地下水的pH值
实验室k / 2019-08-12
地下水的pH值是影响放射性元素在水中富集和迁移的重要因素之一。
由于水分子的离解，甚至在纯水中也存在着氢离子，在一般水中，这一离解作用的强度很扇，一千万个水分子中只有个分子离解为离子，按质量作用定律，离解产物的浓度，可表示为：
[H+]·[OH-]/[H2O]=K水＝1.8×10(-16次方)
[H2O]值是1升水中未离解的水的克分子数，即等于1000/18。将其代入上式，就得到水的离子积：
[H+]·[OH-]＝[H2O]×1.8×10(-16次方)＝1000×1.8×10(-16次方)/18=10(-14次方)
当水分子离解时，所产生的H+离子数和OH-离子数是相等的，因此两者的离子浓度相等，即[H+]＝[OH-]，而在纯水中，
[H+]＝[OH-]＝√10(-14次方)＝10(-7次方)克离子/升，
氢离子[H+]使溶液具有酸性，而OH-离子使溶液具有碱性，在纯水中，两种离子的数量相等，具有完全的中性。这时氢离子浓度就等于10(-7次方)克离子/升，如认为氢离子的克离子量接近于1，则氢离子浓度为10(-7次方)克/升。以负指数表示氢离子浓度不方便，一般用其负对数来表示，采用一个特殊的符号pH，所以pH=－lg[H+]。
很明显，具有中性反应的溶液pH为7，因为其[H+]＝10(-7次方)克/升，当pH值大(氢离子浓度小)时，呈碱性反应；相反，当pH值小(氢离子浓度大)时，呈酸性反应。
在地下水中，氢离子浓度主要决定于二氧化碳、重碳酸根与硫酸根离子的相对含量，同时也稍受其它离子的影响。铁盐的水合作用，水中有机物质的离解，也对pH值有一定影响，这样的水一般呈酸性。
地下水的pH值一般变化范围是4.5-9，而大多数是在6.5-8.5之间。在自然界，大部分铀矿物都难溶于天然水，铀自岩石及矿物进入天然水中，主要是在酸性水或碱性水的作用下进行的。pH值降低时，沥青铀矿及云母类铀矿物溶解度增加2-3倍，铀黑的溶解度能增加10-80倍，[UO2]2+经常与砷、钒、磷生成难溶的化合物，所以也必须在酸性水作用下，才能使铀从岩石中溶滤出来。
自然界中，pH值低的水，可以在成壤作用和水饱和二氧化碳的条件下形成，并使岩石中分散状的铀进入水中。当酸性水在硫化矿床氧化带中形成时，则能使集中状态的铀进入水中。硫化矿床氧化带中富含铁、锰及硫酸的酸性水，能够强烈溶解铀矿物：
UO2+2H2SO4→U(SO4)2+2H2O
U(SO4)2+Fe2(SO4)3+2H2O→UO2SO4+2FeSO4+2H2SO4
UO2SO4的溶解度很大，能大量存在于酸性水中。在酸性地下水(pH＜3)地段，水中铀含量最高(n×10(-1次方)-2克/升，甚而更高)。
pH值低的水在运动过程中与围岩相互作用，很快被中和，因此酸性硫酸盐水只存在于硫化矿带中.假如是与非碳酸盐岩石相互作用而被中和，溶液中的铀与SO42-离子相平衡，溶液的pH增高，硫酸铀便被水解而从溶液中沉淀出来。因此，在这种条件下，铀只能在被氧化的矿化带范围内迁移。而假如中和作用是与碳酸盐岩石相互作用的结果.，其反应式为
CaCO3+H2SO4→CaSO4+H2CO3
所生成的碳酸离解为重碳酸，使水富集HCO3-离子，并使铀以Na4[UO2(HCO3)6]的形式迁移出矿床范围。
由于地下水pH值的变化，可引起氢氧化铁和氢氧化锰等在水中稳定性的改变，这些物质能强烈吸附铀，当他们从水中沉淀时，铀也与之一起沉淀。而碱性反应，可使硅酸盐铀矿物溶解。
地下水的pH值对镭在水中的存在并无直接影响。但pH很低的酸性水，具有强烈的侵蚀性，能减弱镭的吸附，使溶滤镭的作用加强，有利于地下水富集镭。因此，在硫化矿床氧化带富含游离硫酸的酸性水中，镭的含量可达1×10(-8次方)克/升。
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