G7580 Hydrogeochemistry

Faculty of Science
Autumn 1999
Extent and Intensity
2/1. 3 credit(s). Type of Completion: zk (examination).
Teacher(s)
doc. Ing. Jiří Faimon, Dr. (lecturer)
Guaranteed by
doc. Ing. Jiří Faimon, Dr.
Department of Geological Sciences – Earth Sciences Section – Faculty of Science
Contact Person: doc. Ing. Jiří Faimon, Dr.
Prerequisites (in Czech)
G5080 Geochemistry I && G6080 Geochemistry II
Course Enrolment Limitations
The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.
fields of study / plans the course is directly associated with
Syllabus (in Czech)
  • 1) Termodynamika a kinetika v systému hornina – voda.  Vývoj G, S, G v uzavřeném heterogenním systému a jeho okolí v závislosti na pokročilosti procesu, gradient potenciálu, vzdálenost od rovnováhy - vliv na rychlost procesu, rovnovážná konstanta, homogenní a heterogenní rovnováha, nenasycený a přesycený roztok, index nasycení. Kinetika procesů, rychlostní konstanty, vliv teploty, potenciálová bariéra, rychlosti vybraných reakcí, dynamická rovnováha (vztah rovnovážné konstanty a kinetických konstant).  2) Vlastnosti vody a rozpouštění tuhé fáze: Struktura vody a ledu, fázový diagram, fyzikální konstanty, vodivost, dipólový moment, dielektrická konstanta, chemická struktura, povaha vazeb, polarita vazeb, H-vazba, parciální náboje, voda jako polární rozpouštědlo, hydratační obal. Rozpouštění plynů (parciální tlak, Henryho zákon, závislost Henryho konstanty na teplotě), rozpouštění O2, N2, CO2 a uhlovodíků (vliv na kvalitu a vlastnosti vody).  Zdroje prvků v přírodních vodách. Rozpouštění jednoduchých tuhých fází, součiny rozpustnosti, sorpční a desorpční procesy. Precipitace. Odpařování roztoků a vznik hypotetických solí.  Formy látek ve vodách:Homogenní a nehomogenní systémy, velikosti částic, pravé a koloidní roztoky (disperze). Suspenze. Jednoduché iony, hydratační komplexy. Organické látky ve vodách: Jednotlivé formy, původ, projevy, důsledky v přírodních vodách, technické normy. Oxidace organických látek; teoretická, biologická a chemická spotřeba kyslíku, metodika stanovení, oxidimetry.  Aktivitní a distribuční diagramy v systémech Fe, Al, CO2, Si, Mn, Cu, Pb. Převažující formy rozpuštěných prvků v povrchových a mořských vodách. Průměrné parametry (koncentrace, pH, Eh)povrchových, podzemních a mořských vod.  Vyjadřování koncentrací (molární a hmotnostní zlomky, mg/l, ppm, ppb, mol/l, ekvivalenty), iontová síla (vliv na aktivitní koeficienty), disociační konstanty, pH (iontový součin vody, stupnice pH, měření, pH-metry, elektrody, kalibrace, pufry), vliv pH přírodních vod na geologické procesy a životní prostředí.  3) Acidobazické a komplexotvorné reakce Vyčíslování chemických rovnic v iontovém a plném tvaru, látkové bilance, výrazy pro rovnovážné konstanty, podmínka elektroneutrality karbonátový systém, pufrace, hydrolýza Al3+ a Fe3+ ionů, vliv acidobazických reakcí na samočistící procesy ve vodách.  Vznik komplexů, donory a akceptory elektronů, charakteristika centrálního prvku a ligandů, posloupnost ligandů v závislosti na komplexotvornosti, iontové páry, organické komplexy, humáty.  Grafické vyjadřování složení vod: Obrazcové grafy (sloupečkové, kruhové, souřadnicové), liniové grafy, bodové grafy. Palmerova klasifikace vod, salinita, alkalita.  9) Oxidačně redukční procesy: Oxidačně redukční reakce (bilance elektronů a nábojů), elektrochemický potenciál, aktivita elektronů pE. Petersova a Nernstova rovnice, redox potenciál (měření, Pt-elektroda, ZoBellův roztok, vodíková elektroda). Eh ve vodách (interpretace, smíšené potenciály). Stabilita vody, diskuse Eh/pH diagramů.  