pH a dair her şey

01. Karbondioksit Konsantrasyonuna Bağlı Değişmeler

Yeraltı suyu hareketi sırasında yeniden CO₂ çözebilir veya daha önce çözdüğü CO₂ in bir kısmını kaybedebilir. Ayrıca suyun basınç ve sıcaklığında meydana gelen değişmelerle CO₂ konsantrasyonunu değiştirir.

Sudaki CO₂ miktarı suyun kireçtaşı ve dolomiti çözme gücünü belirler ve pH ını değiştirir. Buna göre sudaki Ca, Mg ve karbonat miktarları ile suyun CO₂ konsantrasyonu arasında yakın ilişki vardır.

Herhangi bir sebeple suyun CO₂ miktarı azalırsa, daha önce çözünmüş olan kalsitin bir kısmı, yeni bir denge kuruluncaya kadar çökelir.

Ca(HCO₃)₂ à CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Bunun aksine sudaki CO₂ artarsa, su yeniden kireçtaşı çözer. Yukarıdaki denge için gereken CO₂ in fazlasına korozif CO₂ adı verilir. Çünkü bu fazla CO₂ etkisi ile su kalsit, magnezit ve demiri çözebilir. Dolayısıyla CO₂ konsantrasyonu, suyun nötr, korozif veya kireçlendirici olmasını büyük ölçüde belirler.

02. Baz Değişimi

Genel şekli ile, sudaki iyonların zemindeki iyonlarla yer değiştirmesi olan değişimi, daha çok alkali ve toprak alkali iyonları arasında meydana gelir. Özellikle sudaki sodyum miktarı fazla ise, bazı zeminler suyun sodyumunu absorblayarak, suya Ca ve Mg iyonları verirler. Katyon değişimi de denilen bu olay ortamın durumuna göre ters yönde de gelişebilir. Katyon değişimi yüzeysel bir reaksiyon olup difüzyonla gelişir, hızla yürür ve genellikle birkaç dakikada tamamlanır.

Zemin tarafından iyonların tutulma güçü, iyon cinsine, konsantrasyonuna, yeri değişecek iyon çeşidine ve sıcaklığına bağlıdır. Çift değerli iyonlar tek değerlilerden fazla tutulurlar.

Katyon değişimine uygun başlıca mineraller,

a) Killi mineraller

b) Zeolitik mineraller

c) Organik topraklar (humus gibi)

Katyon değişimi sonucu suyun iyonsal bileşimi, eskisine gö­re farklı bir görünüm kazanır. Başka bir deyişle sudaki iyon % leri değişir.

03. Sülfat İndirgemesi

Bazı yeraltı suları, geldikleri zemin sülfatlı olmalarını gerektirdiği halde, sülfat yönünden son derece fakir olabilirler. Böyle sularda, sülfat açlığı yanında H₂S veya diğer sülfürlerle görülürse, suda sülfat indirgenmesi olduğuna hükmedilir. Sülfat indirgenmesi, sülfatın oksijensiz ortamda, çeşitli etkiler altında bozunarak sülfüre dönüşmesidir.

Sülfat indirgenmesi meydana gelirken, organik bileşikler oksitlenerek CO₂ açığa çıkar. Böylece suyun CO₂ konsantrasyonu artar.Artan CO₂ dolayısıyla karbonat dengesi değişir. Böylece sülfat indirgenmesi sonucu bir yandan suyun sülfat konsantrasyonu azalırken, diğer yandan karbonat dengesi değiştiği için sudaki Ca, Mg, HCO₃ ve pH değeri değişir.

Sülfat indirgenmesine uğramış sular, sonradan oksijenli bir ortama geçerse, tekrar değişikliğe uğrayarak, kükürt bileşikleri­ni sulfata dönüştürebilir. Ancak bu yükseltgenme olayı için oksitleştirici bakterilerin bulunması gerekir. Bu tür bakteriler öncekilerin aksine CO₂ ve karbonatı tüketerek yaşarlar.

