Lec 6

Chương 4

HÓA HỌC THỦY QUYỂN

3.1. Đại cương về môi trường thủy quyển - Khối lượng nước của trái đất và nhu cầu về nước: Đại dương

97.31 %

+ Nước ngầm

0.057 %

+ Băng tuyết

2.093 %

+ Sông, suối, ao, hồ

0.014 %

+

+ Nước trong đất + Hơi nước trong KQ

2.7 %

¾ bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước Nước ngọt: 2.7 % Nguy cơ thiếu nước ngọt toàn cầu - Lưu trình nước trong tự nhiên:

Mưa

Mây

Nước ngầm

- Đặc tính quan trọng của nước: + Dung môi quan trọng + Có hằng số điện môi lớn + Môi trường trong suốt đối với tia thấy được

+

Có

tỷ

trọng

lớn

nhất

ở

40C

(0.99975g/cm3)

+ …..(SV đọc tài liệu Hóa học môi trường)

- Phân loại nước ao hồ: + Nước đại dương, biển: mặn + Nước bề mặt + Sông suối + Ao, hồ, bể chứa Mức độ phong hóa của quần xã thực vật: Hồ bần dưỡng (oligotrophic): sâu, nước trong, nghèo dưỡng chất, ít các hoạt động sống

Hồ phú dưỡng (eutrophic): nước đục, giàu

dinh dưỡng, phong phú các hoat động sống Hồ loạn dưỡng (dystrophic): cạn, màu thẫm, nhiều thực vật sống chen chúc, pH thấp Hồ ngập nước, đầm lầy (wetland): cạn, đủ nước cho thực vật sinh sống, bám rễ + Bể chứa: tự nhiên hoặc nhân tạo

- Sự phân tầng theo độ sâu của nước mặt Theo tỷ trọng và nhiệt độ tại các độ sâu khác nhau: Tầng trên (Epilimnion) Tầng giữa (Thermocline) Tầng đáy (hypolimnion)

Sự phân tầng do nhiệt (Thermal stratification)

O2 CO2 Tầng trên

CO2 + H2O + hv  {CH2O} + O2 DO cao, chất ở dạng oxi hóa

Tầng giữa Tầng đáy

DO thấp Môi trường kỵ khí Chất hóa học ở dạng khử

- Thành phần hóa học trong nước tự nhiên + Nước biển (Cl-, SO42-, Na+, Mg2+, Ca2+,…) + Nước sông, hồ: 3.2. Phản ứng acid – baz trong thủy quyển Các chất khí hòa tan trong nước: - Khuếch tán - Đối lưu

Độ hòa tan của chất khí: - Nhiệt độ - Áp suất - Chiều sâu lớp nước - Nồng độ muối - Mức độ ô nhiễm nước CO2 và O2 đóng vai trò quan trọng trong môi trường nước

CO2 trong nước tự nhiên - CO2 trong khí quyển - Khoáng carbonat trong địa quyển Sự hòa tan của chất khí tuân theo định luật Henry:

Tại một nhiệt độ nhất định, độ tan của chất khí trong một chất lỏng tỷ lệ thuận với áp

suất riêng phần của chất khí đó trên mặt thoáng của chất lỏng.

[X] = KH,X Px KH,X: hằng số Henry, mol L-1 atm-1 Hằng số Henry của khí trong nước ở 250C O2

CO2

KH,X

1.28 10-3

3.38 10-2

PX, atm

0.2029

3.39 10-4

[CO2]aq = 3.38 10-2* 3.39 10-4 = 1.146*10-5 M [O2]aq = 1.28 10-3 * 0.2029 = 2.60 10-4M

Phương trình Clausius – Clapeyron:

C2 log C1

0

H 1 2.303R T1

1 T2

Nồng độ khí trong nước giảm khi nhiệt độ tăng  Tính được nồng độ trong nước của khí hòa tan tại nhiệt độ khác 250C

- Tính độ tan của CO2 và O2 ở 20, 300C biết R = 8.3145 J mol –1K –1 CO2, aq có ΔH298 = – 414 KJ mol –1 O2, aq có ΔH298 = – 12 KJ mol –1 pH của nước tự nhiên CO2aq + H2O  H2CO3 pH = 5.65

pH của nước cất cân bằng với đá vôi: CaCO3  Ca2+ + CO32–, T = 4.47 10-9 CO32– + H2O  HCO3– + OH– HCO3– + H2O  CO2aq + OH– pH = 10.08

 Đá vôi gây ra độ kiềm trong nước tự nhiên

pH của nước tự nhiên trong môi trường

có CO2 và đá vôi: CaCO3 + CO2aq + H2O  Ca2+ + 2HCO32

K cb 10

[Ca ][HCO3 ] [CO2aq ] 8.350

10

10 10.328

2

6.352

10

TCaCO3K a1 Ka2 4.374

[HCO3-] = 2[Ca2+] 2

K cb

4[Ca ] CO2aq

 [Ca2+] = 10–3.305 = 4.95 10–4 M Khi đạt cân bằng: [CO2aq] = 1.146 10–5M [HCO3–] = 9.9 10–4 [CO32–] = 9.04 10–6

K a1

pH = 8.29

[H ][HCO3 ] [CO2aq ]

☻ Hệ đệm pH trong nước tự nhiên CO2 khí quyển: 0.035% CO2 hòa tan trong nước tạo hệ đệm kép, quyết định pH của nước tự nhiên. H2CO3: pKa1 = 6.352; pKa2 = 10.328 tại 250C

[CO2aq], HCO3-, CO32 Đặc trưng tính acid baz của nước: pH, độ kiềm, độ acid

Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng nước

-

Thông số vật lý Thông số hóa học Thông số sinh học ASTM TCVN (www.nea.gov.vn) STANDARD METHOD (nước, khí) APHA EPA

Các vòng tuần hoàn trong tự nhiên -

Vòng tuần hoàn carbon Vòng tuần hoàn nito Vòng tuần hoàn của oxy Phospho Luu huỳnh