+ All Categories
Home > Documents > Přírodní voda disperzní systém obsahující řadu látek ... 2.pdf · Hydrochemie – obecné...

Přírodní voda disperzní systém obsahující řadu látek ... 2.pdf · Hydrochemie – obecné...

Date post: 07-Sep-2019
Category:
Upload: others
View: 2 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
44
Přírodní voda disperzní systém obsahující řadu látek anorganického i organického původu Hydrochemie obecné složení vod Přechod mezi systémy je plynulý obtížné určení hranic především mezi a analytickými a koloidními disperzemi Platí dohoda, že látky procházející filtrem 0,45 mm jsou rozpuštěné Analyticky disperzní (rozpuštěné látky) Ø < 10 -8 m mangan; 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 m zrna písku a půdy, nerozložený biologický materiál, mikroorganismy Hydrochemie 2. přednáška Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18 1
Transcript

Přírodní voda disperzní systém obsahující řadu látek anorganického i organického původu

Hydrochemie – obecné složení vod

Přechod mezi systémy je plynulý – obtížné určení hranic především mezi a analytickými a koloidními disperzemi Platí dohoda, že látky procházející filtrem 0,45 mm jsou rozpuštěné

Analyticky disperzní (rozpuštěné látky) – Ø < 10-8 m mangan; 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 m zrna písku a půdy, nerozložený biologický materiál, mikroorganismy

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

1

= heterogenní systémy složené z několika fází – jednotlivé dispergované částice nejsou volné molekuly, ale shluky mnoha molekul (termodynamické 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 roztoky vysokomolekulárních látek, ALE částice

v nich obsažené se neskládají z množství malých molekul jsou to jednotlivé molekuly

Hydrochemie – obecné složení vod

Koloidní disperze

2 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Koloidní disperze

1) hydrofobní koloidy – nemají schopnost molekulárně interagovat s vodou (např.

pomocí vodíkové vazby) => mají ostře vymezené fázové rozhraní – jsou tvořeny převážně anorganickými látkami, nevznikají

samovolně 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“

3 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

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

4 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

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

m D

resd

en

Co

pyr

igh

t Fo

rsch

un

gsz

en

tru

m D

resd

en

5 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

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.,

Las

key,

R

. A. a

nd

Din

gw

all,

C. (

198

8):

Ce

ll 52

, 655

–6

64

. C

op

yrig

ht

Ce

ll P

ress

6 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

částice kaolínu

proteiny a koloidní částice

většina částic obsažených ve vodě nese povrchový náboj

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

– původ náboje je dán: a) rozpouštěním iontů b) povrchovou ionizací c) izomorfní substitucí d) specifickou adsorpcí iontů

7 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

částice kaolínu

proteiny a koloidní částice

Rozpouštění iontů málo rozpustné sloučeniny (uhličitan vápenatý, jodid stříbrný atd.) – rozdílná rozpustnost iontů Ag+ větší tendence vstupovat do vodné fáze než I- , částice AgI pozvolna 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)

8 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

částice kaolínu

proteiny a koloidní částice

Povrchová ionizace – 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 CH

NH3

+

C OH

O

R CH

NH3

+

C O

O

R CH

NH2

C O

O

NBN

rostoucí pH

0

+

-

0

9 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

částice kaolínu

proteiny a koloidní částice

Povrchová ionizace – organické látky

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

Povrchová ionizace – oxidy kovů

– např. Al2O3, Fe2O3, TiO2 tvorba amfoterních skupin Al-OH, Fe-OH na jejich povrchu

M OH2

+M OH M O

NBN

rostoucí pH

10 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

částice kaolínu

proteiny a koloidní částice

Izomorfní substituce – 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

11 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

částice kaolínu

proteiny a koloidní částice

Specifická adsorpce iontů – v případě, že koloidní částice nemá vlastní náboj ani ionizovatelné

skupiny může získat náboj specifickou (tj. jinou než elektrostatickou) adsorpcí iontů z roztoku

