Формула курлова как составить

Результаты единичных
анализов химического состава подземных
вод очень удобно представлять в виде
формулы Курлова. Эта формула дает
обобщенную характеристику химического
состава единичного анализа воды. Она
настолько удобна и общепринята, что ее
иногда называют пас­портом воды.

Основная часть
формулы имеет вид дроби, в числителе
кото­рой в убывающем порядке записано
процент-эквивалентное содержание
анионов, а в знаменателе – катионов,
например:

HCO₃^1-
59 SO₄^2-
29 Cl^1-
12

Ca ²⁺
59 (Na ¹⁺
+ K¹⁺
) 25 Mg²⁺
16

Внимание!
Ионы с содержанием менее 10% в формулу
Курлова не включают.

Пе­ред формулой
последовательно указывают содержание
микрокомпонентов
в мг/л (например,
Fe_o6щ
– 0.04 мг/л), газов в
мг/л
(например, СО₂
= 4,2 мг/л), величина общей минерализации
(М) в г/л
(например,
М=2,51г/л). После формулы приводят сведения
о рН (например,
рН= 6,3), температуре
в ºС
(например, t
=10°С) и дебите
(расходе
воды) (D),
источника (колодца, род­ника, скважины
и т.п.) в
м³/сутки
(например, D=12,9
м³/сутки).
При этом и единицы
измерения этих показателей (кроме
температуры) в формуле не указывают.
Полностью формула Курлова для воды с
данными характеристиками выглядит так:

Формула Курлова
в приведенном примере означает, что в
анализируемой воде имеется 0,04 мг/л двух-
и трехвалентного железа и 4,2 мг/л
углекислого газа; она содержит 2,51 г
растворенных солей в 1 литре: хлора – 12
%-экв, сульфат-иона – 29 %-экв, гидрокарбонат-иона
– 59 %-экв; катионов магния, натрия (с
калием) и кальция 16, 25 и 59 %-экв,
соответственно; рН воды 6,3; температура
– 10 ºС, а расход воды (дебит) составляет
12,9 м³/сутки.

В краткое название
воды по формуле Курлова (название по
ионному составу) включают все ионы,
содержание которых равно или превышает
25 процент-эквивалентов. Состав воды
называют в возрастающем порядке – от
ионов с низким содержанием к преобладающим
ионам, сначала для анионов, а затем – для
катионов.
Название воды в приведенном примере –
сульфатно-гидрокарбонатная,
натриево-кальциевая. Преобладающему
иону в названии соответствует полная
форма прилагательного (гидро-карбонатнАЯ,
кальциевАЯ) а остальным – краткая
(сульфатнО-, натриевО-). Слово «калий» в
название воды по формуле Курлова не
входит, хотя символ этого иона в самой
формуле и указан (вместе с натрием).

Можно дать и
расширенное название воды по Курлову;
в приведенном примере вода солоноватая
сульфатно-гидрокарбонатная,
натриево-кальциевая слабокислая
холодная.

Пользуясь формулой
Курлова удобно сравнивать и классифицировать
подземные воды по их составу и другим
свойствам.

Классификация ионного состава воды о.А. Алекина.

О.А. Алекин среди
природных вод (рис. 3 ) различает три
класса по преобладающему (в %-экв) аниону
– гидрокарбонатный
(НСОз^-1-+СОз^2-
) сульфатный (SO4 2-) и хлоридный (Сl^1-).
Каждый класс
вод подразделяется на три группы по
преобладающему (в %-экв) катиону
– кальциевую, магниевую и натриевую. В
группах выделяют несколько типов по
соотношению (в мг-экв/л) между ионами
(таблица 5).

Таблица 6. Типы
подземных вод по классификации Алекина

Тип воды	Соотношения между анионами и катионами (мг-экв/л)	Характеристика воды
Первый (I)	HCO3 –1 > Ca2+ + Mg2+	Пресные, мягкие
Второй (II)	HCO3 –1 < Ca2+ + Mg2+ < HCO3 –1 + SO4 2–	Пресные и солоноватые, жесткие
Третий (III)	HCO3 –1 + SO4 2– < Ca2+ + Mg2+	Соленые агрессивные
Четвертый (IV)	HCO3 –1 = 0	Кислые

Каждый из выделяемых
типов и классов обладает не только
конкретным химическим составом, но и
вполне определенными свойствами.
Большинство поверхностных вод суши
(воды рек и озер), а также верхние горизонты
подземных вод относится к водам второго
типа. Воды морей, океанов, лиманов и
сильно минерализованные подземные воды
– к третьему типу.

