Đang tải... (xem toàn văn)
Hai daïng sau thöôøng laø saûn phaåm röûa luõa caùc ñaù cacboânat (ñaù voâi, ñoâloâmit)... Nguoàn goác cuûa noù laø do söï phaân huyû vaät chaát höõu cô trong moâi tröôøng khöû[r]
(1)CHƯƠNG 2
CHƯƠNG 2
CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ
VÀ VÀ
THÀNH PHẦN HÓA HỌC THÀNH PHẦN HÓA HỌC
(2)
I-I- CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝCÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ : :
Trong địa chất thủy văn, người ta ý đến các tính chất vật lý sau nước đất : nhiệt độ, độ suốt, màu, mùi, vị.
- Nhiệt độ
- Độ suốt - Màu
(3)Nhiệt độ
Nhiệt độ
• Nhiệt độ hiểu đại lượng dùng để thể
mức độ nóng hay lạnh vật thể hay môi trường đó.
• Đơn vị nhiệt độ thường dùng Centigrade (0C),
Fahrenheit (0F) hay độ Kelvin (K).
• Tùy theo điều kiện tàng trữ, nước đất có nhiệt độ
khác nhau, dao động từ 00C đến 1000C Như
ta biết, xuống sâu nhiệt độ tăng : 33m tăng độ, sâu 1km nhiệt độ khoảng 400C –
500C Do vậy, nước ngầm (tầng nước cùng)
(4)MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ
(5)Theo nhiệt độ, người ta phân :
Theo nhiệt độ, người ta phân :
- Nước lạnh có nhiệt độ
- Nước lạnh có nhiệt độ tt00 < 20 < 2000CC - Nước ấm
- Nước ấm 202000 – 37 – 3700CC - Nước nóng
- Nước nóng tt00 > 37 > 3700CC
• Nước ngon mát có nhiệt độ 70 – 110C.
• Nước có giá trị chữa bệnh nước có nhiệt độ
cao 200C, đặc biệt nước có nhiệt độ gắn với
(6)Nhiệt độ nước có ảnh hưởng lớn đến thành phần hóa học
(7)
Ngòai ra, đại dương, nhiệt độ giảm theo độ sâu Ngòai ra, đại dương, nhiệt độ giảm theo độ sâu Ngược lại, nước đất lại có nhiệt độ tăng theo độ sâu.
Ngược lại, nước đất lại có nhiệt độ tăng theo độ sâu.
(8)
Thành phần khí liên quan đến nhiệt độ, Thành phần khí liên quan đến nhiệt độ, dưới áp suất nhiệt độ khơng khí không
dưới áp suất nhiệt độ khơng khí khơng
thay đổi, nhiệt độ nước tăng lên, độ
thay đổi, nhiệt độ nước tăng lên, độ
hịa tan khí giảm xuống.
hịa tan khí giảm xuống.
Theo số liệu ghi nhận nhiệt độ tăng từ 00C lên 1000C, độ hòa tan
(9)Độ suốt Độ suốt
Đại phận nước đất suốt Nước đục nước có chứa chất không tan, các chất keo nguồn gốc vô hữu (bùn axit silisic, hidrôxyt sắt nhôm).
(10)Màu
Màu
Màu nước thành phần hóa học hay tạp chất gây nên Chất mùn thối đầm lầy làm cho nước có màu vàng Bicacbơnat kiềm kiểm thổ (đặc biệt Ca) làm cho nước có màu xanh cây.
Thường nước có màu đặc trưng sau : - Không màu,
- Xanh nhạt, - Vàng nhạt,
(11)Mùi Mùi
Mùi nước thường liên quan tới hoạt động vi khuẩn, phân hủy vật chất hữu
Sự khác hình dạng chủng lọai vi khuẩn có thể gây cho nước nhiều mùi khác : mùi mốc, mùi đất, mùi chuột, mùi cá mùi thuốc uống.
