Фізико-хімічні фактори

Хімічний склад природних вод, який визначається його зв¢язком з грунтами, породами, атмосферним повітрям і органічною речовиною, постійно змінюється за рахунок переміщування (міграції) мас води. Останнє залежить від фізико-хімічних констант даного іону та умов середовища.

Динаміку хімічних елементів у природних водах визначають внутрішні і зовнішні фактори. До внутрішніх чинників належать такі характеристики елементів: валентність, іонні радіуси, іонні потенціали; до зовнішніх – енергетика Землі, склад атмосфери, біогенні і кліматичні чинники.

Поведінка іонів у водних розчинах залежить від валентності іонних радіусів: чим більша валентність металів, тим менш розчинні сполуки вони утворюють і тим нижча їх міграційна здатність. Так, одновалентні лужні метали утворюють легкорозчинні сполуки (NaCl, Na₂SO₄, Na₂CO₃), двовалентні лужні метали – менш розчинні (CaCO₃, CaSO₄, MgCO₃), ще менш розчинні сполуки – трьохвалентних металів (Al³⁺, Fe³⁺). Винятки MgSO₄ - добре розчинна сіль, MgCl₂ - розчиняється погано.

Чим більші іонний радіус і валентність гідратованих іонів, тим більша їх рухливість. При цьому найвища міграційна здатність має бути у іонів:

Міграційна здатність елементів залежить й від рН середовища.

Суттєвий вплив на міграційну здатність елементів мають окисно-відновні процеси.

Розрізняють окисніівідновні процеси. Головним критерієм окисних процесів є наявність у водах вільного кисню атмосфери (О₂), показником його відсутності – трьохвалентне залізо Fe³⁺. Головним критерієм відновних умов є наявність двохвалентного заліза (Fe²⁺) і відсутність кисню. Окисно-відновні процеси характеризуються потенціалом (Eh) атомів та іонів, який вимірюється у вольтах (В). Eh може бути негативним (дана система більш належить до окисненої системи ніж стандарт) чи позитивним (система більш належить до відновної системи ніж стандарт). У природних водах Eh змінюється від +700 до –500мВ.

Реакція обмінного розкладання багатьох речовин називається гідролізом.

Гідроліз– це хімічна взаємодія іонів розчиненої солі з водою, яка супроводжується зміненням реакції середовища. Реакції гідролізу важливі при формуванні іонно-сольового складу природних вод. Не піддаються гідролізу солі, утворені сильною кислотою і сильним лугом.

На хімічний склад води і фізичні властивості породи впливає катіонний обмін, який найбільш поширений в природних водах.

Катіонний обмін відбувається у результаті взаємодії тонкодисперсної (глинистої) частини гірських порід та водного розчину. Інтенсивність обміну має пряму залежність від дисперсності породи, природи катіонів (валентності), рН середовища, концентрації електролітів у розчині. Швидкість протікання катіонного обміну залежить також й від концентрації водню, який має високу енергію обміну.

У природних водах звичайно йде катіонний, а не аніонний обмін, тому що під час протікання хімічних реакцій поглинаються позитивно заряджені катіони при взаємодії з негативно зарядженими (SiO₂, Al₂O₃ та ін.).

Катіонний обмін інтенсивно протікає у грунтових водах, що залягають у колоїдних породах (глинистих, суглинистих і супіщаних) і сприяє формуванню сульфатних натрієвих вод.

Змішування вод– одинз найпоширеніших у природі процесів, який швидко протікає у великих об¢ємах води. Деякі вчені описують цей процес як прямолінійний. Але це не завжди так, чому сприяє осадження солі з розчинів, які змішуються. Характер взаємодії визначається мінералізацією й хімічним складом вод, які змішуються.

У річках і озерах явище змішування вод поширене внаслідок впадіння приток з різним хімічним складом, а також за рахунок грунтового живлення. Тому склад води цих водних об¢єктів не скрізь однаковий.