3-mavzu: tabiiy suvlarning umumiy kimyoviy tarkibi

Suvdagi biogen elementlar. Biogen moddalarga kremniyning, azotning, fosforning va temirning birikmalari kiradi.

Bu birikmalarning asosiy manbai suv havzasining ichki jarayonlaridir, hamda shu birikmalarning daryo suvlari, yog'in suvlari, sanoat korxonalari, xo'jalik maishiy va qishloq xo'jaligi oqova suvlari bilan tushadi.

Kremniy kislotasi. Kremniy o'zining tarqalishi bo'yicha yer qa'rida kisloroddan keyin ikkinchi o'rinda turadi. U tabiiy suvlarning tarkibida asosiy komponent bo'lib qatnashadi.

Azot va fosfor birikmalari konsentrasiyalari va ularning rejimi bioximik va biologik jarayonlarga bog'liqdir. Oxirgi paytlarda bu biogen moddalarni o'rganishga e'tibor kuchaytirildi, chunki u suvni birinchidan ifloslantirsa ikkinchidan zaharlaydi.

Fyuronning ta'kidlashicha agar suvdagi nitratlar miqdori 150 mg/l bo'lib bu suvni yosh bola ichsa u ko'karish (siney) ya'ni toksik sionoz kasaliga uchraydi, shuning uchun ham nitrit miqdori ichimlik suvida GOST 2874-82 bo'yicha 9 mg/l dan oshmasligi kerak. Azot tabiiy suvlarda noorganik va organik birikmalari ko'rinishida uchrab asosan ammoniy (NH⁺₄), nitrit (NO^-₂), nitrat (NO^-₃) ionlari bilan qatnashadi. Azot bor organik moddalar tabiiy suvlarda muallaq zarrachalar kolloidlar va erigan molekulalar shaklida qatnashadi.

Organik moddalar. Tabiiy suvlarda har doim u yoki bu miqdorda organik moddalar bo'ladi. Ular har xil ko'rinishlarga ega bo'lishidan qat'iy nazar asosan ularni uglerod, kislorod va vodorod tashkil etadi va umumiy massaning 98,5% iboratdir. Bulardan tashqari ozroq miqdorda azot, fosfor, oltingugurt, kaliy, kalsiy va boshqa elementlar ham bo'ladi.

Sanitariya gigiena nuqtai-nazaridan suvdagi organik moddalarni ikki guruhga bo'lish mumkin.

1. 
   O'simlik va hayvonot qoldiqlarining bioximik chirishi natijasida hosil bo'lgan maxsulotlar (bu birikmalar zaxarsiz va gigiena nuqtai nazaridan zararsizdir).
   
2. 
   Suvga oqova suv bilan tushadigan har xil chiqindilarning buzilishi-aynishi natijasida hosil bo'ladigan mahsulotlar. Bu moddalar kasallik tug'diruvchi mikroorganizmlar uchun qulay muhit yaratadi va shuning uchun ham ularni ichimlik suvda bo'lishi mumkin emas. Organik moddalar suvda muallaq, kolloid va erigan holatda uchraydi. Ularning miqdori quruq qoldiq bilan qattiq qoldiq orasidagi farq bilan o'lchanadi. Juda keng tarqalgan usul bu kislorodning 1 l dagi sarfi miqdori bilan o'lchanadi. Bu o'z navbatida suvning oksidlanishi deyiladi. Oksidlovchi sifatida kaliy peremanganat (КМ_nO₄) va kaliy bixromat (К₂Cr₂O₇) lar qo'llaniladi.
   

Yer usti suvlari uchun juda yuqori oksidlanish to'g'ri keladi. Masalan, tog' daryolari uchun oksidlanish 2-3 mg/l O₂ bo'lsa, tekis joydagi daryo suvlari uchun 5-12 mg/l O₂, botqoqliklardan chiqadigan suvlarda bir necha o'n milligram litrga to'g'ri keladi.

Suvning umumiy kimyoviy tarkibi. Suvdagi asosiy ionlar va ularning kelib chiqishi. Suvdagi erigan gazlar. Suvning ximiyaviy tarkibini shartli ravishda olti guruhga bo'linadi.

1) Barcha tabiiy suvlarda u yoki bu gazlar erigan bo'ladilar. Yеr usti suvlarida eng ko'p miqdorda erigan gazlar qatoriga kislorodni (О₂) uglerod ikki oksidi (СО₂) va yer osti suvlarida esa vodorod sulfidi (Н₂S) hamda metan (СН₄) kiradi. Ammo barcha suvlarda u yoki bu miqdorda azot uchraydi (N₂).

