Chop etish mumkin emas
pCpH yordami
Chop etish mumkin emas
[H3A]
Machine Translated by Google
YOPIQ TIZIMLAR 269
pOH ¼ 14 pH
[OH] va [Hþ] o'zgarishini ifodalovchi diagonal chiziqning qiyaligi
pOH
¼ 1
pH
pH ga bog'liq bo'lgan gidroniy ionining (H+) konsentratsiyasi . Bular muvozanat
munosabatlariga asoslanadi
pH 0 ga teng bo'lsa, pOH 14 ga teng bo'ladi. Bu (pH 0,0, pC 14,0) dan (pH 14,0,
pC 0,0) qatorga olib keladi. Xuddi shunday, pH funktsiyasi sifatida gidroniy ioni
konsentratsiyasini ifodalovchi chiziq chizish mumkin. Ta'rifi bo'yicha
log½H+ ¼ pH
H2O , Hþ + OH
qayerda
Shuning uchun,
Kw ¼ ½Hþ½OH ¼ 1 1014
ðlog½HþÞ
pH
Har bir tomonning salbiy jurnalini qayta tartibga solish va olish orqali biz qo'lga kiritamiz
¼ 1
log Kw ¼ log½H + log½OH
Agar pH 0 ga teng bo'lsa, log½H+ 0 ga teng bo'ladi. Bu (pH 0,0, pC 0,0) dan (pH
14,0, pC 14,0) qatorga olib keladi.
Odatda pC-pH diagrammasida chizilgan keyingi chiziq (yoki chiziqlar to'plami)
kislota yoki asosning umumiy kontsentratsiyasini ifodalovchi CT hisoblanadi . pC-
pH diagrammalari qo'lda chizilganda, KT y o'qi bo'yicha pCT dan boshlanadigan
tekis gorizontal chiziq sifatida chiziladi . Bu chiziq aslida kislotada mavjud bo'lgan
protonlar soniga qarab ikki yoki undan ortiq chiziqlarning birikmasidir. Birinchi pKa
(Ka ning manfiy logi ) da ikkita chiziq kesishadi, biri manfiy butun sonli nishabga
ega, ikkinchisi esa ijobiy butun sonli nishabga ega. Diprotik va triprotik tizimlar
uchun bir tur chizig'i ikkinchi chiziqni (yoki pKa) kesib o'tganda, chiziqning qiyaligi
mos ravishda 1 yoki þ1 dan 2 yoki þ2 ga siljiydi. Bu chiziqlar har bir kimyoviy
turning kontsentratsiyasini ifodalaydi. Quyida uchta holat keltirilgan: triprotik tizim
(fosfat tizimi), diprotik tizim (karbonat tizimi) va monoprotik tizim (umumiy tizim).
Machine Translated by Google
270 pC–pH DIAGRAMMASI: MUVOZANAT DIAGRAMMASI
Yuqoridagi muvozanat ifodalari va CT tenglamalari birlashtirilib, H3A, H2A, HA2 va A3 konsentrasiyalari
uchun CT , [H+] va muvozanat konstantalari nuqtai nazaridan yechilsa , to‘rtta tenglama olinadi:
1
aH ¼
K2K3
K3aH
Kislota yoki asosning umumiy kontsentratsiyasi KT barcha protonlangan va protonlanmagan turlarning
yig'indisidir.
½Hþ ½Hþ ½Hþ þ 1 þ þ
=K1K2Þ þ ð½Hþ=K2Þ þ 1 þ ðK3=½HþÞ 1
H2A , HA2 þ Hþ bunda K2 ¼ ½H2A ½A3½Hþ
½H2A ¼ CT
ð½Hþ=K1Þ þ 1 þ ðK2=½HþÞ þ ðK2K3=½Hþ
½H2A½Hþ
1
CT ½H
+ ½H3A ¼
1
Oldingi tenglamalarni quyidagicha soddalashtirish mumkin:
=K2K3Þ þ ð½Hþ=K3Þ þ 1
CT
½A3 ¼
CT ½H
+ ½HA2 ¼
Þ
CT ¼ H3A + H2A + HA2 + A3
CT ½H
+ ½H2A ¼
½A3 ¼ CT
ð½Hþ
HA2 , A3 þ Hþ bu erda K3 ¼ ½HA2
K1K2K3aH
½HA2 ¼ CT
ð½Hþ
Þ
Triprotik tizim uchun har bir alohida kimyoviy tur uchun chiziqlar bilan ifodalanishi mumkin
½H3A ¼ CT 1
þ ðK1=½HþÞ þ ðK1K2=½Hþ
Agar pH ga bog'liq doimiy aH sifatida aniqlansa
=K1K2K3Þ þ ð½Hþ
K3
2
aH
3
3
2
H3A , H2A þ Hþ bunda K1 ¼ ½H3A ½HA2½Hþ
2
2
2
3
K1K2K3
3
ÞþðK1K2K3=½Hþ
K2K3aH
2
Machine Translated by Google
YOPIQ TIZIMLAR 271
Agar pH ga bog'liq doimiy aH sifatida aniqlansa
½HA½Hþ
1
½Hþ
pC-pH diagrammasi bo'yicha bir nechta muhim fikrlarni ta'kidlash kerak.
