Πολυτεχνείο Κρήτης Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος ΥΔΑΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ. Σηµειώσεις

Transcript

1 Πολυτεχνείο Κρήτης Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος ΥΔΑΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Σηµειώσεις Κεφάλαιο : Καθορισµός της έννοιας του p των φυσικών νερών (Ισορροπία Ανθρακικών) Το p ως κύρια µεταβλητή Ο Νόµος δράσης των µαζών για τρεις φάσεις Ανοικτά και κλειστά συστήµατα Χηµικά είδη στο διάλυµα Ρυθµιστική τάση και ικανότητα εξουδετέρωσης

2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Καθορισµός της έννοιας του p στα φυσικά νερά (Ισορροπία ανθρακικών) a) Βιβλιογραφία:. Morel and ering, Κεφάλαιο: Παράγραφοι -5 Κεφάλαιο : Παράγραφοι -4 Κεφάλαιο : Παράγραφοι -5, 8. Stumm and Morgan, Κεφάλαιο : Παράγραφοι-9 Κεφάλαιο 4: Παράγραφοι -, 7 b) Χηµικές Έννοιες:. Το p ως κύρια µεταβλητή

3 . Ο Νόµος δράσης των µαζών για τρεις φάσεις. Ανοικτά και κλειστά συστήµατα, Λίµνες και Υπόγεια νερά 4. Χηµικά είδη στο διάλυµα ( Ισορροπία µε στερεά ανθρακικά) 5. Χηµική τιτλοδότηση 6. Ρυθµιστική τάση και ικανότητα εξουδετέρωσης c) Εργαλεία:. Αναλυτική Λύση και παραδοχές. Γραφική Λύση. Η µέθοδος Tableaux MINEQL d) Παραδείγµατα:. Ανάµιξη δυο µικρών ποταµών. Acid Mining Pollution

4 Σηµασία του συστήµατος ανθρακικών 4 Τυπική σύσταση του γλυκού νερού σε οξέα και βάσεις Είδος Συγκέντρωση Ανθρακικά 0,97mM970µΜ Πυριτικά 0µΜ Αµµωνία 0µΜ Φωσφορικά 0,7µΜ Βορικό µμ Πρόβληµα

5 5 Πρέπει να έχουµε γνώση των: Χηµικών αντιδράσεων και των διαφορετικών φάσεων Την συµπεριφορά του Υπόγειου νερού σε σχέση µε το ρεύµα Την συµπεριφορά της Χηµικής Τιτλοδότησης ικανότητα εξουδετέρωσης Αλλαγές του p

6 Νόµος Δράσης των Μαζών 6 Η σχέση που συνδέει τις ενεργότητες των ειδών κάτω από συνθήκες ισορροπίας (σε καθορισµένη πίεση και θερµοκρασία) r c d f { C} { D} aa bb cc dd K Ο νόµος δράσης των µαζών είναι: a b { A} { B} r r

7 7 b a f B A k r d c r D C k r Στην ισορροπία: f r r r d c b a D C k B A k b a d c B A D C k k K Παρατηρείται η δυναµική φύση της ισορροπίας

8 Χρήσιµες µορφές των εξισώσεων του νόµου δράσεως των µαζών: 8 Στερεή Διαλυµένες ουσίες Ca( s ) Ca K SO Ca (Γινόµενο Διαλυτότητας ) Αέρια - Διαλυµένες ουσίες ( g) ( a) K P ( a) (Σταθερά του Νόµου enry)

9 Διαλυµένες ουσίες-διαλύτης 9 O O K w O (Γινόµενο ιονισµού του νερού) Διαλυµένες ουσίες