При краткой
записи воды
по классификации О.А. Алекина класс воды
обозначают символом главного химическим
элемента аниона (С, S, CI), группу – символом
преобладающего катиона (Са, Mg, Na), который
указывают справа вверху от знака аниона,
а тип – римской цифрой (внизу справа).
Например, «С_СаII
» означает: класс гидрокарбонатных вод,
группа кальциевых, тип второй (жесткие
пресные или солоноватые). Такой состав,
как отмечено, характерен для большинства
поверхностных и грунтовых вод.

Это не совсем программа – просто экселевская табличка, но думаю будет полезна коллегам и студентам.
Я ее заблокировал от редактирования, но без пароля, так что если кто-то захочет что-то под себя подправить, то ничего взламывать не надо.
При редактировании обратите внимание, что часть строк скрыта – там и ведутся все расчеты, я их убрал, чтоб глаза не мозолили.

Скачать можно по ссылке:
Google Docs (Меню File/Download as/Microsoft Excel(.xlsx)).

“Программа” распространяется по лицензии GPL.

Инструкция по применению: вбиваете значения в оранжевенькие ячейки, получаете формулу Курлова в зелененьких (там получается сокращенный вариант формулы – только состав и минерализация, если надо что-то еще добавить, а сами не можете – пишите, я сделаю).
Вопросы, дополнения и исправления крайне приветствуются.

В версии 0.2:

• Убрал глюк с пустыми скобочками.
• Пока не придумал, что делать если % мг-экв какого-либо компонента полностью до тысячного знака после запятой равны % мг-экв другого. Изящно решить не получается, а городить трехэтажные вложенные проверки не хочется. 

В версии 0.6:

• Коллега любезно согласился помочь с проблемой равных % мг-экв.

В версии 0.7:

• Слабопресная -> Слабосолоноватая

Оригинал этого сообщения был опубликован мною на форуме Все о геологии.

ЗАДАНИЕ

Природные воды

Цель работы: Приобретение навыка описания природных вод.

Дано:

1. Результат лабораторного анализа химического состава природной воды (таблица 1).

Таблица 1

Химический состав воды, мг/л

Вариант	рН	Ca2+	Mg2+	Na+	Cl—	SO42-	CO32-	НСО3—
1	7.2	93	10	6	6	83	—	238
2	7.5	76	143	37	17	25	—	890
3	7.4	88.2	29.1	21.4	14.2	79.0	—	346.0
4	7.5	152.3	121.2	630.0	553.0	915.6	—	629.7
5	7.2	3.4	3.0	3.017	1.9	1.11	—	26.56
6	7.9	381.0	122	1402	815	1637	—	2245
7	9.2	0.5	1.5	103.9	5.0	0.98	40.0	160.0
8	8.8	44.0	32.7	221.5	17.0	64.6	86.4	683.4

 Требуется:

Провести все расчеты, составить формулу Курлова и дать название природным водам.

Предварительное пояснение:

Природная вода представляет собой слабый раствор. Суммарное содержание в воде растворенных неорганических веществ (концентрация солей) выражают либо в виде минерализации M (мг/л, г/л), либо в виде солености S (г/кг, ‰[1]).

По содержанию солей природные воды подразделяют на четыре группы: пресные – менее 1 ‰, солоноватые – 1-25 ‰, соленые – 25-50 ‰, высокосоленые (рассолы) – свыше 50 ‰.

Определение минерализации или солености проводят по плотному остатку. Плотный остаток определяют путем выпаривания определенного количества профильтрованной воды и высушивания остатка при 105 °С до постоянного веса. Вес остатка измеряют в граммах и определяют с точностью до четвертого знака после запятой. Количество взятой для выпаривания воды измеряют либо в миллилитрах, либо в граммах.

Если количество воды выражено в миллилитрах, то концентрацию солей в воде называют минерализацией и определяют по формуле:

М (г/л) = 1000·вес остатка/объем воды.

Если количество воды выражено в граммах, то концентрацию солей в воде называют соленостью и определяют по формуле:

S (г/кг, ‰) = 1000·вес остатка/вес воды.

Минерализацию можно определить и по химическому составу природной воды. В этом случае минерализацию определяют как сумму всех ионов в одном литре воды.