Suvda gazlarning tarqalishini shartli ravishda uning guruhga bo'lib o'rganiladi.

1. 
   Juda keng tarqalgan gazlar ya'ni ko'p to'planadiganlari N₂, O₂, CO₂, CH₄
   
2. 
   Kamroq tarqalgan gazlar va ulardan ba'zi birlari unchalik ko'p bo'lmagan miqdorda to'planadilar-Н₂, H₂S, He, Ar, OУ (og'ir uglevodorodli gazlar)
   
3. 
   Lokal tarqalgan gazlar ular gaz sifatida shakllanishi bilan to'planish yuz beradi-NH₃, SO₂, HCl, HF va boshqalaruchinchi guruhdagi gazlar o'zlarining yuqori darajali agressivliklari bilan tezda reaksiyaga kirishadilar va o'zlarining gaz hosil qiluvchi komponentlarga xos ahamiyatlarini tezda yo'qotadilar.
   

Kislorod-juda kuchli oksidlovchidir u o'z navbatida tabiiy suvlarning kimyoviy tarkibini shakllanishida juda muhim rol o'ynaydi. U yuqori ximik aktivlikka ega bo'lib toza holatda eng ko'p atmosferada uchraydi, suvda esa fotosintez orqali va yer qa'rida bioximik yo'l hamda atmosfera orqali kirishi bilan hosil bo'ladi. Kislorod organik moddalarni oksidlashda hamda organizmlarning nafas olish jarayonida sarflanadi. Kislorodning uchta izotopi bo'lib asosiy vazifani ¹⁶О va ¹⁸О-og'ir kislorodlar bajaradi.

Tabiiy suvlarda erigan kislorodning bo'lishi katta ahamiyat kasb etib u suvda hayotning bo'lishini va suvning aerasiyalash qobiliyati borligini bildiradi. Uning miqdori 0 dan 14 mg/l, ba'zida yer usti suvlarining tarkibida 40-50 mg/l bo'lishi aniqlangan.

Metan gazi (СН₄)- rangsiz va hidsiz gaz bo'lib kelib chiqishi bioximik bo'lmaganligi uchun suvda erimaydi. Toza holatda botqoqlikda uchrab u o'simlik qoldiqlarining chirishi natijasida hosil bo'ladi.

Etan, propan va butanlar o'z holicha hosil bo'lmasdan, balki metanning gomogollaridir. Ular neft konlarida metan gazining sheriklari bo'lib, uning 20-25% tashkil etadi.

Umuman ular yer osti suvlarida ham juda oz miqdorda, ya'ni 1 litrda bir necha o'n milligramni tashkil etib asosan neft-gaz qatlamlari bor joyda uchraydi.

Azot (N₂)-ximiyaviy nuqtai-nazardan noaktiv, suvda va neftda juda kam eriydi. Asosan er qa'rining har xil qatlamlarida uchraydi. Ammo erigan holatda barcha suvlarda barcha suvlarda uchraydi va uning miqdori 10-16 mg/l gacha etadi.

Uglerod dioksidi (СО₂)-asosan suvda erigan holatda uchrab hosil bo'lish manbai organik moddalarning oksidlanishi natijasida (СО₂) ajralib chiqadi. Uning suvda bo'lishi xuddi kislorod singari o'simliklar dunyosining borlig'ini ta'minlaydi. U o'z navbatida suvning erituvchanlik qobiliyatini oshiradi, hamda НСО₃ va СО₃ larning hosil bo'lishida manba hisoblanadi.

Vodorod sulfidi (H₂S)-yoqilg'i gaz bo'lib juda noxush hidga ega va zaharlidir. U asosan oqsil moddalarning parchalanishi natijasi maxsulidir. Juda chuqur suv havzalarining tubida asosan suv almashishi bo'lmagan hududda organik moddalarning chirishi natijasida hosil bo'ladi.

Suvdagi asosiy ionlar va ularning kelib chiqishi. Suvdagi asosiy inoalarga quyidagilar kiradi: Cl^-, SO^2-₄, HCO^-₃, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ va К⁺. Bu ionlar suvning mineral tarkibining asosiy qismini tashkil etadi. Asosiy ionlar suvning ximiyaviy turini aniqlab beradi yoki uning makrokomponenti deyiladi.