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

12 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

částice kaolínu

13 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Kinetická (sedimentační) stabilita

= schopnost disperzní soustavy uchovávat rovnoměrné rozdělení částic v celém objemu = odolnost částic vůči působení gravitačního nebo odstředivého pole při nezměněném stupni disperzity

hrubé disperze (nízký stupeň disperzity) = kineticky nestálé, sedimentují

analytické disperze (vysoký s. d.) = kineticky vysoce stálé, nesedimentují

koloidní disperze = přechodné, leží mezi dvěma výše uvedenými extrémy

Agregátní stabilita

= schopnost disperzního systému zachovávat stupeň své disperzity = schopnost odolávat procesům, které vedou ke vzájemnému spojování ve větší kineticky nestálé agregáty

– určena povahou interakcí mezi koloidními částicemi při jejich srážkách

• převažují-li přitažlivé síly částice agregují do větších celků

• převažují-li odpudivé síly systém zůstává v dispergovaném stavu

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 14

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

T [oC] 4 10 15

uS [m.s-1] 1,39.10-8 1,68.10-8 1,95.10-8

tS [s] 2,88.106 2,38.106 2,05.106

[hod] 7,99.102 6,61.102 5,70.102

[dny] 33,1 27,6 23,7

uo [m.s-1] 1,91.10-5 2,31.10-5 2,68.10-5

to [s] 1,74.103 1,45.103 1,25.103

[min] 29,1 24,1 20,8

Gra

vita

ce

Odst

ř.

Usazování částice (d = 1,0.10-6 m, ρ = 1,04.103 kg.m-3)

gravitačním a odstředivém poli

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 15

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Agregátní stabilita = schopnost disperzního systému

zachovávat stupeň své disperzity – určena povahou interakcí mezi částicemi

elektrostatické interakce

van der Waalsovy síly

elektrická dvojvrstva

solvatační (strukturní) interakce

interakce s polymery stérické interakce

polymerní můstky

depleční interakce

nekovalentní interakce

chemická (kovalentní) vazba

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 16

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

rhE

1

4

QQ)(

0

21

62

0

2

2 1

96

Q)(

rTk

phE

B

62

0

2

2 1

32

Q)(

rhE

• interakce mezi nabitými částicemi

• interakce nabitá částice – permanentní dipól

• interakce nabitá částice – indukovaný dipól

Elektrostatické interakce

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 17

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

van der Waalsovy síly – mezimolekulární interakce

• Keesomovy-van der Waalsovy (orientační) síly

= interakce permanentní dipól – permanentní dipól

• Debyeovy-van der Waalsovy (indukční) síly

= interakce permanentní dipól – indukovaný dipól

• Londonovy-van der Waalsovy (disperzní) síly

= interakce indukovaný dipól – indukovaný dipól

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 18

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

6)(

hhE

ij

energie vdW interakcí = nepřímo úměrná šesté mocnině vzdálenosti částic (molekul, atomů)

ji

jiPji

ijji

B

ji

ij

hpp

Tk

pp

2

3

34

1 00

0

2

0

2

22

2

0

0 = permitivita vakua, pi, pj = molekulární dipólové momenty, kB = Boltzmannova konstanta,

= teplota, 0i a 0j = elektrické polarizovatelnosti, hP = Planckova konstanta,

i a j = absorpční frekvence

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 19

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Elektrická dvojvrstva

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 20

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

DLVO teorie

Derjaguin a Landau (1941) + Verwey a Overbeek (1948)

– popisuje koagulaci (destabilizaci) nabitých koloidních částic stabilizovaných elektrickou dvojvrstvou pomocí elektrolytů opačného náboje = bilance vzájemného působení přitažlivých van der Waalsových a odpudivých elektrostatických sil

)( vdWel EEE

Interakční energie

mezi rovinnými povrchy mezi kulovitými částicemi

vdW

elE

E

h

aA

l

h

lE

12exp2

2

vdWel

EE

h

A

l

h

lE

2

2

12exp2

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 21

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Solvatační (strukturní) interakce