Для обычных расчетов можно пренебречь различием между минерализацией и соленостью пресных, солоноватых и соленых природных вод, однако для высокосоленых вод, из-за возникновения достаточно большой ошибки, этого делать уже нельзя.

В природной воде в виде растворимых углекислых, двууглекислых, хлоридных и сернокислых солей присутствуют кальций и магний, что придает этой воде особые свойства. Совокупность свойств воды, обусловленных содержанием в ней этих щелочноземельных элементов, называется жесткостью воды.

Жесткость воды бывает временная, постоянная и общая.

Временная жесткость воды (устранимая, карбонатная) (Ж_вр) — обусловливается содержанием бикарбонатов. При нагревании или кипячении воды бикарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, при этом жесткая вода умягчается. Обычно карбонатная жесткость составляет 70-80% от общей жесткости.

Постоянная жесткость воды (некарбонатная) (Ж_п)- обусловливается содержанием сульфатов, хлоридов и других (кроме бикарбонатов) солей кальция и магния. При нагревании или кипячении воды они остаются в растворе.

Общая жесткость воды (Ж) — определяется как суммарное содержание в воде солей кальция и магния, выражается как сумма карбонатной и некарбонатной жесткости:

Ж = Ж_п + Ж_вр

В разные годы жесткость воды в нашей стране измерялась в разных единицах. До 1972 года жесткость измерялась в мг-экв/л. С января 1989 года — в моль/м³, а с января 2005 года, с введением в действие ГОСТ Р 52029-2003, жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж).

Градус жесткости соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его моля, выраженной в мг/дм³ (г/м³).

Численные значения жесткости, измеренные в мг-экв/л, моль/м³ и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой.

В зависимости от содержания ионов кальция и магния природная вода может быть:

мягкой – °Ж £ 3,5;

средней жесткости – 3,5 < °Ж £ 7;

жесткой – 7 < °Ж £ 14;

очень жесткой –  °Ж > 14.

Очень важный показатель природной воды – это ее активная кислотность или водородный показатель (pH).

По водородному показателю все природные воды делятся на следующие группы:

— нейтральные (6,5 < рН £ 7,5);

— слабощелочные (7,5 < рН £ 8,5);

— щелочные (8,5 < рН £ 9,5);

— сильнощелочные (рН > 9,5);

— слабокислые (5,5 < рН £ 6,5);

— кислые (4,5 < рН £ 5,5);

— очень кислые (рН £ 4,5).

Приведенная выше классификация природных вод по их минерализации не учитывает особенностей содержания отдельных ионов. В природной же воде могут быть абсолютно разные ионы, однако наибольшая доля среди них приходится на небольшую группу ионов. Это — анионы: НСО₃^— -гидрокарбонат, SO₄^2- — сульфат, Cl^—— хлорид и катионы: Ca²⁺— кальций, Mg²⁺— магний, Na⁺  — натрий и К⁺— калий.

О. А. Алекиным была предложена классификация природных вод, сочетающая принцип деления по преобладающим анионам и катионам с делением по соотношениям между ионами. Согласно этой классификации все природные воды делятся по преобладающему аниону на 3 класса: гидрокарбонатные (и карбонатные), сульфатные и хлоридные. Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на 3 группы: кальциевую, магниевую и натриевую.

Для определения степени преобладания того или иного иона, а, следовательно, и отнесение воды к тем или иным классам и группам, содержание всех ионов должно быть сначала выражено в мг-экв/л, а затем преобразовано в процентное содержание от суммы катионов или анионов в зависимости от того, какой ион рассматривается. При определении класса и группы воды пользуются следующим правилом: учитывают лишь те ионы, содержание которых не менее 25%, причем, сначала указываются те из них, которых меньше.

В случае выражения химического состава в мг/л для его перевода в мг-экв/л необходимо количество мг/л иона разделить на его эквивалентную массу (мг).

Эквивалентная масса катионов: Ca²⁺ — 20,0; Mg²⁺ — 12,15; Na⁺ — 23,0. Эквивалентная масса  анионов: CO₃^2- — 30,00; НСО₃^— — 61,0; SO₄^2- — 48,0; Cl^— — 35,5.

Теоретически, сумма всех мг-эквивалентов катионов должна быть равна сумме всех мг-эквивалентов анионов. Однако на практике часто эти суммы не совпадают. Различие в этих суммах может быть либо в пределах ошибки (5%) опыта, либо больше, что может быть следствием неполного химического анализа, либо результатом технической ошибки. В первом случае предпринимать каких-либо дополнительных действий не требуется, в остальных случаях необходимо либо проверить расчеты, либо искать дополнительные ионы.