Interakce minerální fáze - voda. Fázové rozhraní tuhá fáze - kapalina, náboj povrchu, isoelektrický bod, elektrická dvojvrstva, vliv proudění (míchání) roztoku, abrazní pH. Gradient koncentrace směrem od povrchu do roztoku, rozpouštění řízené difuzí a povrchovou reakcí. Stabilita minerálů. Goldichovo schema. Role CO2 při pufraci pH. Kinetika rozpouštění silikátů a alumosilikátů. Experimentální parabolická kinetika: Kongruentní a nekongruentní rozpouštění, teorie vyloužené a precipitační vrstvy, difuzní model. Exponenciální kinetika: Teorie aktivovaného komplexu, aktivační entalpie a entropie. Box-modely: Rezervoáry, výměnné toky, analogie. Aktivita tuhé fáze, koncentrace roztoku. Diferenciální rychlostní rovnice, kinetické konstanty, integrovaná závislost c=f(t). Interpretace tvaru experimentální kinetické křivky, směrnice, reversibilní a ireversibilní rozpouštění, rovnováha a stacionární stav. Precipitace sekundárních minerálů: Homogenní nukleace, nukleační jádra, kritické nukleo, spontánní růst, potenciálová bariéra, vliv přesycení. Heterogenní nukleace. Grafické vyjadřování rovnováh. Matematický popis rovnováh v systému minerál–voda. Aktivitní a stabilitní diagramy. Stav systému jako bod v diagramu. Vývoj systému v čase, reakční cesty. Typy, vývoj a rozdělení přírodních vod. Rezervoáry, výměnné toky, doba zadržení. Geologický a hydrologický oběh. Dynamika, modelování. Atmosferická voda:  Zdroje, složení, pH, původ. Tenze vodní páry, vlhkost absolutní a relativní, rosný bod. Aerosoly, mokrý a suchý spad, celkové srážky, mineralizace. Evaporace, transpirace, evapotranspirace. Povrchové vody:  Vznik, složení, vlastnosti, význam. Řeky, sladkovodní jezera, bezodtokové jezera, evaporitové vody. Látková bilance, snosové oblasti vodoteče. Podpovrchové vody: Povrchový a podpovrchový odtok, půdní a podzemní voda, mineralizace. Vody hlubokého oběhu, vody endogenní, fosilní (juvenilní). Minerální vody. Mořské vody: Typy, chemické a izotopické složení, vznik, vlastnosti. Brakické vody: Vliv iontové síly na koagulaci koloidů. Ostatní: Vody pórové, metamorfní, vulkanické, magmatické. Důlní vody, vody rudních ložisek, hald a odkališť. Litogenní vody - genetické typy. Vody kyselých alumosilikátových hornin: Interagující horniny a minerály, uvolněné prvky. Typické složení a pH vod. Diagramy stability (Na,K)-Al-Si-H2O a Al-Si-H2O, reakční cesty, stacionární stav, sekundární fáze. Vody bazických a ultrabazických hornin: Interagující horniny a minerály, uvolněné prvky, výsledné složení a pH vod. Diagramy stability Mg-Si-H2O, Ca-Si-H2O a Ca-Mg-CO2-H2O, reakční cesty, stacionární stav. Krasové vody: Vývoj k rovnováze s kalcitem, parciální tlaky CO2, vliv biologická aktivity v nadloží, růst sintrů, složení a pH. Diagram stability Ca-CO2-H2O. Vody pískovců a slínovců: Vliv klastů a tmelu, diagramy stability Ca-Mg-CO2-H2O a Ca-CO2-SO4-H2O, parciální tlaky CO2, rychlost a hloubka cirkulace vod. Typická složení a pH. Hydrodynamika transportu v pórovitém prostředí: Faktory transportu, hydrodynamická disperze (molekulární difuze, mechanická disperze), konvekce (Darcyho rovnice), sorpce (sorpční izotermy), reakce (kinetické rovnice). Konvektivně disperzní transportní rovnice, možnosti řešení – numerické metody (metoda konečných diferencí, metoda konečných prvků)
Language of instruction
Czech
Further Comments
The course is taught annually.
The course is taught: every week.
  • Enrolment Statistics (recent)
  • Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/autumn1999/G7580