½A2½Hþ
Þ
þ
aH ¼
HA , A2 þ Hþ bu erda K2 ¼ ½HA
23-1-rasm 0,001 M fosfat tizimi uchun qilingan. Vodorod va gidroksid ionlarining
kontsentratsiyasini ifodalovchi chiziqlarga e'tibor bering, ular mos ravishda º1 va 1 nishabga
ega. Har bir pKa qiymatida vertikal chiziqlar sifatida belgilangan tizim nuqtalari ushbu
chiziqlarga qo'shni bo'lgan har bir kimyoviy tur teng konsentratsiyada bo'lgan pH ni
ifodalaydi. E'tibor bering, bu shart har bir muvozanat konstantasida (Ka) yoki salbiy log
shkalasi yordamida har bir pKa qiymatida bajariladi. Fosfat tizimi uchun bu qiymatlar K1
uchun 102,1 , K2 uchun 107,2 va K3 uchun 1012,3 ga teng . E'tibor bering, pK1 dan past
pH qiymatlarida tizimda H3PO4 turlari ustunlik qiladi; pK1 va pK2 orasidagi pH qiymatlarida
tizimda H2PO ioni ustunlik qiladi; pK2 va pK3 orasidagi pH qiymatlarida tizimda HPO2 ioni
ustunlik qiladi; va pK3 dan yuqori pH qiymatlarida tizimda PO3 pH ortishi ustunlik qiladi,
har safar turning konsentratsiyasini tavsiflovchi chiziq pKa
qiymatiga yaqinlashganda va boshqa pKa (tizim nuqtasi) ni kesib o'tganda, chiziqning
qiyaligi butunlay kamayadi. raqam qiymati.
1
K1K2
1
Diprotik tizim uchun H2A, HA va A2 uchun muvozanat tenglamalari
Ushbu tenglamalar massa balansi tenglamasi bilan birlashtirilganda,
½Hþ
½A2 ¼ CT
ð½Hþ
va H2A, HA va A2 uchun CT , [H+] va muvozanat konstantalari bo‘yicha yechilsa, uchta
tenglama olinadi:
þ 1
ion. Shuningdek, e'tibor bering
½H2A ¼ CT
1 þ ðK1=½HþÞ þ ðK1K2=½Hþ
=K2K2Þ þ ð½Hþ=K2Þ þ 1
½HA ¼ CT
ð½Hþ=K1Þ þ 1 þ ðK2=½HþÞ
4
2
4
2
H2A , HA þ Hþ bu erda K1 ¼ ½H2A
CT ¼ H2A + HA + A2
4
2
K2
Machine Translated by Google
272 pC–pH DIAGRAMMASI: MUVOZANAT DIAGRAMMASI
CT
½A2 ¼
HCO 3
H2O $ Hþ + OH
Monoprotik tizim uchun boshqaruv tenglamalari ancha sodda,
chunki faqat pKa ishtirok etadi,
diprotik tizim uchun oldingi tenglamalarni soddalashtirish mumkin
CO2 + H2O $ H2CO3
CT
½Hþ
½HA ¼ ½Hþ þ Ka
þ Hþ
H2CO3 $ HCO
CT ½H
+ ½H2A ¼
CTKa
va ½A ¼ ½Hþ
+ Ka
pC-pH diagrammasining foydaliligi shundaki, barcha ion kontsentratsiyasini har qanday berilgan
pH qiymati uchun bir vaqtning o'zida hisoblash mumkin. Qo'llanmangizga kiritilgan pC-pH
kompyuter paketidagi ushbu kompyuter simulyatsiyasi foydalanuvchiga kislota tizimini tanlash,
pKa qiymatlarini kiritish va pC-pH diagrammasini chizish imkonini beradi. Diagramma
chizilgandan so'ng, foydalanuvchi kursorni ma'lum pH ga yo'naltirishi mumkin va har bir ionning
kontsentratsiyasi beriladi. pC-pH diagrammalarining qo'shimcha muhokamalarini Langmuir
(1997) va Snoeyink va Jenkins (1980) da topish mumkin.