Ngoài ra, mùi nước cịn chứng tỏ có nhiều khí có nguồn gốc sinh hóa (H2S có mùi trứng thối).
Nước có mùi sau : - Không mùi,
- Mùi trứng thối,vị ngọt - Mùi đầm lầy,
(12)II
II THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤTTHÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Trong thành phần hóa học nước đất có đến 60 nguyên tố bảng tuần hoàn Men-đê-lê-ép Các nguyên tố chứa nước dạng :
-Ion: Na+, Ca 2+, Mg 2+ , Fe 2+ , Cl- , HCO3-, SO42-,
…
- Phân tử : O2, CO 2, H2S , CH 4, N 2, … - Keo : H2SiO3, Fe(OH)3, …
(13)
Các chất chứa nước thiên nhiên Các chất chứa nước thiên nhiên chia làm nhóm : đại ngun tố vi
chia làm nhóm : đại ngun tố vi
nguyên tố
nguyên tố
Trong nhóm đại nguyên tố gồm nguyên tố có số lượng chủ yếu định độ khống hóa nước : Cl-, HCO3 , SO42- ,
NO3- , Na+, Ca 2+ , Fe2+ H2SiO3.
(14)b) Nguồn gốc vài nguyên tố có nước.
ion Cl- :
Thường nước đất ion Cl- có dạng hợp chất NaCl
và có nguồn gốc khác :
- Do hòa tan NaCl đá
- Q trình hỗn hợp với nước trầm tích
- Do nhiễm bẩn tàn tích động thực vật.
Cl- có nguồn gốc sau có hại đến thể người.
Ion SO42-
Ion có nguồn gốc sau :
- Do trình rửa lũa đất đá (như thạch cao, …).
- Do q trình oxy hóa vài hợp chất lưu huỳnh (pyrit). - Do nhiễm bẩn tàn tích động thực vật.
(15)42-Các hợp chất Nitơ Các hợp chất Nitơ
• Các hợp chất nitơ có nước đất các dạng NO2-, NO3- NH4+ Nếu nguồn gốc
chúng vơ chúng khơng có hại, nguồn gốc hữu chúng dấu hiệu nhiễm bẩn, có khả có mặt vi khuẩn gây bệnh
• Trong giếng đào thường có nhiều NO2-,
NO3- , NH4+, nước ngầm khơng có lớp cách thủy
(16)Nitrit ion NO2- có lượng không nhiều
trong nước bề mặt nước ngầm Sự có mặt nitrit với số lượng lớn thường kèm theo vi khuẩn gây bệnh (dịch tả, thương hàn, …).
• Nitrat ion NO3- : Sự có mặt NO3- chứng tỏ
sự ơxy hóa hoàn toàn chất hữu chứa nitơ Bản thân NO3- khơng có hại đến sức khỏe, có mặt thường kèm theo NO2- NH4+.
• Amomơni NH4+ tạo thành
(17)Saét (Fe)
Saét (Fe)
Các hợp chất sắt có nước thường dạng Fe++ Fe+++ Hợp chất Fe++ không bền vững, có oxy chúng chuyển thành hợp chất Fe 3+
4Fe (HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe (OH)3 + 8CO2
(18)Các hợp chất C
Các hợp chất C
Ởû dạng :
- Khí cacbơnic CO2 tự hịa tan nước. - Bicacbơnat HCO3
Cacboânat CO
(19)Sunfua hydroâ
Sunfua hydroâ (H (H22S)S)
(20)Các hợp chất hữu cơ
Các hợp chất hữu cơ Có nước dạng Có nước dạng các chất hu-min, bi-tum, phê-nôn axit béo. các chất hu-min, bi-tum, phê-nôn axit béo.
