4.3 固体物质在水中的溶解沉淀平衡--天然水系中的化学平衡(3)

₄^2-的约60％来自于硫化物矿石的风化和硫酸盐矿物（石膏）的溶解；有约1/3数量的HCO₃^-也来自于碳酸盐矿石的风化。

　　4.3.2.2 矿物溶解

　　矿物种类繁多，溶解过程各不相同。以下仅举一个简单例子加以说明。在天然水系，特别是地下水体系中，方解石（CaCO₃）的分解反应是经常发生的，其反应式为：

CaCO₃（s）＋CO₂（g） H₂O＝Ca² 2HCO₃^-

　　根据电中性条件，2[Ca² ]≌[HCO₃^-]，以上K表达式可以改写为

　　上式表明，方解石的溶解度随大气中CO₂分压的立方根而增大。这类反应在土壤内的水-气体系中更容易发生，这是由于土壤中众多生物呼吸作用会使p_CO2比大气中的数值更大些的缘故。上式中平衡常数K可根据CaCO₃的溶度积K_sp、H₂CO₃的一级和二级酸电离常数K_c1和K_c2及CO₂的亨利常数K_HC，应用下式予以计算：

K=K_sp·K_c1·K_HC·K_c2-1 （4-28）

　　4.3.3 天然水体中物质的沉积过程

　　天然水体中的物质沉积过程大致有这么几类：①溶解性组分发生化学沉淀；②胶体颗粒凝聚沉降；③颗粒状物质发生物理性重力沉降；④水体等温蒸发致使其中溶解性盐类过饱和析出。第四种情况比较复杂，不拟予以讨论。

　　4.3.3.1 化学沉淀

　　化学沉淀是形成水底沉积物的原因之一，以下是天然水体中发生化学沉淀的一些实例：

　　（1）富磷的废水进入硬性水体中，将生成羟基磷灰石沉积物，

5Ca² OH^-＋3PO₄^3-=Ca₅OH（PO₄）₃↓

　　（2）在富CO₂的水体中，如果排进大量Ca² ，将生成碳酸钙沉积物，同时放出CO₂，

Ca² ＋2HCO₃^-=CaCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O

　　在光合作用过程中也有类似现象发生，

Ca² ＋2HCO₃^-＋hv=（CH₂O）＋CaCO₃↓ O₂

　　夏季藻类生长茂盛，能加速反应进程，所以更容易在水底形成白色的CaCO₃沉积层。

　　（3）微生物的作用也是生成沉积物的原因之一，有时这种作用还和化学沉淀协同发生。如当水体氧化还原电位因外来因素而发生变化时，水中溶解性Fe² 可被氧化为Fe（OH）₃沉淀物：

4Fe² ＋10H₂O＋O₂=4Fe（OH）₃↓＋8H

　　在水底沉积区的厌氧条件下，又由不同种的厌氧微生物参与而引发如下两种反应：

Fe（OH）₃→Fe²

SO₄^2-→H₂S

　　结果生成黑色的FeS沉积物：

Fe² ＋H₂S→FeS↓＋2H

　　冬天水温较低，H₂S不易从水中挥发，所以更容易在水底形成黑色的FeS沉积层。结合上例中CaCO

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