Состав ионов в морской воде и закон дитмара.
Среди катионов в водах Мирового океана преобладающими являются в порядке убывания: натрий — 0,47, магний — 0,053, калий — 0,01, кальций — менее 0,01 моль/л; из анионов: хлор — 0,55, сульфат-анион — 0,028, ионы
Независимо от абсолютных концентраций ионов количественные со- отношения между главными компонентами остаются постоянными. Эта зависимость носит название закона Дитмара. Благодаря закону Дитмара мож- но, определив концентрацию только одного реперного компонента, рассчитать содержание остальных ионов. В качестве такой реперной величины был выбран параметр, названный хлорностью.
Под хлорностью воды принимают число грамм-ионов хлора, эквивалент- ное сумме ионов галогенов, содержащихся в 1 кг воды, осаждаемых нитратом серебра. В качестве единицы измерения хлорности принято использовать спе- циальную единицу — промилле (тысячная доля). Концентрация, выраженная в промилле, равна количеству грамм вещества в 1 кг раствора. Для выражения концентрации (моль/л) следует значение концентрации (промилле) разделить на мольную массу компонента и умножить на плотность воды. Например, кон- центрация катионов натрия равна 10,6 ед. промилле, в переводе это равно 0,47 моль/л.
Химический состав неосновных ионов. В химии морской воды преобла- дают семь основных ионов. Однако оказалось, что в ней есть и другие ионы и элементы (практически вся таблица элементов Менделеева). Концентрации рас- творенных металлов достаточно малы — обычно порядка наномоль на литр. Наличие металлов связано с различными источниками. Это:
В настоящее время эти процессы активизировались в связи с антропоген-
ной деятельностью (сжигание угля, плавление металлов). Химизм растворен- ных в воде металлов подразделяется на три класса, описывающие поведение их в процессах химического круговорота:
- консервативный класс;
- поведение по типу питательных веществ;
- класс реакций выноса (извлечения).
Химический круговорот главных ионов в морской воде.
Для химического круговорота глав- ных ионов в морской воде важным индикатором процессов являются времена пребывания ионов. Эти времена пребывания очень продолжительны и состав- ляют от 1 000 лет до 100 млн лет. Расчет времени пребывания основывается на предположении, что основным источником ионов, которые привносятся в оке- ан, являются реки и второстепенные источники — это привносы из атмосферы и гидротермальные воды из океанических горных хребтов.
Вынос ионов. К основным процессам удаления ионов относят:
- выброс ионов в атмосферу (потоки «море — воздух»);
- процессы отложения в виде эвапоритов, химического осаждения карбо- натов, абиогенного осаждения карбонатов кальция, опаловых силикатов, суль- фидов;
- гидротермальную циркуляцию морской воды через срединные океани- ческие хребты.
Потоки «море — воздух» у главных ионов вызваны разрывами пузырей и ударами волн на поверхности моря. В результате морские соли выбрасываются в атмосферу, основная их часть немедленно падает обратно в море. Другая часть переносится на большие расстояния и попадает в речную воду. Считает- ся, что эти переносимые по воздуху морские соли имеют такой же относитель- ный ионный состав, что и морская вода. С точки зрения глобальных запасов пе- реносимые по воздуху морские соли являются важным стоком из морской воды только для K + и Сl – .
Эвапориты. Испарение воды способствует осаждению составляющих ее со- лей, так называемых эвапоритных минералов. Осаждение начинается с наименее растворимых солей и заканчивается наиболее растворимыми. Когда испаряется
примерно половина (47 %) объема воды, выпадает СаСО3. Затем при приблизи- тельно четырехкратном увеличении солености выпадает СаSО4 · 2Н2О (гипс).
Когда испаряется около 90 % воды, при концентрациях растворенных солей около 220 г/л выпадает NaСl. Затем начинают кристаллизоваться некоторые соли магния (Мg 2+ ). Если процесс испарения продолжается, выпадают высокораство- римые соли калия (K + ). В настоящее время процесс накопления эвапоритных минералов в значительной степени слабее, чем в доисторические времена.
