Thuy van chuong 2

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (370.01 KB, 42 trang )

CHƯƠNG 2

<b>CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ </b>

<b>VÀ </b>

<b>THÀNH PHẦN HĨA HỌC </b>

<b>THÀNH PHẦN HÓA HỌC </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b></b>

<b>I-I-</b>

<b>CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ</b>

:

Trong địa chất thủy văn, người ta chú ý đến

các tính chất vật lý sau đây của nước dưới đất :

nhiệt độ, độ trong suốt, màu, mùi, vị.

- Nhiệt độ

- Độ trong suốt

- Màu

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Nhiệt độ

• <sub>Nhiệt độ có thể hiểu là đại lượng dùng để thể hiện </sub>

mức độ nóng hay lạnh của một vật thể hay một mơi

trường nào đó.

• <sub>Đơn vị của nhiệt độ thường dùng là Centigrade (</sub>

C),

Fahrenheit (

F) hay độ Kelvin (K).

• <sub>Tùy theo điều kiện tàng trữ, nước dưới đất có nhiệt độ </sub>

khác nhau, dao động từ dưới 0

C đến trên 100

C. Như

ta biết, càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng : cứ 33m

tăng một độ, nếu sâu 1km thì nhiệt độ khoảng 40

C –

50 C. Do vậy, nước ngầm (tầng nước trên cùng)

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Theo nhiệt độ, người ta phân ra :

- Nước lạnh có nhiệt độ

t

< 20

<sub> < 20</sub>

C

<sub>C</sub>

- Nước ấm

20 – 37

<sub> – 37</sub>

C

<sub>C</sub>

- Nước nóng

t

> 37

<sub> > 37</sub>

C

<sub>C</sub>

• <sub>Nước ngon và mát có nhiệt độ 7</sub>

– 11

C.

• <sub>Nước có giá trị chữa bệnh nhất là nước có nhiệt độ </sub>

cao hơn 20

C, đặc biệt là nước có nhiệt độ gắn với

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng khá lớn

đến thành phần hóa học của nó.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Ngòai ra, trong các đại dương, nhiệt độ giảm theo độ sâu.

Ngược lại, trong nước dưới đất lại có nhiệt độ tăng theo độ sâu.

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Thành phần khí cũng liên quan đến nhiệt độ,

dưới áp suất và nhiệt độ của khơng khí không

thay đổi, khi nhiệt độ của nước tăng lên, thì độ

hịa tan của khí giảm xuống.

Theo các số liệu ghi nhận được thì khi nhiệt

độ tăng từ 0

C lên 100

C, độ hòa tan của mỗi

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

<b>Độ trong suốt</b>

Đại bộ phận nước dưới đất là trong suốt.

Nước đục là nước có chứa các chất khơng tan,

các chất keo nguồn gốc vô cơ và hữu cơ (bùn

axit silisic, hidrôxyt sắt và nhôm).

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

<b>Màu</b>

Màu của nước là do thành phần hóa học hay các

tạp chất gây nên. Chất mùn thối ở các đầm lầy làm

cho nước có màu vàng. Bicacbơnat kiềm và kiểm thổ

(đặc biệt là Ca) làm cho nước có màu xanh lá cây.

Thường nước có các màu đặc trưng sau :

- Không màu,

- Xanh lá cây nhạt,

- Vàng nhạt,

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>Mùi</b>

Mùi của nước thường liên quan tới sự hoạt động của vi khuẩn,

phân hủy các vật chất hữu cơ.

Sự khác nhau về hình dạng chủng lọai của các vi khuẩn ấy có

thể gây cho nước nhiều mùi khác nhau như : mùi mốc, mùi đất,

mùi chuột, mùi cá và mùi thuốc uống.

Ngoài ra, mùi của nước cịn chứng tỏ có nhiều khí có nguồn

gốc sinh hóa (H2S có mùi trứng thối).

