Форми міграції магнію у природних водах

Магній морських і континентальних вод

Серед елементів другої групи періодичної системи магній за своїми хімічними властивостями найближчий до кальцію. Він входить до складу більш ніж 100 мінералів, у тому числі бруситу Mg(OH)₂ з вмістом Mg²⁺ близько 41,7 %, магнезиту – MgCO₃ (28,8%), доломіту – MgCO₃, CaCO₃ (18,2%) та інш. У водні об’єкти магній надходить в основному при розчиненні доломітів, мергелей або при вивітрюванні основних (габбро), ультраосновних (дуніт) та інших порід.

Вміст магнію у поверхневих водах суші залежить від характеру грунтів водозбірної площі. Нижче (табл. 11) наведено дані про особливості розподілу магнію в річках різних фізико-географічних зон України.

Таблиця 11

Середній багаторічний вміст магнію у річкових водах України, мг/дм³

Висока розчинність сполук магнію сприяє його постійному надходженню з річковим стоком у моря і океани. Загальна маса магнію у Світовому океані становить 2077·10¹² т,. До складу морської води входить в середньому 1,317 г магнію на 1 л води.

У природних водах магній утворює сполуку з карбонатом – магнезит (MgCO₃). Як і карбонат кальцію, він легко розчиняється у воді, яка містить розчинену вуглекислоту, внаслідок перетворення у розчинну кислу сіль. Між твердою фазою карбонату магнію (MgCO₃), вугільною кислотою, розчиненою у воді (Н₂О + СО₂), і гідрокарбонатними іонами (НСО₃^–) існує постійна взаємодія, що відбувається за такою реакцією:

MgCO₃ + H₂O + CO₂ Mg(HCO₃)₂ Mg²⁺ + 2HCO₃^–2H⁺ + 2CO₃^2–.

Магній, як і кальцій, взаємодіє не тільки з карбонатом. Він може утворювати комплекси з сульфатами (MgSO₄) та розчиненими у воді органічними речовинами. В іонно-розчиненому стані він знаходиться в основному у водах з невисокою загальною мінералізацією. З підвищенням мінералізації природних вод зростає електростатична взаємодія між різнозарядними іонами, що призводить до утворення іонних пар, або асоціацій: [CaHCO₃]⁺, [MgHCO₃] ⁺, [MgCO₃]°, [CaSO₄]°, [MgSO₄]°.

У природних водах магній утворює комплексні сполуки з органічними речовинами. У деяких озерах Німеччини комплексні сполуки магнію становлять більше 65 % від валового вмісту розчинених форм. У низькомінералізованих водах зони вічної мерзлоти (тундра) майже 90—100% іонів Mg утворюють комплекси з гуміновими і фульвокислотами. Такі комплекси відіграють стабілізуючу роль у водних розчинах. Так, при наявності у воді до 10 мг/дм³ гумінових кислот вони запобігають випадінню в осад до 75% карбонату магнію.

Випадіння магнію в осад гальмують фосфорорганічні сполуки, альбуміни, стеаринові кислоти, поліфеноли. Магній взаємодіє з розчиненими органічними речовинами з молекулярною масою менше 500. Хоча магній і кальцій за своїми хімічними властивостями близькі, але вони мають і певні відмінності. Зокрема, MgSO₄ і Mg(HCO₃)₂ розчиняються краще, ніж CaSO₄ і Ca(HCO₃)₂. Це й визначає більш високий вміст магнію у водах, які формуються на водозбірних площах з покладами доломітів, мергелів та інших магніймістких мінералів.

Природна вода, в якій розчинена значна кількість кальцію у вигляді гідрокарбонату і сульфату, а також відповідні солі магнію, відзначається підвищеною твердістю. Її виражають сумою міліграм-еквівалентів іонів кальцію і магнію, які знаходяться в 1 л води. Один міліграм-еквівалент твердості відповідає вмісту 20,04 мг/дм³ Са²⁺ або 12,16 мг/дм³ Mg²⁺.

На відміну від прісних, морські та океанічні води відрізняються високим вмістом не тільки натрію, а й магнію. В океанічній воді на хлорид натрію разом з хлоридом магнію припадає 88,7 % усіх розчинених солей. Саме завдяки великій концентрації магнію морська вода має гіркуватий присмак. Всього у океанічній воді на сполуки магнію припадає близько 11 % від вмісту всіх солей. У морях його вміст дещо менший. Так, у воді Чорного моря на магній припадає близько 3,34 % загальної маси солей.

У місцях впадіння річкового стоку формуються мішані прісні і морські води, хімічний склад яких має певні відмінності. Показовим у цьому відношенні є Дністровський лиман, що має сполучення з Чорним морем. В його водах переважають карбонатні сполуки кальцію (41 %), а наступні місця займають хлорид натрію (28 %) і сульфат магнію (25 %).