КАРБОНАТНО-КАЛЬЦИЕВОЕ РАВНОВЕСИЕ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
Создатель учения о природных водах академик В.И.Вернадский неоднократно подчеркивал, что в природе устанавливаются довольно подвижные равновесия между природными водами, газами и твердыми телами.
Из числа равновесий, которые устанавливаются в природных водах, важнейшим является карбонатно-кальциевое. Основными его компонентами являются: СО>2, Н>2СО>3, НСО>3>-, СО>3>2-, Са>2+, Н>+.
Карбонатная система в водоемах и водотоках имеет исключительно важное значение, во-первых, для протекающих в них физико-химических, биологических и других процессов. Во-вторых, состоянием карбонатно-кальциевого равновесия определяются условия растворения или осаждения карбонатов, в частности, СаСО>3. В-третьих, изучение равновесия имеет большое значение для практических целей, например, для характеристики воздействия воды на строительные сооружения из бетона.
Как же возникает равновесие между указанными компонентами? Большая часть СО>2 находится в воде в виде молекул растворенного газа и только около 1 % реагирует с водой, образуя угольную кислоту:
При растворении солей угольной кислоты, происходящей под действием СО>2, в воде появляются ионы СО>3>2- и НСО>3>-. Устанавливается подвижное равновесие:
От количественных соотношений между НСО>3>-, СО>3>2- – ионами и СО>2 зависит концентрация водородных ионов Н>+.
Содержание карбонатных ионов лимитируется концентрацией ионов Са>2+, образующих с ионами СО>3>2- труднорастворимый осадок СаСО>3, растворимость которого определяется произведением активностей:
Другим важным компонентом карбонатно-кальциевого равновесия, влияющим на его состояние, является оксид углерода (IV) (Н>2СО>3 + СО>2). Изменение содержания диоксида углерода в воде вызывает сдвиг равновесия в ту или иную сторону. Таким образом, карбонатно-кальциевая система включает в себя ряд равновесий, составляющих общее подвижное равновесие.
Каждое из отдельных равновесий с количественной стороны характеризуется соответствующей константой, определяющей соотношение между концентрациями компонентов при данных условиях. Изменение в одной части общего равновесия вызывает соответствующее изменение во всей цепи. Например, увеличение в воде СО>2 понижает значения рН, уменьшает содержание СО>3>2-, в силу чего вода становится ненасыщенной карбонатом кальция.