Nước có thể có các mùi sau :

- Không mùi,

- Mùi trứng thối,vị ngọt

- Mùi đầm lầy,

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<b>II. </b>

<b>THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT</b>

Trong thành phần hóa học của nước dưới đất có

đến hơn 60 nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Men-đê-lê-ép. Các nguyên tố này chứa trong nước dưới các

dạng :

-Ion: Na

, Ca

2+,

Mg

, Fe

, Cl

, HCO

, SO

,

…

- Phân tử : O

, CO

, H

S , CH

, N

, …

- Keo : H

SiO

, Fe(OH)

, …

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Các chất chứa trong nước thiên nhiên được

chia làm 2 nhóm chính : đại nguyên tố và vi

nguyên tố

Trong nhóm đại nguyên tố gồm các nguyên

tố có một số lượng chủ yếu quyết định độ

khống hóa của nước như : Cl

, HCO

, SO

,

NO

, Na

, Ca

, Fe

và H

SiO

.

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

<b> b) Nguồn gốc của một vài nguyên tố có trong nước.</b>

<b>ion Cl</b>

:

Thường trong nước dưới đất ion Cl

có dưới dạng hợp chất NaCl

và có nguồn gốc khác nhau :

- Do hòa tan NaCl trong các đá

- Q trình hỗn hợp với nước trầm tích

- Do nhiễm bẩn bởi các tàn tích động thực vật.

Cl

có nguồn gốc sau cùng có hại đến cơ thể con người.

<b> Ion SO</b>

42-

Ion này có những nguồn gốc sau đây :

- Do quá trình rửa lũa đất đá (như thạch cao, …).

- Do q trình oxy hóa một vài hợp chất lưu huỳnh (pyrit).

- Do nhiễm bẩn bởi các tàn tích động thực vật.

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

<b>42-Các hợp chất Nitơ</b>

<b>Các hợp chất Nitơ</b>

• Các hợp chất nitơ có trong nước dưới đất dưới

các dạng NO

, NO

và NH

. Nếu nguồn gốc của

chúng là vơ cơ thì chúng khơng có hại, nhưng nếu

nguồn gốc là hữu cơ thì chúng là dấu hiệu của sự

nhiễm bẩn, và có khả năng có mặt các vi khuẩn gây

bệnh.

• Trong các giếng đào thường có nhiều NO

,

NO

, NH

, vì nước ngầm khơng có lớp cách thủy

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

<b>Nitrit ion NO</b>

<b> </b>

có một lượng không nhiều

trong nước bề mặt và nước ngầm. Sự có mặt

nitrit với số lượng lớn thường kèm theo vi

khuẩn gây bệnh (dịch tả, thương hàn, …).

• <b>Nitrat ion NO</b>

<b>3</b>-

: Sự có mặt NO

chứng tỏ

sự ơxy hóa hồn tồn các chất hữu cơ chứa

nitơ. Bản thân NO

khơng có hại đến sức

khỏe, nhưng sự có mặt của nó thường kèm

theo NO

và NH

.

• <b>Amomơni NH</b>

được tạo thành trong các

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

<b>Saét (Fe)</b>

Các hợp chất của sắt có trong nước

thường ở dưới các dạng Fe++ và Fe+++.

Hợp chất Fe++ khơng bền vững, nếu có oxy

chúng chuyển thành hợp chất Fe

4Fe (HCO

)2 + O

+ 2H

O = 4Fe (OH)

+ 8CO

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>Các hợp chất C</b>

Ởû dưới 3 dạng :

- Khí cacbơnic CO

tự do hịa tan trong nước.

- Bicacbơnat HCO

-- Cacbônat CO

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

<b>Sunfua hydroâ</b>

(H

<sub> (H</sub>

<sub>2</sub>

S)

<sub>S)</sub>

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

<b>Các hợp chất hữu cơ</b>

<b>. Có trong nước dưới các dạng </b>

<b>các chất hu-min, bi-tum, phê-nôn và axit béo.</b>

<b>Các chất humin</b>

là những chất màu nâu

sẫm, thuộc loại cao phân tử, giàu oxy và thường

chứa chất nitơ, lưu huỳnh. Các

<b>axit humin</b>

là

dạng thấp của các chất humin, có trong than

bùn và đất trồng (thổ nhưỡng). Thành phần

trung bình của các axit humin như sau :

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

<b> </b>

<b>Bitum</b>

có trong các đá khác nhau và trong bùn hiện

<sub> có trong các đá khác nhau và trong bùn hiện </sub>

đại,hịa tan trong dung mơi hữu cơ, bitum là hỗn hợp

của cacbua hydrô, như dầu hỏa, nhựa đường

.