Các chất humin chất màu nâu
sẫm, thuộc loại cao phân tử, giàu oxy thường chứa chất nitơ, lưu huỳnh Các axit humin dạng thấp chất humin, có than bùn đất trồng (thổ nhưỡng) Thành phần trung bình axit humin sau :
(21)
BitumBitum có đá khác bùn có đá khác bùn
đại,hịa tan dung mơi hữu cơ, bitum hỗn hợp
đại,hòa tan dung môi hữu cơ, bitum hỗn hợp
của cacbua hydrô, dầu hỏa, nhựa đường
của cacbua hydrô, dầu hỏa, nhựa đường..
Phênôn đại biểu đơn giản hợp chất hữu có chứa nhóm hydroxin OH- Cơng
thức C6H5OH Hàm lượng phê-nơn nước
không nhiều.
(22)Axit beùo
Axit beùo
Axit béo hợp chất hữu mạch
(23)c)
c) Tổng lượng khống hóaTổng lượng khống hóa
Tổng lượng chất hòa tan nước gọi
tổng lượng khống hóa, thường biểu thị g/l (đơi g/kg nước muối).
• Tổng lượng khống hóa dùng làm tiêu để phân loại nước tốt
(24)Phân loại nước theo tổng lượng khống hóa.
Phân loại nước theo tổng lượng khống hóa.
Tổng lượng khống hóa (mg/l)
Đặc tính Thành phần hóa học
< 200 200 – 500 500 – 1.000 1.000 – 3.000 3.000 – 10.000 10.000 – 35.000
35.00 – 50.000 50.000 – 400.000
Siêu nhạt Nhạt
Độ khống cao Hơi mặn
Mặn Độ mặn cao
Chuyển thành nước muối Nước muối
Thường bicacbonat Bicacbônat – Sunfat
Sunfat – Clorua Chủ yếu Clorua
(25)d)
d) Độ pHĐộ pH
Nứơc ln ln phân ly theo phương trình : H2O H+ + OH
-• Nhưng mức độ phân ly nước vô nhỏ bé : lít nước (1.000 : 18,016 = 55,51 phân tử gam), có 10–7 phân tử gam bị phân ly (ở
nhiệt độ t0 = 250C)
• Theo định luật tác dụng khối lượng vaØ phần nước không phân ly lớn so với phần nước bị phân ly, nên [H2O] coi không đổi Do đó, ta có :
• KH2O = [H+ ] [OH–] = 10–7 = 1014
• Nếu đặt pH = – lg [H+] vaø pOH = – lg [OH-] lấy lôgarit tích số
trên, ta :
• pH + pOH = 14, pH = pOH =
• Khi nước có phản ứng trung tính Nhưng, ta biết, nước thiên nhiên dung dịch chứa nhiều chất hòa tan khác nhau, phân ly nước tăng lên giảm đi, có nghĩa nồng độ H+ có
thể có nhiều so với [OH-] •
55.51 10 10 7 O H OH H
(26)Nếu pH < nước có phản ứng axít. Nếu pH >7 nước có phản ứng kiềm.
Như vậy, độ pH dao động từ tới 14, đặc biệt chất điện phân làm tăng [H+] (giảm pH), khí CO2
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3–
Nếu nước bảo hịa khí CO2 [H+] tăng lên 300 lần
Các axit humin làm tăng [H+]
Nồng độ [OH- ] tăng lên Na2CO3:
Na2CO3 + H2O 2Na+ + HCO3 - + OH-
Độ pH có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng chất hòa tan nước.
Khi pH < HCO3- CO3 2- thực tế xem khơng có
Khi < pH < 10 chủ yếu HCO3 -
Khi pH > 10 chủ yếu CO32- (pH = 8,4 bắt đầu có CO32–)
Một ví dụ khác :
Khi pH < nước chứa H2SiO3
Khi pH > ngoøai H2SiO3 có HSiO3
Các ngun tố Fe Al dễ bị nước axit kéo khỏi đất đá, đặc biệt nước chứa nhiều CO2 (nước đầm lầy, nước axit mỏ quặng) Al2O3 kết tủa
(27)Độ pH định hình thành khống vật có nguồn gốc ngoại sinh.