Mikrokomponentlar esa suvda juda oz miqdorda uchraydilar va suvning kimyoviy turini belgilamaydilar. Bir qator komponentlar esa oraliq holatini egallaydi. Bular qatoriga Н⁺, NH⁺₄, NO^-₃, H₂SiO₂.

Xlorid ionlari kuchli migrasiyaga moyil bo'lib u harakatlantiruvchi harakterga egadir. Xlorid ionlari qiyin eruvchi minerallar hosil qilmaydi, kolloid sistemalari bilan adsorbsiyalanmayli (tropik hududdagi qizil tuproqli erdan bo'lak) biogen yo'li bilan to'planmaydi. Natriy, magniy va kalsiyning xlorli tuzlarini eruvchanligi juda yuqoridir. Shu sababli xlorid ionlari hech qanday to'siqsiz suv orqali migrasiyalanadi. U barcha suvlarda uchraydi. Suv mineralizasiyasining oshishi xlorid ionlarining absolyut va nisbiy oshishini ta'minlaydi. Agar o'ta minerallashgan suv bo'lsa undagi xlor ionlari boshqa ionlarga nisbatan birinchi o'rinni egallaydi. Tabiiy suvlarga xlor ionlarining kelib tushishi manbai quyidagilardir:

• 
  Tog' dinslarining xlorli minerallari (galit, NaCl silvin KCl va boshq.)-vulqonlardan chiqadigan chiqindi.
  
• 
  Yog'ingarchiliklar - sanoat korxonalar va xo'jalikdan chiqadigan chiqindi suvlar
  

Sulfat ionlari-ham harakatlanuvchi bo'lib ammo xlorid ionlariga nisbatan biroz passivroqdir. Tuproqning kolloidlari deyarli SO₂ - 4ni ushlay olmaydi, faqatgina yuqori namgarchilikka ega tropikdagi tuproqni musbat zaryadlangan temir va alyuminiyning gidrooksidlari bilan boyitgandagina sulfat ionlarini adsorbsiya qilish mumkin. Tabiiy suvlarda sulfat ionlarining bo'lishi suvdagi kalsiy (Са²⁺) ionlarining qatnashishi bilan limitlanadi va nisbatan kam eruvchi СаSO₄ hosil qiladi. Kislorod bo'lmasligi (anaerob muhitda) sulfat ionlari beqaror bo'lib tezda vodorod sulfidga aylanadi. Bunga asosiy sababi sulfat hosil qiluvchi bakteriyalardir va ularning faoliyati organik moddalar bor joyda rivojlanadi.

Yer usti va er osti suvlari uncha chuqur qoplamga ega bo'lmasa ularda albatta sulfat ionlari bo'ladi. Bu suvlarning juda chuqur qatlamlarida kislorod bo'lmaganligi sababli sulfatsiz suv bo'ladi. Suvda sulfatning bo'lishida cho'kindi jinslar sababchidir. Bu jinslarning tarkibini gips va angidridlar tashkil etadi. Unda tashqari sulfat ionlarining hosil bo'lishida vodorod sulfidining (N₂S) oksidlanishi ham katta rol o'ynaydi. Cho'l sharoitlarida esa yuza va er osti suvlarining sulfat ionlari bilan boyishida tarkibida galitdan tashqari gips (СаSO₄·2H₂O) va mirobligi bor bo'lgan solonchaklarning ishqorlanishi asosiy rol o'ynaydi.

Gidrokarbonat va karbonat ionlari tabiiy suvlarning ximiyaviy tarkibini tashkil etuvchi qismidir. Bu ikkala ionlar, asosan ko'mir kislotasidan ajralib chiqadi.

Н₂СО₃↔Н⁺+HCO₃↔2H⁺+CO^2-₃

Bu ionlar karbonat sistemasining ximiyaviy muvozanatini hosil qilib tabiiy suvlar uchun katta ahamiyatga egadir. Karbonat (СО₂) gidrokarbonat (НСО^-₃) va karbonat (СО^2-₃) ionlarining eritmada taqsimlanishi рН qiymati bilan belgilanadi.

Ko'mir kislotasi hosilalarining o'zaro munosabatlarining pH qiymati bilan bog'liqligini ko'rsatuvchi jadval quyida keltirilgan.