<b>Phênôn</b>

là những đại biểu đơn giản nhất của các

hợp chất hữu cơ có chứa nhóm hydroxin OH

. Công

thức của nó là C

H

OH. Hàm lượng phê-nơn trong nước

không nhiều.

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

<b>Axit beùo</b>

<b>Axit béo</b>

là những hợp chất hữu cơ mạch

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

<b>c)</b>

<b>Tổng lượng khống hóa</b>

<b><sub>Tổng lượng khống hóa</sub></b>

Tổng lượng các chất hòa tan trong nước gọi là

tổng lượng khống hóa, thường được biểu thị bằng

g/l (đôi khi bằng g/kg đối với nước muối).

• Tổng lượng khống hóa có thể dùng làm chỉ

tiêu để phân loại nước rất tốt

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

<b>Phân loại nước theo tổng lượng khống hóa.</b>

<b>Tổng lượng </b>
<b>khống hóa (mg/l)</b>

<b>Đặc tính</b> <b>Thành phần hóa học</b>

< 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 hơi cao
Hơi mặn

Mặn

Độ mặn cao

Chuyển thành nước muối
Nước muối

Thường là bicacbonat
Bicacbônat – Sunfat

Sunfat – Clorua
Chủ yếu là Clorua

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

<b>d)</b>

<b>Độ pH</b>

Nứơc ln ln phân ly theo phương trình :
H2O  H+ + OH

-• Nhưng mức độ phân ly của nước vô cùng nhỏ bé : trong 1 lít nước
(1.000 : 18,016 = 55,51 phân tử gam), chỉ có 10–7 phân tử gam bị phân ly (ở

nhiệt độ t0 = 250C).

• Theo định luật tác dụng khối lượng vaØ do phần nước không phân ly
rất lớn so với phần nước đã bị phân ly, nên [H2O] coi như không đổi. Do
đó, ta có :

• KH2O = [H+ ] [OH–] = 10–7 = 1014

• Nếu đặt pH = – lg [H+] và pOH = – lg [OH-] thì khi lấy lôgarit tích số

trên, ta được :

• pH + pOH = 14, vaäy pH = pOH = 7

• Khi đó nước có phản ứng trung tính. Nhưng, như ta biết, nước trong
thiên nhiên là một dung dịch chứa nhiều chất hịa tan khác nhau, do đó sự
phân ly của nước có thể tăng lên hoặc giảm đi, có nghĩa là nồng độ H+ có

thể có nhiều hơn hoặc ít hơn so với [OH-].
•

  

  55.51
10
.
10 7 7
2





<i>O</i>
<i>H</i>
<i>OH</i>
<i>H</i>
  

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

Như vậy, độ pH dao động từ 1 tới 14, đặc biệt chất điện phân làm tăng
[H+] (giảm pH), là khí CO2.

CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3–

Nếu nước bảo hịa khí CO2 thì [H+] có thể tăng lên 300 lần.

Các axit humin cũng làm tăng [H+].

Nồng độ [OH- ] tăng lên do Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>:

Na2CO3 + H2O  2Na+ + HCO3 - + OH-.

<b>Độ pH có ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng các chất hòa tan trong nước.</b>

Khi pH < 4 thì HCO3- và CO3 2- thực tế xem như khơng có.

Khi 7 < pH < 10 thì chủ yếu là HCO3 -

Khi pH > 10 thì chủ yếu là CO32- (pH = 8,4 bắt đầu có CO32–)

Một ví dụ khác :

Khi pH < 8 trong nước chỉ chứa H2SiO3.

Khi pH > 8 ngòai H2SiO3 còn có HSiO3.