Fe tạo nên khoáng vật khác những môi trường khác nhau.
Trong moÂi trươØng axit mạnh – limonit (Fe2O3
nH2O)
Trong moÂi trươØng axit yếu – Pyrit (FeS2)
Trong moÂi trươØng trung tính – Sidêrit ( FeCO3)
Trong moÂi trươØng kiềm – glaucônit
KL1 (Fe 3+ , Fe 2+ , Al, Mg)2-3 [Si3 (Si, Al) O10] [OH]2 nH2O
(28)e)
e) Tính chất ăn mịn nướcTính chất ăn mịn nước
Tính chất thể rõ nước có chứa nhiều khí cacbơnic tự Sự ăn mòn (hòa tan) canxit (CaCO3) nước chứa CO2 tự diễn theo phương trình sau :
CaCO3 + CO2 + H2O Ca 2+ + HCO3–
Đây phương trình thuận nghịch phản ứng không đến cùng, nghĩa sau phản ứng, phần hàm lượng CO2 dung
dịch trạng thái tự Mỗi lượng định CO2 tự
tương ứng với hàm lượng định HCO3 nước trạng thái
cân với CaCO3 Lượng CO2 tự ứng với trạng thái cân bằng, gọi
là cacbônic cân bằng
Nếu hàm lượng CO2 tự nước lớn so với lượng cần
thiết để cân CaCO3 tiếp xúc với loại nước thế, bị
hịa tan Phần CO2 để hòa tan CaCO3 gọi cacbơnic ăn mịn.
(29)f)
f) Độ cứng nướcĐộ cứng nước : :
• Độ cứng nước gây muối hoà tan Canxi Magnê
• Cần phân biệt loại độ cứng đây:
• a-Tổng độ cứng
• Gây có mặt tất muối Canxi Magnê
• Ca(HCO3)2 , Mg(HCO3)2 , MgCO • CaSO4 , MgSO ,
• CaCl , MgCl
• b-Độ cứng tạm thời
• Gây diện muốiCarbonate Canxi Magnê
• Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2
• Khi đun nóng nước, chúng biến thành CO3 CaCO3 lắng đọng c-Độ cứng vĩnh viễn
• Gây có mặt muối Canxi Magnê cịn lại
(30)Độ cứng biểu thị khác quốc gia
Độ cứng biểu thị khác quốc gia
khác nhau.
khác nhau.
• Ở Nga biểu thị mg-đương lượng Ca 2+ Mg 2+
trong lít nước Một mg-đương lượng ứng với hàm lượng 20,04mg/l Ca 2+ hay 12,16 mg 2+
• Ở nước khác dùng đơn vị sau để đo độ cứng:
• 0Đức tương ứng với 10 mg/l CaO
• 0Pháp 10 mg/l CaCO3
• 0Mỹ 1mg/l CaCO3
• 0Anh 14 mg/l CaCO3
• Người ta thường dùng mg-dl 0Đức để biểu thị độ cứng
(31)2- Biểu diễn kết phân tích thành phần
2- Biểu diễn kết phân tích thành phần
hố học nước đất.
hố học nước đất.
• a- Biểu diễn số
• b- Biểu diễn công thức
(32)a/ Biểu diễn số
a/ Biểu diễn số
• Người ta dùng một ba dạng đây để biểu diễn kết phân tích:
• -Khối lượng chất hồ tan lít nước Do lượng chất thường bé nên đơn vị chọn g/l, mg/l µg/lít (1µg/lít = 0,001mg/lít) Đối với nước có độ khống hố cao, đơi người ta cịn dùng đơn vị g/kg , mg/kg.
• - Gram dương lượng mg đương lượng ( viết
tắt g-dl/l hay mg-dl/l).