2-jadval

Ko'mir kislotasi hosilalarining o'zaro munosabatlarining pH qiymati bilan bog'liqligini

Shakli	рН (molyar o'lchamda %)
	4	5	6	7	8	9	10	11
Н2СО3	99,7	97.0	76,7	24,99	3,22	0.32	0,02	-
НСО3	0,3	3,0	23,3	74,98	96,70	95,84	71,43	20,0
СО^2-3	-	-	-	0,03	0,08	3,84	29,55	80,0

Agar jadvaldagi qiymatlarni tahlil qilsak suvdagi рН<5 da gidrokarbonat ionlari (НСО^-₃) ning bo'lishi nolga intiladi. Neytral va ishqoriy suvlarda gidrokarbonat ionlarining ko'pligi kuzatiladi. Agar рН>8 bo'lsa karbonat (СО^2-₃) ionlari hosil bo'lishi kuzatiladi va ular ishqoriy suvlarda hukmronlik qiladilar. Gidrokarbonat ionlari barcha suvlarda uchraydi. Mineralizasiyasi kam bo'lgan suvlarda ko'proq uchraydi.

Gidrokarbonatning to'planishi kalsiyning qatnashishi bilan limitlanadi. Agar tabiiy suvlarda Са⁺ (kalsiy) ioni ko'proq bo'lsa gidrokarbonat НСО^-₃ miqdori uncha ko'p bo'lmaydi. Odatda daryo va ko'l suvlarida НСО^-₃ miqdori 250 mg/l dan oshmaydi. Yer osti suvlarida uglerod ikki oksidi (СО₂) ko'proq bo'lsa gidrokarbonat konsentrasiyasi o'ta yuqori bo'ladi. (Narzon suvi-1,24 g/l). Karbonat ioni (СО^-₃) tabiiy suvlarda juda kam bo'ladi.

Umuman suvdagi gidrokarbonat (HCO^-₃) va karbonat (CO^2-₃) ionlarining manbai sifatida ohaktosh, dolomit, mergel (ohakgil) larni keltirish mumkin.

СаСО₃+СО₂+Н₂О=Са²⁺+2НСО^-₃

MgCO₃+CO₂+H₂O=Mg²⁺+2HCO^-₃

Bu reaksiyalardan ko'rinib turibdiki gidrokarbonat ionlarining hosil bo'lishi juda murakkab bo'lib reaksiyaning chapdan o'ngga ketishi uglerod oksidining qatnashishi bilan bog'liqdir, agar u qanchalik ko'p bo'lsa suvda karbonatning erishi shunga jadal bo'ladi.

Natriy ionlari (Na⁺) kationlar orasida tarqalishi bo'yicha birinchi o'rinni egallaydi. Natriyning barcha tuzlari yuqori darajada erish qobiliyatiga ega bo'lib uning ionlari ham yuqori migrasiya xususiyatiga ega bo'lib xlordan so'ng ikkinchi o'rinni egallaydi. Juda past mineralli suvlarda natriy ioni qatnashishi bo'yicha uchinchi o'rinni egallaydi. Yuqori darajali minerallashgan suvda natriy ionining miqdori oshib boradi. Dengiz suvlarida kationlarning 84% ni tashkil qiladi.

Yer qa'rida Na⁺ ning miqdori uni massasining 2,5% tashkil etadi. Asosiy manba sifatida erdan otilib chiqqan tog' jinslarining emirilishidan hosil bo'ladi (granit va boshqalar).

Kaliy ioni (К⁺) o'zining kimyoviy tarkibi va miqdori bo'yicha natriy ioniga juda yaqin. Kaliy ham natriy ioni kabi asosiy anionlar bilan oson eruvchi birikmalar (КCl, K₂SO₄, KCO₃, KHCO₃) hosil qiladi. Ammo kaliy ionlari atmosfera yog'in suvlaridan tashqari barcha tabiiy suvlarda qatnashadi. Odatda kaliy ionlari natriy ionining 4-10% ni tashkil qiladi. Sababi u juda past migrasiya xususiyatiga egadir.

Kalsiy ionlari ohaktosh, megrel va boshqa jinslarda 10% (ba'zan 40%) tashkil etadi. Kalsiyning tirik moddalardagi miqdori 0,5% dan iboratdir. Bu element biologik jarayonlarda juda faol qatnashadi. Organizmlarning hayot faoliyati to'xtashi bilan kalsiy mineral shakliga o'tib tuproqqa o'tadi. Shuning uchun ham tuproq qorishmalari kalsiy ionlaridan iboratdir. Kuchsiz minerallashgan suvlarda asosan kalsiy hukmronlik qiladi. Suvning mineral tarkibi oshishi kalsiyni kamayishiga olib keladi. Kalsiyni tabiiy suvlarda hosil bo'lishi manbai sifatida ohaktosh, dolomit va ohaktosh sementi tog' jinslari bo'lib ular suvda quyidagi sxema bo'yicha eriydilar.
СаСО₃+СО₂+Н₂О↔Са(НСО₃)₂↔Са²⁺+2НСО^2-₃
Suvdagi kalsiyning juda ko'p qismi gipsning erishidan hosil bo'ladi va er qa'rida keng tarqalgandir.