CT ½H
+ ½HA ¼
Ochiq TIZIMLAR
$ CO2
K2aH
Ochiq tizimlar uchun pC-pH diagrammalari yopiq tizimlar uchun tavsiflanganlarga o'xshaydi.
Asosiy farq shundaki, ochiq tizimda tizimning tarkibiy qismi gaz shaklida mavjud va tizim
atmosferaga ochiq. Boshqacha qilib aytganda, tizim atmosfera bilan modda va energiya
almashishi mumkin. Bunday tizimning eng muhim ekologik misoli ko'llar, daryolar va okeanlardagi
karbonat angidrid (CO2), karbonat kislotasi (H2CO3), bikarbonat ioni (HCO) va karbonat ionini
(CO2 ) o'z ichiga oladi.
þ Hþ
Ushbu tizimda sodir bo'ladigan reaktsiyalar
K1K2aH
aH
2
3
3
3
3
Machine Translated by Google
Ochiq TIZIMLAR 273
K1 ¼
½H2CO3
Ochiq tizim pC-pH diagrammalarida kontsentratsiyani tavsiflovchi chiziqlar mavjud
½H2CO3¼ðKCO2 ÞðPCO2 Þ¼ðPCO2 Þð101:47Þ
3 ,
¼
3 ,
½CO2
avval berilgan muvozanat munosabatlaridan hisoblab chiqiladi. Tenglamalar
¼ 1010:33
kontsentratsiya yopiq uchun bo'lgani kabi barcha noorganik uglerod turlarining yig'indisidir
log½CO2
yuzada
¼ 101:47
umumiy noorganik uglerod kontsentratsiyasi yopiq uchun bo'lgani kabi doimiy emas
Kw ¼ ½H+½OH ¼ 1014
H2CO3, HCO kontsentratsiyasi
va CO2
3 pH va PCO2 funktsiyasi sifatida farq qiladi .
½H+½CO2
log½H2CO3¼logðPCO2 Þ + 1:47
gidroksid (OH) va gidroniy ioni (H+) yopiq tizimlar bilan bir xil.
log½HCO
¼
½CO2
¼
Yuqorida aytib o'tilganidek va yuqoridagi tenglamalar bilan ko'rsatilgan, con va CO2
bu erda PCO2 - atmosferadagi CO2 ning qisman bosimi .
½H+½HCO
½HCO
tizimlari. Ushbu holatda,
chunki bu chiziqlar
ð1010:33Þð106:35ÞðPCO2 Þð101:47Þ
¼logðPCO2 Þ + 18:15 2pH
3 ,
KCO2 ¼
tizimi, lekin pH funktsiyasi sifatida o'zgaradi. Shunga qaramay, umumiy noorganik uglerod
½H2CO3
¼ 106:35
pH va PCO2 funktsiyasi sifatida
ðK1ÞðPCO2 Þð101:47Þ
isinish davrlari, H2CO3, HCO kontsentratsiyasi
Ushbu tizim uchun muvozanat munosabatlari
K2 ¼
½HCO
Biroq, ochiq tizimlar atmosfera bilan modda almashishi mumkinligi sababli,
¼logðPCO2 Þ + 7:82 pH
Bu shuni anglatadiki, PCO2 muzlik davrida va yillar davomida tabiiy ravishda o'zgargan
¼
H2CO3, HCO kontsentratsiyasi
va CO2
3
3
3
3
3
3
3
ð106:35ÞðPCO2 Þð101:47Þ
2
Hþ
3
ðK2Þð106:35ÞðPCO2 Þð101:47Þ
Hþ
ðHþÞ
3
2
PCO2
3
ðHþÞ
3
CT ¼ ½H2CO3+½HCO
Machine Translated by Google
Langmuir, D., Suvli muhit geokimyosi, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1997 yil.
Snoeyink, VL va D. Jenkins, Suv kimyosi, Wiley, Nyu-York, 1980 yil.
274 pC–pH DIAGRAMMASI: MUVOZANAT DIAGRAMMASI
ADABIYOTLAR
atmosfera) 23-2-rasmda ko'rsatilgan.
suvlar o'zgargan. Bu, shuningdek, global isish natijasida yuzaga kelgan PCO2 o'zgarishlari
ushbu turlarning er usti suvi kontsentratsiyasini o'zgartirishini anglatadi .