Các ngun tố Fe và Al dễ bị nước axit kéo ra khỏi đất đá, đặc biệt là
nước chứa nhiều CO2 (nước đầm lầy, nước axit của các mỏ quặng). Al2O3 kết tủa

</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

<b>Độ pH cũng quyết định sự hình thành các </b>

<b>khống vật có nguồn gốc ngoại sinh.</b>

Fe tạo nên các khoáng vật khác nhau trong

những môi trường khác nhau.

Trong moÂi trươØng axit mạnh – limonit (Fe

O

.

nH

O)

Trong moÂi trươØng axit yếu – Pyrit (FeS

Trong moÂi trươØng trung tính – Sidêrit ( FeCO

Trong moÂi trươØng kiềm – glaucônit

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

<b>e) </b>

<b>Tính chất ăn mịn của nước</b>

Tính chất này thể hiện rõ khi trong nước có chứa nhiều khí
cacbônic tự do. Sự ăn mòn (hòa tan) canxit (CaCO3) trong nước chứa
CO2 tự do diễn ra theo phương trình sau :

CaCO3 + CO2 + H2O  Ca 2+ + 2 HCO3–.

Đây là một phương trình thuận nghịch và phản ứng không đi đến
cùng, nghĩa là sau khi phản ứng, một phần hàm lượng CO2 trong dung

dịch vẫn còn ở trạng thái tự do. Mỗi một lượng nhất định CO2 tự do sẽ

tương ứng với một hàm lượng nhất định HCO3 trong nước ở trạng thái

cân bằng với CaCO3. Lượng CO2 tự do ứng với trạng thái cân bằng, gọi

laø <i><b>cacbônic cân bằng</b></i>.

Nếu hàm lượng CO2 tự do trong nước lớn hơn so với lượng cần

thiết để cân bằng thì khi CaCO3 tiếp xúc với loại nước như thế, nó sẽ bị

hịa tan. Phần CO2 mất đi để hịa tan CaCO3 gọi là <i><b>cacbơnic ăn mòn</b></i><b>.</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

<b>f) </b>

<b>Độ cứng của nước</b>

<b><sub>Độ cứng của nước</sub></b>

:

<sub> :</sub>

• Độ cứng của nước gây ra do các muối hồ tan của Canxi và Magnê.

• Cần phân biệt 3 loại độ cứng dưới đây:

• <b> a-Tổng độ cứng</b>

• Gây ra do sự có mặt của tất cả các muối Canxi và Magnê.

• Ca(HCO3)2 , Mg(HCO3)2 , MgCO 3
• CaSO4 , MgSO 4 ,

• CaCl 2 , MgCl 2

• <b> b-Độ cứng tạm thời</b>

• Gây ra do sự hiện diện của các muốiCarbonate Canxi và Magnê

• Ca(HCO3)2 vaø Mg(HCO3)2

• Khi đun nóng nước, chúng biến thành CO3 và CaCO3 lắng đọng.
<b> c-Độ cứng vĩnh viễn</b>

• Gây ra do sự có mặt của các muối Canxi và Magnê còn lại

</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

Độ cứng được biểu thị khác nhau ở những quốc gia

khác nhau.

• Ở Nga biểu thị bằng mg-đương lượng của Ca

và Mg

trong 1 lít nước. Một mg-đương lượng ứng với hàm lượng

20,04mg/l Ca

hay 12,16 mg

2+.

• Ở các nước khác thì dùng những đơn vị sau đây để đo

độ cứng:

• Đức tương ứng với 10 mg/l CaO

• Pháp

10 mg/l CaCO

• Mỹ

1mg/l CaCO

• Anh

14 mg/l CaCO

• <b>Người ta thường dùng mg-dl và </b>

<b>Đức để biểu thị độ </b>

<b>cứng</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

<b>2- Biểu diễn kết quả phân tích thành phần </b>

<b>hố học của nước dưới đất.</b>

• <b> a- Biểu diễn bằng số</b>

• <b> b- Biểu diễn bằng công thức</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

<b>a/ Biểu diễn bằng số</b>

• Người ta dùng

<b>một trong ba dạng dưới đây</b>

để

biểu diễn các kết quả phân tích:

• -Khối lượng các chất hồ tan trong một lít nước.

