Формы выражения химического состава подземных вод

По В.А. Всеволожскому, количественную характеристику состава подземных вод принято давать в "концентрационной" форме и выражать количеством вещества, приходящегося на единицу объема, или для рассолов с высокой плотностью — массы природного раствора.

Для выражения результатов химических анализов обычно используются следующие три формы:

1) весовая (г/л, мг/л, г/кг, мг/кг); последняя (мг/кг) — примерно соответствует принятой в зарубежной литературе единице ppr ("parts per million" — частей на миллион); для газов (мл, л/кг);

2) эквивалентная (мг-экв/л, г-экв/л, мг-экв/кг, г-экв/кг) вычисляется делением массы вещества на его эквивалентную массу;

3) процент-эквивалентная (%-экв) — доля (%) каждого иона в общей (принимаемой обычно за 200 %) сумме миллиграмм-эквивалентов ионов одного знака (катионов или анионов). Эта форма позволяет сравнивать химический состав подземных вод разной минерализации и оценивать относительную роль каждого иона в их составе.

В связи с переходом на Международную систему единиц (СИ) привычные для гидрогеологов обозначения должны быть изменены (таблица 2.1). Вместо терминов "вес" и "весовая концентрация" теперь следует употреблять термины "масса" и "массовая концентрация". Объем рекомендуется выражать не в литрах, а в кубических дециметрах. За основную единицу количества вещества принят моль.

Таблица 2.1 – Сопоставление традиционных и новых форм выражения химических анализов подземных вод

Весовая форма

Весовая форма представляет собой выражение ионно-солевого состава подземных вод в виде весовых (массовых) количеств отдельных ионов в миллиграммах или граммах на 1 литр воды (дм³), на 1 кг воды в зависимости от ее общей минерализации. Весовая (массовая) форма выражения является исходной для других форм выражения химического состава воды и широко используется при гидрохимических исследованиях.

Эквивалентная форма

Эквивалентная форма (мольная форма) – разновидность ионной формы. Эквивалентная форма изображения состава вод имеет широкое распространение. Она дает возможность получать точное представление о химизме и химических свойствах воды, контролировать результаты данного анализа и путем расчета определять содержание некоторых ионов, например иона-натрия – Na⁺.

Эквивалентная форма основана на том положении, что ионы в растворе реагируют между собой не в равных весовых количествах, а в эквивалентных количествах, зависящих от массы иона и их валентности.

Эквивалентом или эквивалентным весом иона называется частное от деления его ионной массы на валентность. Например, эквивалент иона-натрия (Na⁺) равен 23/1, иона-хлора (Cl^-) равен 35,5/1, иона-кальция (Ca²⁺) - равен 40/2. Следовательно, при реакции реагируют не 1 грамм иона-натрия (Na⁺) с одним граммом иона-хлора (Cl^-), а один эквивалент Na⁺ с одним эквивалентом Cl^-.

Для перехода от весовой ионной формы к миллиграмм-эквивалентной форме необходимо число миллиграммов каждого иона разделить на его эквивалентный вес или помножить на коэффициент, представляющий величину, обратную эквивалентному весу. Приводим пересчетные коэффициенты для наиболее распространенных в подземных водах ионов (таблица 2.2).

Таблица 2.2 – Пересчетные коэффициенты для наиболее распространенных в подземных водах ионов

Если содержание какого-либо иона выражают в эквивалентной форме, то перед символом иона ставят знак "r" (реагирующая величина).

В электронейтральном растворе сумма анионов, выраженная в эквивалентной форме, мг-экв/л (ммоль/дм³), равна соответственно сумме катионов: Sr_А = Sr_К. Несоответствие их свидетельствует о погрешностях анализа.

Процент-эквивалентная форма

Процент-эквивалентная (процент-мольная) форма является конечной разновидностью ионной формы выражения анализов. Она может быть получена из эквивалентной формы (мольной формы). Эта форма представляет собой относительный метод изображения состава воды, показывающий не содержание тех или иных ионов в том или ином количестве воды, а относительную долю, занимаемую разными ионами во всей ионно-солевой массе.

Сумму всех ионов, взятых в эквивалентной форме принимают за 200 % или суммы анионов и катионов (в мг-экв) – за 100 % каждую и затем вычисляют процентное содержание каждого иона от общей суммы в %-экв форме, или от суммы анионов или катионов.

Данная форма выражения наглядно показывает ионно-солевой состав, соотношения между ионами, а также позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по величине минерализации.

Процент-мольная (%-экв) форма выражения химических анализов воды, кроме того, широко используется для представления их результатов в специфической, применяемой только для анализа природных вод, краткой форме — так называемых формул химического состава.

Процент-мольная формавыражения анализов используется для их графического представления на гидрогеологических и гидрогеохимических картах, разрезах, графиках.