(33)b- Biểu diễn công thức
b- Biểu diễn cơng thức
• Cơng thức Cuốc-lốp
(34)c- Biểu diễn hình vẽ:
c- Biểu diễn hình vẽ:
(35)c- Biểu diễn hình vẽ:
(36)3-Phân loại nước theo thành phần hoá học
3-Phân loại nước theo thành phần hoá học
Các bảng phân loại nước đất theo thành phần hoá học Các bảng phân loại nước đất theo thành phần hoá học
vào hàm lượng ion Na
vào hàm lượng ion Na++, Ca , Ca 2+2+ , Mg , Mg 2+2+ , Cl , Cl , SO , SO
4
(37)b- Theo
b- Theo Aloâkin (1946)Aloâkin (1946)
• Nước thiên nhiên chia làm lớp, dựa vào hàm
lượng (mg-đl/lít) cation, loại lại chia thành loại dựa theo quan hệ hàm lượng cation anion sau
• Nhóm I HCO3- > Ca 2+ + Mg 2+
• Nhóm II HCO3- < Ca 2+ + Mg 2+ < HCO3- + SO
42-• Nhoùm III HCO3- + SO42- < Ca 2+ + Mg 2+
• Nhóm IV HCO3- = 0
• Nhóm I, liên quan đến đá macma
• Nhóm II, đặc trưng cho nước ngầm, nước sông, nước hồ.
• Nhóm III, đặc trưng cho nước đại dương, biển
(38)III
III- CÁC QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO VÀ BIẾN - CÁC Q TRÌNH THÀNH TẠO VÀ BIẾN ĐỔI THÀNH PHẦN HỐ HỌC CỦA NƯỚC DƯỚI ĐỔI THÀNH PHẦN HỐ HỌC CỦA NƯỚC DƯỚI
(39)Summary of Groundwater Systems
NOTE: Study each term, and the associated concepts and geologic processes
(from Keller, 2000, Figure 10.9)
(40)1
1-Các trình hình thành thành phần hố học -Các q trình hình thành thành phần hoá học của nước đất
của nước đất
• Thành phần hố học nước đất kết tổng hợp nhiều q trình khác nhau.
• Các q trình chủ yếu định thành phần hố học của nước đất là:
• - Rửa lũa, hồ tan
• - Chèn ép nước cổ (Nước trầm tích)
• - Sự chuyển từ trạng thái liên kết thành trạng thái tự do
• Căn vào q trình ấy, ta chia nước đất thành loại chủ yếu
• - Nước rửa lũa
• - Nước trầm tích
(41)
2-2- Các q trình làm thay đổi thành phần hố học Các q trình làm thay đổi thành phần hố học của nước đất
của nước đất
• Các q trình làm thay đổi thành phần hố học nước đất gồm có:
• -Sự hỗn hợp nước có nguồn gốc khác nhau
• -Sự lắng đọng muối bốc hạ thấp nhiệt độ
• -Sự trao đổi ion với đá vây quanh
• -Sự bảo hồ khí CO2.
• -Các trình vi sinh vật
• -Các q trình oxy hố
(42)-
- Sự làm giàu kim loạiSự làm giàu kim loại
Quá trình làm giàu kim loại thường gặp mỏ quặng chứa khoáng vật sunfua PbS , CuFeS2 , FeS2.
Ví dụ : Trong đới thơng khí, nước khí có chứa nhiều O2
thấm xuống xảy oxy hoá FeS2 cùng với thành tạo H2SO4
và Fe2 (SO4)3
FeS2 + 7O2 + H2O => FeSO4 + H2SO4
Dưới tác dụng oxy hoá FeSO4 tiếp tục chuyển thành Fe2(SO4)3
và Limonit sFe2O3.3H2O
12FeSO4 + 3O2 + 3H2O => 4Fe2(SO4)3 + Fe2O3.3H2O
Axit sunfuaric H2SO4 hoà tan CaCO3, thành tạo sunfat canxi
khí cacbonic tự do.
CaCO3 + H2SO4 => CaSO4 + CO2 + H2O