10 0 Το p ως κύρια µεταβλητή Παραδείγµατα Αντιδράσεων που επηρεάζονται από το {Η }. Οξέα /Βάσεις Διάσταση του ανθρακικού οξέος Διάσταση του όξινου ανθρακικού ιόντος N 4 N Διάσταση του αµµωνιακού ιόντος RO RO Διάσταση ενός οργανικού καρβοξυλικού οξέος M z ( z) ( O) n M ( O) no Απώλεια Η από ενυδατωµένα µεταλλικά ιόντα. Συµπλοκοποίηση Fe O FeO Υδρόλυση του Fe για το σχηµατισµό FeO Cu O CuO Υδρόλυση του Cu για το σχηµατισµό CuO. Διάλυση /Καταβύθιση Ca ( s) Ca Διάλυση του ασβεστίτη κάτω από όξινες συνθήκες

11 NaAlSi 9 O 8( ) O AlSiO5 ( O ) 4 Na s ( s) Αλληλο-µετατροπή των δυο αργιλλοπυριτικών (albite and kaolinite) 4. Οξειδοαναγωγή O 4 e 4 O Αναγωγή του Οξυγόνου για τον σχηµατισµό νερού 4 SiO 4 C O e C 4( g) O 4 Αναγωγή της οργανικής ύλης για τον σχηµατισµό µεθανίου 5. Προσρόφηση S O Pb S O Pb Βιογεωχηµικές Διεργασίες Όξινη Βροχή Βιοµάζα (Βλάστηση- µικροοργανισµοί -υδρόβια ζωή) Το p επιδρά στους κύκλους C, N, P, S, O (απαραίτητα στοιχεία για την ανάπτυξη)

12 Το Σύστηµα των Ανθρακικών Νόµος του enry: K 0 -,5 στους 5 0 C ( g) ( aq) α, M, P atm ( ) K P

13 Συγκέντρωση στην ατµόσφαιρα Προβιοµηχανική 80ppmV 0,55 atm 990,45 55ppmV 0 atm Ρυθµός αύξησης.5 ppmv/yr Διαλυτότητα Ca Ca( s ) Ca Γινόµενο Διαλυτότητας K SO 0-8,4 στους 5 0 C Ποιο είναι το P Ποιο είναι το P στην ατµόσφαιρά; στο υπολίµνιο σε µια στρωµατοειδή λίµνη µε ανθρακικά στο ίζηµα; Ποιο είναι το P στην ακόρεστη ζώνη των εδαφών; Ποιο είναι το P στο Υπόγειο νερό; Υπόδειξη: Βιολογική Δραστηριότητα (); Φωτοσύνθεση (-)

14 Ενυδάτωση: q Η Η ( ) Ο α K hydr (αργή αντίδραση σε σχέση µε την αντίδραση ιονισµού) 4 ( g) ( a) ( a) K P 0 -,5 (Σταθερά του Νόµου enry) * ( α q) Η 0.6% (aq) * ( αq) * ( g ) O K 0 -,5 (0-5 M/0 -.5 atm) Ιονισµός: Κ * Κα 0-6, Κα 0-0,

15 Σχέση : * ( α q) Η 5 Σχέση : * Κα????? Κ q Η Ο Η ( α ) K hydr (αργή αντίδραση σε σχέση µε την αντίδραση ιονισµού) * (αq) Η πολλαπλασιάζω/διαιρώ K K hydr σχετικά ισχυρό οξύ (αληθινό) * σχετικά ασθενές οξύ (υποθετικό)

16 6 * (αq) 00 ml O dry ice ( )- ml NaO bromothymol (blue indicator) chilled solution yellow< p6 green p7 blue p~8

17 7 Κλάσµατα ιονισµού και Διαγράµµατα κατανοµής Κλάσµα της ολικής συγκέντρωσης, C T, κάθε χηµικού είδους σε διάφορα p. Παράδειγµα : Κλειστό Σύστηµα Μονοπρωτικού Οξέος OCl OCl OCl OCl C C a 0 T T K a OCl OCl OCl OCl OCl OCl OCl OCl K OCl CT a a OCl CT

18 Παράδειγµα : Κλειστό Σύστηµα Σύστηµα Ανθρακικών (Διπρωτικό Οξύ) 8 () () C T ()

19 9 () () () C T 0 C a T C a T C a T

20 0

21