При описании химического состава воды чаще всего показывают содержание в ней отдельных ионов в мг/л. Однако при таком способе отображения химического состава, прежде чем сформулировать название воды, необходимо проведение расчетов, что не всегда удобно.

Для более наглядного изображения химического состава природных вод удобно применять формулу Курлова. В этой формуле, выражаемой в виде псевдодроби, в числителе в убывающем порядке пишут долю (%) мг-эквивалентов аниона с его символом, в знаменателе, аналогичным способом, катионы. Количество вещества эквивалента катионов и анионов округляется до целого числа. Впереди дроби указывают минерализацию в г/л, рН, общую жесткость в градусах жесткости (°Ж) и, при необходимости, компоненты, придающие воде специфические свойства (содержание газов, микроэлементов, биогенных и органических веществ, радиоактивность и т.д.). Для подземных вод после дроби указывают температуру (°С) и дебит (D) воды (м³/сутки).

В формуле Курлова обычно указывают лишь те ионы, концентрация которых превышает 10%, однако рекомендуется вписывать все ионы, даже если их содержание очень незначительно.

Пример выполнения задания.

Дать название природной воде, химический состав которой показан в таблице 2 в первой строке.

Таблица 2

Пример выполнения работы

Номер строки	Единица измерения	рН	Ca2+	Mg2+	Na+	Cl—	SO42-	НСО3—
	2	3	4	5	6	7	8	9
1	мг/л	6.92	79	37	35	12	66	418
2	мг-экв/л		3,95	3,04	1,52	0,34	1,37	6,85
3	мг-экв/л		8,51	8,56
4	%		46	36	18	4	16	80

 Выполнение задания:

1. Определяем минерализацию воды (М). Для этого суммируем все числа в первой строке в столбцах 4-9.

79+37+35+12+66+418=647,

отсюда М = 647 мг/л = 0,647 г/л = 0,647 ‰.

Следовательно, согласно классификации природных вод по минерализации, вода пресная.

1. Определяем активную кислотность воды. Вода имеет рН равный 6,92 (первая строка столбец 3), следовательно, вода нейтральная.
2. Преобразуем химический состав воды из мг/л в мг-экв/л, для этого содержание каждого иона, выраженного в мг/л (строка 1), делим на его эквивалентную массу. Результаты деления показаны в соответствующих столбцах строки 2.
3. Определяем жесткость воды (Ж). Для этого суммируем содержимое столбцов 4 и 5 строки 2.

3,95+3,04=6,99

Ж = 6,99 мг-экв/л = 6,99 °Ж.

Следовательно, вода средней жесткости.

1. Определяем сумму катионов и анионов. Результаты показаны в строке 3. Сумма катионов не совпадает с суммой анионов.
2. Оцениваем величину расхождения между этими суммами. Из большего числа вычитаем меньшее, делим на большее и умножаем на 100.

((8,56-8,51)/8,56) ^. 100=0,6

Полученное расхождение (0,6%) значительно ниже допустимого (5%), т.е. находится в пределах ошибки опыта, и, каких-либо дополнительных мер предпринимать не требуется.

1. Определяем долю (%) каждого катиона в сумме катионов и каждого аниона в сумме анионов. Результаты показаны в строке 3.
2. Определяем класс воды. Из всех анионов только на долю гидрокарбоната приходится более 25 %, следовательно, вода относится к гидрокарбонатному классу.
3. Определяем группу воды. В сумме катионов более 25 % приходится и на кальций и на магний, но магния (36 %) меньше, чем кальция (46 %), следовательно, вода относится к магниево-кальциевому классу.
4. Составляем формулу Курлова.
5. Даем полное название воды:

Вода пресная, нейтральная, средней жесткости, гидрокарбонатная, магниево-кальциевая.

Выполнение задания:

1. Для каждого варианта химического состава воды (таблица 1) провести все расчеты аналогично приведенного выше примера.
2. Написать формулу Курлова.
3. Дать название природным водам.
4. Оформить отчет.

Вопросы для самопроверки:

1. Как определяется минеральный состав природной воды.
2. Какие соли присутствуют в природной воде.
3. Что такое жесткость воды.
4. В чем измеряется жесткость воды
5. На какие группы делится природная вода по водородному показателю.
6. Как формируется формула Курлова.