Do lượng của các chất thường bé nên đơn vị được

chọn là g/l, mg/l hoặc µg/lít (1µg/lít = 0,001mg/lít).

Đối với nước có độ khống hố cao, đơi khi người

ta còn dùng đơn vị là g/kg , mg/kg.

• - Gram dương lượng hoặc mg đương lượng ( viết

tắt là g-dl/l hay mg-dl/l).

</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

<b>b- Biểu diễn bằng công thức</b>

<b>b- Biểu diễn bằng cơng thức</b>

• <b>Cơng thức Cuốc-lốp</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

<b>c- Biểu diễn bằng hình vẽ:</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

<b>c- Biểu diễn bằng hình vẽ:</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

<b>3-Phân loại nước theo thành phần hoá học</b>

<b>Các bảng phân loại nước dưới đất theo thành phần hoá học đều căn cứ </b>
<b>Các bảng phân loại nước dưới đất theo thành phần hoá học đều căn cứ </b>

<b>vào hàm lượng của 6 ion Na</b>

<b>vào hàm lượng của 6 ion Na++, Ca , Ca 2+2+ , Mg , Mg 2+2+ , Cl , Cl-- , SO , SO </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>

b- Theo

<b>Alôkin (1946)</b>

• <b>N</b>

ước thiên nhiên được chia ra làm 3 lớp, dựa vào hàm

lượng (mg-đl/lít) của cation, mỗi loại lại chia thành các loại dựa

theo quan hệ về hàm lượng giữa các cation và anion như sau

• Nhóm I

HCO

- > Ca

+ Mg

• Nhóm II

HCO

- < Ca

+ Mg

< HCO

+ SO

42-•

Nhóm III HCO

- + SO

42-

< Ca

+ Mg

• Nhóm IV HCO

= 0

• Nhóm I, liên quan đến đá macma

• Nhóm II, đặc trưng cho nước ngầm, nước sơng, nước hồ.

• Nhóm III, đặc trưng cho nước đại dương, biển

</div>
<span class='text_page_counter'>(38)</span><div class='page_container' data-page=38>

III

<b>- CÁC Q TRÌNH THÀNH TẠO VÀ BIẾN </b>

<b>ĐỔI THÀNH PHẦN HỐ HỌC CỦA NƯỚC DƯỚI </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(39)</span><div class='page_container' data-page=39>

<b>Summary of Groundwater Systems</b>

<b>NOTE:</b> Study each term, and the associated concepts and
geologic processes.

(from Keller, 2000, Figure 10.9)

</div>
<span class='text_page_counter'>(40)</span><div class='page_container' data-page=40>

1 <b>-Các q trình hình thành thành phần hố học </b>

<b>của nước dưới đất</b>

• Thành phần hố học của nước dưới đất là kết quả của sự

tổng hợp của nhiều q trình khác nhau.

• Các q trình chủ yếu quyết định thành phần hoá học

của nước dưới 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 cứ vào các quá trình ấy, ta có thể chia nước dưới

đất thành 3 loại chủ yếu

• - Nước rửa lũa

• - Nước trầm tích

</div>
<span class='text_page_counter'>(41)</span><div class='page_container' data-page=41>

2-2-

<b>Các q trình làm thay đổi thành phần hố học </b>

<b>Các q trình làm thay đổi thành phần hoá học </b>

<b>của nước dưới đất</b>

• Các q trình làm thay đổi thành phần hố học của

nước dưới đất gồm có:

• -Sự hỗn hợp các nước có nguồn gốc khác nhau

• -Sự lắng đọng muối do bốc hơi và hạ thấp nhiệt

độ

• -Sự trao đổi ion với đá vây quanh

• -Sự bảo hồ khí CO

.

• -Các quá trình vi sinh vật

• -Các q trình oxy hố

</div>
<span class='text_page_counter'>(42)</span><div class='page_container' data-page=42>