Гидротермальная циркуляция. Гидротермальные реакции как источники главных ионов играют сравнительно небольшую роль. Химия гидротермальных флюидов показывает, что взаимодействия «базальт — морская вода» в районах горячих источников являются источником некоторых элементов Са 2+ и силика- тов, которые отрываются от океанической коры и впрыскиваются в морскую воду. Кальций выщелачивается, по-видимому, из кальциевых полевых шпатов (анортита), тогда как силикаты могут выщелачиваться из любого разрушающе- гося силиката, входящего в состав базальта. Это обеспечивает 35 % поступле- ния этих ионов от объема поступлений с речными водами. Протекают также гидротермальные реакции с участием сульфатов калия. В частности, установ- лено, что осаждение SО4 (в виде ангидрита (СаSО4)) происходит как в коре из нисходящей просачивающейся морской воды, так и на участках гидротермаль- ных выходов.Все эти процессы обеспечивают циркуляцию ионов и таким образом реа- лизуется химический круговорот ионов в природе
Источник
Химия морской воды. Соленость и ионная сила воды
Существуют три основных свойства, которые определяют специфику химических процессов морской воды:
1) высокая ионная сила морской воды, связанная с соленостью (концентрацией солей);
2) химический состав морской воды с высоким содержанием ионов натрия и хлора;
3) закон Дитмара, согласно которому количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны.
Соленость воды.
Соленость определяется как вес в граммах неорганических ионов в 1 кг воды. Измеряется по проводимости электрического тока (электропроводности). Воды открытого океана имеют соленость порядка 32– 37 г/л. Плотность поверхностной соленой воды 1,028 г/см 3 при 0 о С. На глубине плотность выше. Например, на глубине 5 км плотность 1,05 г/см 3 , т. е. не намного больше, чем на поверхности, хотя давление достигает 500 атм. Морская вода, содержащая 3,5 % солей, не имеет температурного максимума плотности, что является одним из ее важных отличий от пресной воды. Чем морская вода холоднее, тем тяжелее, вплоть до температуры –2 °С, когда в ней появляются кристаллы льда. Соленость морских вод различна: Балтийское море — 5 г/л, Черное море — 18 г/л, Красное — 41 г/л, Мертвое — 260–310 г/л.
Соленость и ионный состав морской воды оставались примерно постоянными в течение последних 900 млн. лет. Эти данные были получены при изучении древних морских отложений — эвапоритов. Эвапориты — это соли, которые выпали в результате испарения воды в бассейнах, отрезанных от открытого океана.
Ионная сила.
Концентрация ионов солей может быть выражена в виде ионной силы
где I — ионная сила; c i — концентрация ионов, моль/л; z i — заряд иона. Размерность ионной силы — моль/л. Морская вода имеет очень высокое значение ионной силы, равное 0,7 моль/л. Речные воды имеют на три десятичных порядка меньше, т. е. 0,5 · 10 –3 моль/л.
Активность.
Свойства морской воды как концентрированной системы существенно отличаются от свойств идеальных растворов. Поэтому в физико- химии морских вод необходимо учитывать снижение реакционной способности ионов путем введения так называемой активности. В теории растворов рассматривают термодинамическую активность. На практике применяется более простой подход. Эффективная концентрация ионов вычисляется с помощью коэффициента активности. Активная концентрация равна произведению концентрации, выраженной в моль/л, на коэффициент активности. Морская вода слишком сложная система, чтобы измерить коэффициенты активности всех ионов. Однако для некоторых они известны. Например, для Са коэффициент активности равен 0,26, для карбонат-иона — 0,20.
Состав ионов в морской воде и закон Дитмара
Среди катионов в водах Мирового океана преобладающими являются в порядке убывания: натрий — 0,47, магний — 0,053, калий — 0,01, кальций — менее 0,01 моль/л; из анионов: хлор — 0,55, сульфат-анион — 0,028, ионы — 0,003 моль/л. − НСО3 Независимо от абсолютных концентраций ионов количественные соотношения между главными компонентами остаются постоянными. Эта зависимость носит название закона Дитмара. Благодаря закону Дитмара можно, определив концентрацию только одного реперного компонента, рассчитать содержание остальных ионов. В качестве такой реперной величины был выбран параметр, названный хлорностью.
Под хлорностью воды принимают число грамм-ионов хлора, эквивалентное сумме ионов галогенов, содержащихся в 1 кг воды, осаждаемых нитратом серебра. В качестве единицы измерения хлорности принято использовать специальную единицу — промилле (тысячная доля). Концентрация, выраженная в промилле, равна количеству грамм вещества в 1 кг раствора. Для выражения концентрации (моль/л) следует значение концентрации (промилле) разделить на мольную массу компонента и умножить на плотность воды. Например, концентрация катионов натрия равна 10,6 ед. промилле, в переводе это равно 0,47 моль/л.
Источник