Теоретическая часть. Углекислый газ, угольная кислота и её соли – постоянные компоненты природных вод

Углекислый газ, угольная кислота и её соли – постоянные компоненты природных вод. Содержание свободной угольной кислоты Н₂СО₃ зависит от концентрации растворенной двуокиси углерода. В форме угольной кислоты находится лишь незначительная часть растворенного углекислого газа (около 1%), поэтому содержание свободной углекислоты в воде характеризуют суммой СО₂ + Н₂СО₃. Существующее между различными формами угольной кислоты равновесие выражается химическими уравнениями:

СО₂+Н₂О Н₂СО₃ Н⁺ + НСО₃^- Н⁺ + СО₃^2- (Мингулина, 1990).

Из уравнений диссоциации угольной кислоты следует, что соотношение между её формами зависит от концентрации водородных ионов. При значении рН < 4, 3 вся углекислота находится в воде в виде СО₂ и Н₂СО₃; с увеличением значения рН доля СО₂ уменьшается при одновременном увеличении доли НСО₃^- , и при значении рН = 8, 35 практически вся углекислота присутствует в форме бикарбонат-ионов. При значении рН > 12 она представлена только ионами СО₃^2- (рис 2).

Рис.2. Зависимость содержания отдельных компонентов карбонатной системы от рН раствора.

Воду с фактическим содержанием СО_2, равным её расчетной по уравнению равновесной концентрации, называют стабильной. При содержании СО₂, большем равновесной концетрации, возможно растворение СаСО₃ при контакте воды, например, с доломитовыми или известняковыми породами, бетонными сооружениями, поэтому такую воду называют агрессивной.

Наоборот, при недостатке СО₂ будет наблюдатся распад бикарбонатов с образованием дополнительного количества твердой фазы карбоната кальция. Такую воду называют нестабильной:

Са²⁺_(водн) + 2НСО₃^-_(водн) СаСО_3(тв) + СО_2(г) + Н₂О_(ж)

Фактические значения рН, определенные экспериментально, могут быть больше или меньше равновесного значения рН. Разность между экспериментально найденным и равновесным значением рН называется индексом стабильности воды (U). При U=0 вода стабильна, при U> 0 она нестабильна и способна к образованию отложений, при U< 0 вода агрессивна (Мешалкин, 2007).