Ochiq karbonat tizimi uchun pC-pH diagrammasi (380 ppm CO2
Machine Translated by Google
275 -topshiriq
chiziq ikkinchi pKa qiymatini kesib o'tganda?
3. Grafik qog'ozdan foydalanib, yopiq karbonat tizimi uchun pC-pH diagrammasini qo'lda chizing
(umumiy karbonat konsentratsiyasi 0,0500 M). PH 4.0, 8.0 va 11.0 da dominant uglerod turlari
qaysi? PH 8.00 da har bir kimyoviy turning aniq molyar kontsentratsiyasini hisoblang.
4. Grafik qog'ozdan foydalanib, ochiq karbonat tizimi uchun pC-pH diagrammasini qo'lda chizing
(atmosferadagi CO2 umumiy kontsentratsiyasi 450 ppm). PH 8.00 da dominant uglerod turlari
qaysi? PH 9,50 da har bir kimyoviy turning aniq molyar kontsentratsiyasini hisoblang.
Faylni odatdagidek saqlang yoki chop eting.
Mac uchun
TOPSHIQ
Taqdirdan grafik chop etish uchun
Syujetingizning chop etiladigan versiyasini tanlang.
Kompyuter uchun
CD-ROMni joylashtiring yoki kompyuteringizga pC-pH modulini o'rnating (pC-pH simulyatori
laboratoriya qo'llanmasiga kiritilgan). pC–pH ni o'rnatganingizdan so'ng, agar u avtomatik ravishda
ishga tushmasa, uni oching. Namuna ma'lumotlar to'plami avtomatik ravishda yuklanadi.
Shiftni bosib ushlab turing va olma tugmachasini oching va 4 raqamini bosing. Bu sizning
ekraningizda o'zaro faoliyat belgini joylashtiradi. O'zaro faoliyat belgisini uchastkangizning
yuqori o'ng burchagiga joylashtiring, kursorni bosing va chop etiladigan yoki saqlanadigan
maydon ustiga kesishgan soch belgisini torting, to'liq rasmni tanlaganingizda kursorni qo'yib
yuboring. Ish stolida fayl 1-rasm sifatida paydo bo'ladi.
Faylni oldindan ko'rish yoki har qanday tasvirni qayta ishlash fayli bilan oching va odatdagidek chop eting.
Ilgari berilgan ma'lumotga va kerak bo'lganda misol muammosini tushuntirishga (pC-pH moduliga
kiritilgan) murojaat qilib, misol muammosi ustida ishlang.
1. Nima uchun [OH] va [Hþ] chiziqlarning qiyaligi 1,00 va 1,00 ga teng?
Syujetingizning chop etiladigan versiyasini tanlang (ekranning pastki o'ng qismi).
Kursorni kerakli x va y koordinatalaridagi chizma ustiga qo'ying.
Alt tugmachasini bosib ushlab turing va chop etish ekranini bosing.
mos ravishda?
2. Nima uchun har bir uglerod turining qiyaligi bitta butun son qiymatiga siljiydi
Chop etish yoki fotoshop dasturini oching.
Boshqarish tugmachasini bosib ushlab, v harfini bosib, dasturingizga Fate grafigini joylashtiring.
Machine Translated by Google
Machine Translated by Google
24
Maqsad: Daryo tizimlarida ifloslantiruvchi moddalarning taqdiri va tashilishini bashorat qilishning
ikkita asosiy modelini o'rganish
FOYDALANISH
Kimyoviy zavodlar, temir yo'llar va avtomobil yo'llarining tabiiy suv yo'llariga yaqinligi ko'pincha xavfli
kimyoviy moddalarning ushbu tizimlarga tasodifiy chiqishiga olib keladi. Xavfli kimyoviy moddalar
suv tizimiga kirgandan so'ng, ular o'z manbalaridan ancha past masofalarda bir qator zararli ta'sir
ko'rsatishi mumkin. Ushbu mashq foydalanuvchiga ifloslantiruvchi kontsentratsiyani bir zumda
chiqarishning quyi oqimida taxmin qilish imkonini beradi. Bir lahzali chiqarish misollari ko'prikdan bir
litr antifrizni tashlab yuborish kabi kichik diskret relizlar kabi oddiy bo'lishi mumkin yoki ular tankerdan
asetonning chiqishiga olib keladigan transport hodisasi kabi murakkabroq bo'lishi mumkin. Doimiy
(bosqichli) relizlar odatda sanoat jarayonining barqaror kirishini, noaniq manbalardan drenajni yoki
poligondan oqizishni o'z ichiga oladi. Tizimga chiqarilgandan so'ng, model ifloslantiruvchi va oqim
suvining to'liq aralashganligini taxmin qiladi (ya'ni, oqim kanalida tasavvurlar kontsentratsiyasi
gradienti yo'q). Ko'pgina tizimlar uchun bu juda yaxshi taxmin. Bu erda qo'llaniladigan model
bo'ylama dispersiyani (oqim oqimi yo'nalishi bo'yicha tarqalishi), adveksiyani (suv oqimi tezligida
oqim oqimi yo'nalishi bo'yicha tashish) va birinchi darajali olib tashlash atamasini (biologik
parchalanish yoki radioaktiv parchalanish) hisobga oladi.
