Nekovy ve vodách - sloučeniny dusíku

1. Nekovy ve vodách - sloučeniny dusíku Přirozený původ: Biogenní původ – vznik rozkladem organických dusíkatých látek rostlinného a živočišného původu Antropogenní zdroje: Odpady ze zemědělství – živočišná výroba, splachy z polí hnojených dusíkatými hnojivy Splaškové vody (specifická denní produkce dusíku na obyvatele je odhadována v úrovni 12 g / obyvatel den ) Atmosférická depozice (dusíkaté látky v atmosféře - N2O, NO, NO2, NH3 a z nich vznikající NO3-, NO2- mohou být přírodního nebo antropogenního původu) Formy výskytu: Dusík se ve vodách vyskytuje v různých oxidačních stupních, v iontové i neiontové formě -III amoniakální dusík NH4+, NH3, kyanatany CNO-, kyanidy CN- 0 elementární dusík N2 +I hydxoxylamin NH2OH, oxid dusný N2O +III dusitanový dusík NO2- +V dusičnanový dusík NO3- Pozn.: Mimo vodné prostředí se dusík dále vyskytuje v oxid stupni +II (plynný oxid dusnatý NO) a +IV (plynný oxid dusičitý NO2)

2. Nekovy ve vodách - sloučeniny dusíku celkový dusík (Ncelk) anorganicky vázaný (Nanorg) organicky vázaný (Norg) amoniakální (NNH4+,NH3) dusitanový (NNO2-) dusičnanový (NNO3-) celkový oxidovaný dusík Ncelk = Nanorg + Norg Nanorg = NNH4+NH3 + NNO2 + NNO3 Vedle uvedených hlavních anorganických forem se dusík může vyskytovat ve formě kyanidů, kyanatanů, kyanokomplexů např. [Zn(CN)4]2-, [Fe(CN)6]4- ap. a aminokomplexů [Cu(NH3)4]2+ ap. Organicky vázaný dusík se ve vodách vyskytuje ve formě bílkovin a jejich rozkladných produktů (peptidy, aminokyseliny), močoviny, alifatických a aromatických aminů, aminosacharidů, heterocyklů apod.

3. Nekovy ve vodách - sloučeniny dusíku – biochemické a chemické přeměny Sloučeniny dusíku jsou ve vodách málo stabilní a podléhají v závislosti na pH a oxidačně-redukčním potenciálu vodného prostředí chemickým a zjm. biochemickým přeměnám. Dusičnany NO3- podléhají v anoxickém prostředí redukci na elementární dusík N2. Případná redukce až na amoniakální dusík NH4+, resp. NH3 může probíhat pouze při značně záporných hodnotách oxidačně-redukčního potenciálu. Dusitany jsou chemicky labilní a jejich rovnovážná koncentrace je vždy významně nižší oproti jiným formám dusíku (rovnováha oxidačně-redukčních přeměn dusitanů je významně posunuta ve prospěch jiných forem).

4. Nekovy ve vodách - sloučeniny dusíku – biochemické a chemické přeměny

5. Nekovy ve vodách - sloučeniny dusíku – biochemické a chemické přeměny V aerobních podmínkách je amoniakální dusík biochemicky oxidován na dusitany až dusičnany – jde o nitrifikaci Biochemická redukce dusičnanů na elementární dusík v anoxickém prostředí je nazývána denitrifikací. Nitrifikace probíhá ve dvou stupních: 2 NH3 + 3 O2 = 2 NO2- + 2 H+ + 2H2O 2 NO2- + O2 = 2 NO3- Sumárně pak v závislosti na pH (tj. z hlediska forem amoniakálního dusíku): NH3 + 2 O2 = NO3- + H+ + H2O NH4+ + 2 O2 = NO3- + 2 H+ + H2O Při nitrifikaci se uvolňují vodíkové ionty – může dojít k významnějšímu poklesu pH vodného prostředí. Naopak při denitrifikaci se uvolňují hydroxidové ionty OH-.

6. Nekovy ve vodách – amoniakální dusík Formy výskytu: Při rozpouštění NH3 ve vodě vzniká hydrát NH3.H2O, který disociuje na NH4+ a OH-. Nedisociovaný NH4OH neexistuje Zvyšující teplota podporuje disociaci NH4+ na NH3, tj. zvyšuje podíl neiontové formy v alkalické oblasti. Další formou výskytu Amoniakálního dusíku ve vodách jsou amminkomplexy – NH3 je ligandem asociujícím ionty kovů Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, Ag+ Amonné soli – např. (NH4)2SO4, NH4Cl, (NH4)2CO3 jsou ve vodě rozpustné

7. Nekovy ve vodách – sloučeniny dusíku - kyanidy Kyanidy v přírodních vodách jsou obvykle s antropogenního původu Formy výskytu: - jednoduché anionty CN- nebo nedisociovaná kys. kyanovodíková HCN HCN je slabá kyselina - disociovaná forma začne převládat až při pH 9,2 Jednoduché kyanidy nejsou ve vodách příliš stabilní degradují hydrolýzou – konečným produktem je kys. mravenčí HCOOH a amoniak NH3 a biochemickou oxidací – produktem je CO2 a NH3 - komplexní kyanidy - anion CN- je ligandem Nejstabinější jsou hexakyanoželeznatany a hexakyanoželezitany

8. Nekovy ve vodách – oxid uhličitý a jeho iontové formy Uhličitanový systém CO2 – HCO3- – CO32- je nejdůležitějším protolytickým systémem v přírodních vodách Systém může být uvažován jako otevřený nebo uzavřený vůči atmosféře (u uzavřeného uhličitanového systému se nepočítá s výměnou CO2 mezi kapalnou a plynnou fází a celková koncentrace veškerého CO2 v systému je konstantní) Obsah CO2 ve vzduchu – 0,03% obj. Kontakt vodného prostředí s atmosférou reprezentuje konc. 0,44 mg.l-1 CO2 Obsah CO2 v podzemní (půdní) atmosféře (půdním vzduchu) může být až cca 100 x vyšší (biogenní a hlubinný – vulkanický původ) – koncentrace 7 – 140 mg.l-1 CO2 v podzemních vodách. Oxid uhličitý rozpuštěný ve vodě – volný oxid uhličitý - symbol H2CO3* Rozpouštění a disociace rozpuštěného CO2 ve vodě nedis. H2CO3 tvoří méně než 1% podíl Samotná kys. uhličitá je středně silná kys. Dis. konstanta K1 odpovídá disociaci volného CO2 (H2CO3*), tj. slabé kyselině

9. Nekovy ve vodách – oxid uhličitý a jeho iontové formy Vázaný oxid uhličitý – hydrogenuhličitany, uhličitany Veškerý oxid uhličitý (CO2)T odpovídá volnému + vázanému CO2

10. Nekovy ve vodách – oxid uhličitý a jeho iontové formy Kromě jednoduchých hydrogenuhličitanů HCO3- a uhličitanů CO32- (v menší míře – pouze při vysokém pH viz distribuční diagram, následně se srážejí v málo rozpustných formách CaCO3 apod.) se ve vodách vyskytují iontové asociáty - komplexy Rozklad hydrogenuhličitanů zahříváním vody