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

Фізико-географічні зони Mg2+
Полісся
Лісостеп
Степ
Передкарпаття
Гірські і вулканічні Карпати
Закарпатська рівнина
Кримська гірська країна
Україна в цілому

 

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+ + 2HCO32H+ + 2CO32–.

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 %).