„velké“ vzdálenosti částic => rozpouštědlo = kontinuum => vdW a elektrostatické interakce

„malé“ vzdálenosti částic => diskrétní charakter kapaliny => tvorba vrstev paralelních s povrchem (různá struktura kapaliny na povrchu částice a ve volném prostoru)

a) Strukturování molekul rozpouštědla v okolí částice (interakce povrch – rozpouštědlo)

b) Oscilující hustotní profil rozpouštědla

v závislosti na vzdálenosti od povrchu

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 22

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Solvatační (strukturní) interakce

Solvatační interakce závisí na:

o chemických a fyzikálních vlastnostech povrchů (hydrofilní x hydrofobní, amorfní x krystalické, pevné x tekuté)

o vlastnostech rozpouštědla (voda x org. rozp.)

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 23

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška Hydrofobní interakce

SEM snímky nanokrychliček stříbra s různým počtem hydrofobních stěn

hydrofobní částice ve vodě (neposkytují vazebné místo pro vodíkovou vazbu) => brání tvorbě strukturního uspořádání vody => entropicky nevýhodné

– snížení celkové volné energie systému – migrace molekul vody z blízkosti hydrofobních částic do volného objemu (neomezené možnosti pro vznik vodíkových vazeb + nižší volná energie) => vznik přitažlivá „síla“ mezi hydrofobními povrchy

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 24

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška Hydrofilní interakce

Copyrigh

t UC B

erke

ley, T

ere

sa Head

-Gord

on's Lab

http://mspc.bii.a-star.edu.sg

Hydratace proteinů

http://fkp.tu-darmstad.de

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 25

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Interakce s polymery – adsorbující se polymery

Stérické interakce Polymerní můstky

(polymer bridging)

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Analytické disperze – pravé roztoky

Látky 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 mg/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 sraženiny 3) Pomalé ustavování reakční rovnováhy

26 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Koncentrace 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) - 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)

- součet koncentrací netěkavých a nerozkládajících se rozpuštěných látek za uvedené teploty

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

27 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

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

28 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Celková 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 vod 29

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Mineralizace 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

30 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

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

31 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Nerozpuštěné látky (NL)

v přírodních vodách nejčastěji hlinitokřemičitany

hydratované oxidy kovu (Fe, Mn, Al)

fytoplankton

zooplankton

organický detrit NL

– usaditelné (suspenze – suspendované látky)

- neusaditelné (koloidní látky)

- „vzplývavé“

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

tj. látky usaditelné

32 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

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.

33 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Příklady rozdílných vlastností jednotlivých forem - toxicita

NH3 x NH4+

H2S x HS- x S2-

vyšší toxicita nedisociovaných forem

CN- x kyanokomplexy

F- x fluorokomplexy vyšší toxicita jednoduchých iontů (čím stabilnější komplex, tím méně toxický)

organokovové sl. rtuti (alkylderiváty)

x

anorg. sl. rtuti

vyšší toxicita organokov. sl.

34 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Vyjadřování kvalitativního složení vod Nejednotnost 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-)

35 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

Vyjadřování 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)

36 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod

látková koncentrace

X

hmotnostní koncentrace

Příklad:

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

1mg.l-1 dodecylsulfátu sodného

(M = 288 g.mol-1) = 3,46 mmol.l-1

37 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – obecné složení vod 38

Hyd

roch

em

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – anorganické látky ve vodách

Anorganické 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

39 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – anorganické látky ve vodách

Kovy

-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

40 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – anorganické látky ve vodách

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)

41 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – anorganické látky ve vodách

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

42 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

Hydrochemie – anorganické látky ve vodách

Akumulace v tuhých fázích (sedimentech) – imobilizační 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

43 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18

1) Pokles pH

- rozpouštění málo rozpustných sloučenin kovů

Hydrochemie – anorganické látky ve vodách

Uvolňování z tuhých fází – remobilizační procesy

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

44 H

ydro

chem

ie –

2. př

edná

ška

Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18


Recommended