Barcha holatlarda kalsiy ioni suvda НСО^2-₃ va SO^2-₄ – anionlari bilan birgalikda uchraydi.

Magniy ionlari - o'zining ximiyaviy xossasi bo'yicha kalsiyga juda yaqin va o'xshashdir. Ammo migratsiya bo'yicha bir biridan farq qiladi. Biologik aktivligi kalsiyga nisbatan ancha pastdir. Magniy ionlari deyarli barcha tabiiy suvlarda uchraydi. Biroq hukmron bo'lib qatnashmaydi.

Odatda past mineralli suvda kalsiy ko'p bo'lsa yuqori mineralli suvda natriy ko'p bo'ladi. Magniyning tabiiy suvlardagi konsentrasiyalashuviga asosiy sabab magniyning sulfat va biokarbonatlarning (MgSO₄, Mg(HCO₃)₂) kalsiynikiga nisbatan (CaSO₄ Ca(HCO₃)₂) tez eruvchanligidir.

Magniyning suvda bo'lish manbai asosan dolomit, mergel, gabbro, dunit, peridodit va boshqa jinslarning erishi va emirilishi natijasidir.

4. Kimyoviy jarayonlarda suv o‛tlari va bakteriyalarning ishtiroki. Suv o‛tlari (ular taxminan 30 ming turdan iborat) suv muhitiga organik modda chiqaradi, (biroq) minerallar va karbonat angidrid yutadi. Bakteriyalar bo‛lsa, aksincha, organik moddalarni minerallarga aylantiradi, demak fotosintez jarayonida hosil bo‛ladigan organik moddani tirik organizmlar tomonidan (masalan, baliqlar) o‛zlashtira oladigan shaklga aylantiradi. Tabiiy suvlarda bakteriyalarning soni 1-300 mln/ml ni tashkil etadi, ya’ni tuproqqa qaraganda 10 marta kam. Fitoplankton turlaridan (muallaq holda uchraydigan mikroskopik suv o‛tlari) bitta bakteriya ishtiroki bilan parchalanish (oksidlanish) jarayonini soda kimyoviy tenglama ko‛rinishida yozish mumkin:

Butunlay, gidrosferada organik moddani oksidlanishi uchun yiliga taxminan 1,5*10¹¹ t kislorod talab etiladi.

Gidrosferada quyidagi kimyoviy va fizik-kimyoviy jarayonlar o‛tadi. Ulardan ba’zilarini ko‛rib chiqamiz.

FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR

1. 
   Крупнова Т.Г. Химия окружаюшей среди: Учебное пособие/Под ред.Ю.И.Сухарева.-Челябинск: Изд.ЮУрГУ, 2004.-Ч.1. -37 с.
   
2. 
   Перелман A.И. Геохимия природных вод. –М.: Наука, 1982.
   
3. 
   Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. -Л.: 1988. -239 с.
   
4. 
   Блинов Л.Н., Оркина Т.Н., Тансура Н.П. – Санкт-Петурбург: Основы экологической химии. Санкт-Петербургский Государственний политехнический университет, 2007. -75 с.
   
5. 
   Никаноров А.М., Посохов Е.В. Гидрохимия. –Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -230 с.
   
6. 
   Келгинбаева С.В. Химия окружаюшей среди. -Т.: ТГТУ, 1999. – 74 с.
   
7. 
   Дерпголц В.Ф. Мир воды. – Л.: Недра, 1979. -254 с.
   
8. 
   Petryanov I.V. Dunyoda eng g‘aroyib modda. –T.: Fan., 1978. -88 b.
   
9. 
   Иванова Е.Ю. Микробиология. –Воронеж: ВГУ, 2007. – 101 с.
   
10. 
    Петрова Л.В., Калюкова Е.Н. Химия воды. -Уляновск: УлГТУ, 2004. -48 с.
    
11. 
    http://biology.krc.karelia.ru/misc/hydro/mon5.html
    
12. 
    www.window.edu.ru
    
13. 
    Abdullayev M., Bakiyeva X. Suv kimyosi (Muammoli ma’ruza matni). – Namangan: NamMPI, 2006. – 58 b.