化學(xué)知識之碳酸平衡-資料下載頁
2025-06-15 20:51本頁面
【正文】 石在水溶液中的溶解度不斷降低。圖237 NaHCO3的加入對方解石溶解度的影響 在與方解石平衡的地下水中加入石膏時的情況與此類似。隨著石膏的溶解，Ca2+與SO42進入了水中，與上述情況不同的是，這時的同離子不是HCO3而是Ca2+。在這種情況下，Ca2+的加入使方解石過飽和并發(fā)生沉淀，從而使水溶液中的HCO3含量減少。根據(jù)Appelo和Postma（1993）的研究，因同離子效應(yīng)而發(fā)生沉淀的前提條件是，兩種礦物的溶解度相差在3個數(shù)量級以上。對于石膏和方解石，這一條件只有在溫度大于25℃時才滿足。除了上述的同離子效應(yīng)外，另外一種常見的情況就是向水溶液中加入不含同離子的其他易溶鹽類，例如NaCl。在這種情況下，與方解石平衡的Ca2+含量的變化可用下述的溶度積公式來解釋： （2349）式中， 、 分別表示Ca2+和CO32的活度系數(shù)。NaCl的加入使水溶液的離子強度增大，而Ca2+和CO32的活度系數(shù)則隨著溶液離子強度的增大而減小。因此，在Kcal為常數(shù)的情況下，NaCl的加入將使與方解石平衡的Ca2+含量增大，從而使方解石的溶解度升高。一般情況下，礦物在濃溶液要比稀溶液中更易溶，這種效應(yīng)稱為離子強度效應(yīng)（Ionic Strength Effect）。 方解石和白云石的非全等溶解 當?shù)叵滤谄淞鲃舆^程中同時或在不同時間遇到方解石和白云石時，可發(fā)生一種礦物溶解、同時又有另一種礦物沉淀的情況，這就是所謂的非全等溶解。表232給出了不同溫度下方解石和白云石的溶度積，據(jù)此可以對方解石和白云石的非全等溶解作用進行分析。表232 不同溫度下方解石和白云石溶解反應(yīng)的平衡常數(shù) t（℃） pKcal pKdol pKdol1/2 0 5 10 15 20 25 30 這里首先提出的一個問題是，在10℃的條件下與白云石平衡的地下水接觸到了方解石后，將會發(fā)生什么樣的情況？該問題可通過把白云石的溶度積寫成下述的形式來說明： （2350）由于通過白云石溶解在水中形成的Ca2+和Mg2+的活度相等，故式（2350）中圓括弧內(nèi)的兩項是相等的，因此({Ca2+}{ CO32})= Kdol1/2。由表232可見，10℃時Kdol1/2=，這剛好等于該溫度下方解石的溶度積Kcal，因此這時既不會發(fā)生方解石的溶解，也不會發(fā)生方解石的沉淀。當溫度大于10℃時（例如30℃），由于({Ca2+}{ CO32})= Kdol1/2=Kcal=，因此這時方解石將發(fā)生溶解。方解石的溶解把Ca2+和CO32帶入了水中，這便使得水溶液相對白云石處于過飽和狀態(tài)，從而引起白云石的沉淀。我們把同時發(fā)生了方解石溶解和白云石沉淀的作用稱為方解石的非全等溶解。當溫度小于10℃時（例如0℃），由于({Ca2+}{ CO32})= Kdol1/2=Kcal=，因此這種情況下將發(fā)生方解石的沉淀。方解石的沉淀從水中帶走了Ca2+和CO32，其結(jié)果必然使水中白云石的活度積小于Kdol。這樣，白云石的非全等溶解作用即不可避免地發(fā)生了。 白云石的非全等溶解作用也可以由方解石的溶解速度比白云石的溶解速度快而引起。在一個同時含有方解石和白云石的含水層中，如果方解石由于其較快的溶解速度首先達到了平衡狀態(tài)，而白云石則沿著流動途徑繼續(xù)緩慢地溶解。這種情況下白云石的溶解必然使水溶液相對方解石處于過飽和狀態(tài)，進而可能使其發(fā)生沉淀。這是白云石非全等溶解另一個例子。參考文獻 1. Appelo C A J and Postma D .Geochemistry, Groundwater and pollution. Balkema A A, Rotterdam, 1993。 2. Bogli Alfred .Karst hydrology and physical speleology. springerVerlag，1980。 3. Butler , James N .Carbon dioxide equilibrium and their applications. Addisonwesley publishing pany, 1982。 4. Kehew A E .Applied Chemical Hydrogeology. Prentice Hall, 2001。 5. 袁道先，蔡桂鴻 .巖溶環(huán)境學(xué). 重慶：重慶出版社，1988。 6. 中國科學(xué)院地質(zhì)研究所巖溶研究組著 .中國巖溶研究. 北京：科學(xué)出版社，1979。 7. 錢會 .Bogli混合溶蝕理論及其在實際應(yīng)用中所存在的問題. 中國巖溶，1996（4）。
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