCO3, CaSO4, CO2 a H2SO4 pro dosažení vápenato-uhličitanové rovnováhy z důvodu zpomalení koroze potrubí = původně„ztvrzování“ = chybné označení => lépe stabilizace vody

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

39



a) technologické hledisko:„tvrdost vody“ = koncentrace všech iontů kovů s vyšším nábojovým číslem, které se nepříznivě projevují v provozních vodách

b) analytické hledisko„tvrdost vody“ = součet látkových koncentrací buď Ca+Mg+Sr+Ba, nebo jen Ca+Mg (možno stanovit klasickou komplexometrickou metodou)

- někdy rozlišována tvrdost chloridová, síranová a dusičnanová (= chybné přičleňování aniontů ke kationtům) nebo tvrdost přechodná, stálá, uhličitanová a neuhličitanová (zastaralé, dnes se již nepoužívá)

Tvrdost vody - nejednotná definice

alternativní vyjadřování tvrdosti vody:Německý stupeň (°něm, °DH, °dH) = konc. 10 mg CaO, resp. 7,2 mg MgO v 1 litru vodyAnglický stupeň (°Clark) = konc. 14,3 mg CaCO3 v 1 litru vody (1 grain CaCO3 per imperial gallon)Francouzský stupeň = konc. 10 mg CaCO3 v 1 litru vody Americký stupeň = konc. 1 mg CaCO3 v 1 litru vody miligramekvivalenty (milivaly, mval) v 1 litru vody

Přepočet: 1 mmol/l = 2 mval/l = 5,6 °něm = 7,02 °angl = 10 °franc = 100 °amer

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

40



Výskyt Sr a BaVýskyt Sr a Bajednoduché ionty Sr2+ a Ba2+ nebo iontové asociáty s CO3

2- a SO42-

Sr a Ba = běžná součást přírodních vod

stroncium vždy dominuje nad baryem

podzemní vody – asi 50 µg/l Bapitné vody v ČR (průměr) 80 µg/l Baminerální vody Vincentka, Poděbradka, Šaratice – vysoké koncentrace Srmořská voda - 30 µg/l Ba a 8 mg/l Sr

GenezeGeneze Sr a BaSr a Ba

rozkladem minerálů stroncianitu SrCO3, witheritu BaCO3, celestinuSrSO4 a barytu BaSO4

průmyslové odpadní vody – výroba keramiky, barev, skla, papíru, televizních obrazovek; součást kalicích lázní, fungicidů, aditiv do paliv

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

41



Vlastnosti a význam Sr a BaVlastnosti a význam Sr a Ba

rozpustnost Sr a Ba limitována sloučeninami:

SrCO3 (log KS = -9,1)SrSO4 (log KS = -6,46) BaSO4 (log KS = -9,95) BaCO3 (log KS = -8,3)málo rozpustné jsou také fluoridy

pitná voda – NMH (Ba) = 1 mg/l (je toxické)kojenecká a stolní voda - NMH (Ba) = 0,5 mg/lbalená minerální voda - NMH (Ba) = 1 mg/l vodárenské toky - limit 0,7 mg/l Baostatní toky - limit 1 mg/l Ba

Sr není limitováno – je netoxické s výjimkou radionuklidu 90Sr

Hyd

roch

em

ie –

2. p

řed

náš

ka

42


Date post:	09-Sep-2019
Category:	Documents
Upload:	others
View:	2 times
Download:	0 times

Přírodní voda disperzní systém obsahující řadu...

Documents