РД 52.24.432-2018 Массовая концентрация кремния в водах. Методика измерений фотометрическим методом в виде синей (восстановленной) формы молибдокремниевой кислоты

Введение

Кремний является одним из самых распространенных элементов земной коры и входит в состав большого числа природных минералов, вследствие чего он постоянно присутствует в природных водах.

Кремний относится к биогенным элементам, он участвует в формировании экзоскелета простейших гидробионтов (главным образом, диатомовых водорослей).

Основным источником соединений кремния в природных водах являются процессы химического выветривания и растворения минералов, содержащих кремний. Схема реакции "растворения" алюмосиликатов приведена в соответствии с уравнением:

.

Существенное количество кремния поступает в воду в результате отмирания водных растений, а также с атмосферными осадками. Немаловажным источником кремния в природных водах являются сточные воды предприятий, производящих керамические, цементные и стеклянные изделия, силикатные краски, вяжущие материалы, а также кремнийорганические соединения. В речных и озёрных водах массовая концентрация кремния колеблется обычно от 1 до 20 мг/дм, в морских от 0,5 до 3,0 мг/дм, в подземных водах может превышать 1000 мг/дм. Содержание кремния в слабо загрязнённых природных водах подвержено заметным сезонным колебаниям. Важнейшими факторами, определяющими его режим, являются меняющиеся соотношения между поверхностным и подземным стоком, интенсивность процессов биологического потребления кремния водными организмами, либо отмирания последних.

По мере накопления растворенных форм кремния (а также при изменении физико-химических факторов) они могут частично коагулировать и выпадать в осадок. Понижение содержания кремния может быть также связано с потреблением его водными организмами, особенно в период интенсивного развития диатомовых водорослей.

В водах соединения кремния находятся в растворённом, взвешенном и коллоидном состояниях, соотношения между которыми определяются составом вод, температурой, pH раствора и другими факторами.

Соотношение форм кремниевой кислоты существенно зависит от pH водной среды. В таблице 1 приведены значения мольных долей недиссоциированной кислоты и силикат-ионов в зависимости от pH при температуре 25°С, рассчитанные исходя из первой константы диссоциации кремниевой кислоты . Вторая и последующая ступень диссоциации на формы существования кремниевой кислоты в природных водах практически влияния не оказывают из-за очень низких значений соответствующих констант.

Таблица 1 - Мольные доли (%) кремниевой кислоты и силикат-иона в воде в зависимости от значения pH (без учета коэффициентов активности силикат-иона)

Растворённые формы кремния представлены, главным образом, кремниевыми кислотами, продуктами их диссоциации и ассоциации, а также кремнийорганическими соединениями.

Ортокремневая кислота растворима в воде, но при стоянии быстро полимеризуется. Переход ортокремневой кислоты в поликислоты сопровождается превращением молекулярного раствора в коллоидные растворы - золи.

При температуре 25°С растворимость мономерно-димерной формы кремниевой кислоты в воде составляет примерно 6-8 мг/дм.

Поликремниевые кислоты имеют переменный состав, описываемый общей формулой . Увеличению степени полимеризации способствует увеличение концентрации, понижение pH и температуры.

В зависимости от цели исследования в воде определяют растворенные мономерно-димерные формы кремния или сумму мономерно-димерных и поликремниевых кислот, а также растворенные органические соединения кремния, либо взвешенный и валовый кремний, используя различные способы пробоподготовки.

Обычно концентрация кремния не лимитирует развитие водных организмов, однако изменения ее представляют интерес при проведении различных гидробиологических, а также гидро- и геохимических исследований.

Массовая концентрация соединений кремния ограничивается в воде, используемой рядом производств. Весьма жесткие требования предъявляются к водам, питающим паросиловые установки, поскольку соединения кремния образуют очень прочную накипь. Предельно допустимая концентрация (ПДК) силиката калия для водных объектов рыбохозяйственного значения составляет 2,0 мг/дм (1,0 мг/дм для силикат-ионов), ПДК силиката натрия и силиката калия для объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования - 30 мг/дм.