ISHLATLASHUVCHILAR TAQDIRI VA TAÿILISHI
DARYO VA SOYLARDA
Instrumental tahlil va atrof-muhit kimyosi uchun atrof-muhit laboratoriya mashg'ulotlari Frank
M. Dunnivant tomonidan
ISBN 0-471-48856-9 Mualliflik huquqi ÿ 2004 John Wiley & Sons, Inc.
277
Machine Translated by Google
24-1-rasm. Transport tenglamalari va ifloslangan oqim tizimining kontseptsiyasi.
278 DARYO VA SOYLARDA ISHLATILIB QUVVATLANGAN moddasining taqdiri va tashilishi.
Boshqaruvchi tenglamaning matematik rivojlanishini ko'rsatishdan oldin, biz
tenglamaning har bir qismi ifloslangan daryoning fizik modeli bilan qanday
bog'liqligini ko'rsatadigan kontseptual yondashuvni taqdim etamiz (24-1-rasmda
tasvirlangan). Bir lahzali model uchun boshqaruv tenglamasi va bu tenglama uchun
odatiy konsentratsiya-vaqt profili rasmning yuqori o'ng burchagida ko'rsatilgan.
Daryo yuqori chap burchakdan pastki o'ng burchakka oqayotgani ko'rsatilgan. Bir
lahzali manba (massa birliklarida Vt) daryoning yuqori oqimida tartibsiz shaklli
ob'ekt sifatida ko'rsatilgan. Bu ifloslantiruvchi moddalarning bir martalik vaqti-vaqti
bilan kirib kelishini anglatadi, masalan, daryoga bir barrel chiqindi tushishi yoki
transport hodisasi. Daryoga kirganda, ifloslantiruvchi oqimning ko'ndalang kesimi
bo'ylab tez va teng ravishda aralashtiriladi. Keyinchalik, tezlik gradyanlari (v) va
oqim tezligi (Q) ko'rsatilgan. Ifloslantiruvchi plyajni oqim bo'ylab tashilishi natijasida
qo'shimcha aralashish sodir bo'ladi va ifloslantiruvchi shleyf uzunligi ortadi. Biz
ifloslantiruvchi kontsentratsiyani E bilan aralashtirish va suyultirishni, bo'ylama
dispersiya koeffitsientini (m2 / s) hisoblaymiz . Buni oqimda o'lchash oson, lekin
qimmatga tushadi, lekin biz oqim kanalining qiyaligini (ifloslantiruvchi kirish
nuqtasidan masofa bilan balandlikning pasayishi) bilish orqali uni aniq baholashimiz
mumkin. Keyinchalik, biz ifloslantiruvchi moddalarni oqimdan birinchi navbatda olib
tashlash bilan shug'ullanamiz va mikrobial va kimyoviy buzilishlar, uchuvchanlik va
daryo cho'kindilariga sorbsiyani o'z ichiga oladi. Bu haqiqiy dunyodagi barcha
asosiy jarayonlar va boshqaruv tenglamasida ko'rsatilgan barcha atamalarni
hisobga oladi. Bir lahzali kirish uchun odatiy konsentratsiya-masofa profili lahzali
kirish modeli tenglamasi ostida 24-1-rasmning yuqori o'ng burchagida ko'rsatilgan.
Bir zumda ifloslantiruvchi moddalarni kiritish
TAQDIRNI BOSHQARISHNING KONSEPTUAL RIVOJLANISHI
VA TRANSPORT TENGLAMA
v2
v2
v2
x, masofa
Kons
Vaqt
4kE
V
Kons
Kons
4kE
v
C(x) =
1+
| 