04. Yükseltgeme Reaksiyonları

Yeraltı suyu içinde bulunan bazı iyonlar, suyun oksijensiz bir ortamdan, oksijenli bir ortama geçmesi sonucu yükseltgenerek çözünmeyen bileşikleri halinde çökelirler. Böylece suda bu tür iyonlar azalır, veya tamamen tükenir.

Demir ve mangan içeren bu su oksijenle temas edince, bu iyonlar oksit ve hidroksit bileşikleri haline geçerler, çökelirler. Pratikte suyun demir ve manganının bir ölçüye kadar arıtılması da bu şekilde, suyun püskürtülmesi (oksijene doyurulması) ile yapılır.

Akarsularda da buna benzer yükseltgenme reaksiyonları görülür. Akarsulardaki organik artıklar, akarsuyun hareketli akışı sırasında oksijen ve güneş ışıklarının etkisi ile parçalanarak kimyasal yanmaya uğrarlar. Bu şekilde meydana gelen yükseltgenme reaksiyonları sonucunda organik maddeler parçalanarak kokusuz ve zararsız ürünlere dönüşürler. Bu olaya suyun doğal temizlenmesi (self purification) denilmektedir.

05. Tuz Yoğunluğunun Zamanla Değişmesi

Bir tuz yoğunluğu zaman içinde başlıca iki sebepten değişir.

a)Su hareketi sırasında değişik zeminler ile temas ederek yeni tuz çözer. Bu olayda, çözünen iyonların çeşide ve bir noktaya kadar miktarı litoloji ile ilgilidir.

b)Buharlaşma sonucunda suyun birim hacmindeki tuz miktarı artar. Bu olay daha çok yüzeye yakın kesimlerde meydana gelir.

Suyun yeniden tuz çözmesi, yani suyun tuz yoğunluğunun artışını etkileyen başlıca faktörler, suyun mevcut tuz konsantrasyonu, sıcaklık, basınç, temas yüzeyinin büyüklüğü ve temas süresidir.

Suyun mevcut tuz konsantrasyonu ne kadar düşükse, başka bir deyişle su ne kadar doymamış ise yeniden çözebileceği iyon miktarı o kadar fazladır. Çünkü Nernst kanununa göre, katı bir cismin çözünürlüğü, çözücünün doygunluk açığı ile doğru orantılıdır.

Sıcaklık, basınç temas yüzeyi ve süresi ile suyun çözebileceği tuz miktarı doğru orantılıdır. Ancak gazların, çözünmesi sıcaklıkla ters orantılıdır.

Daha önce belirtildiği gibi, sularda görülen başlıca iyonlar Ca, Mg, Na, Cl, SO₄ ve HCO₃ dır. Suya bu iyonları veren başlıca bileşikler ve bunların suda çözünürlüğü ise bellidir. Bu bileşikler çok sayıda olmakla beraber kayalarda rastlanan en önemli ve bol olanları CaCO₃, NaCl, CaSO₄ dır.

Yeraltı suları genellikle kısa sürede CaCO₃ a doygun duruma geçecek kadar kireçtaşı çözerler. Suyun CO₂ miktarı ile basınç ve sıcaklığı sabit kaldıkça karbonat miktarında bir artış olmaz. Buna göre sudaki karbonat miktarının üst sınırını CO₂, alt sınırını, suyun Ca konsantrasyonu belirler. Bunun pratik sonucu şudur: Normal bir yeraltı suyunun tuz yoğunluğu, CaO₃ in söz konusu sudaki doygunluk sınırında veya daha az ise,(yaklaşık olarak EC 500 micromho/cm e eşit veya küçük) bu su kalsiyum karbonatlı bir su olacaktır.

Sular CaCO₃ ile çabucak dengeye geldiği ve belli bir miktardan fazla çözemediği halde,CaSO₄ ile aynı şekilde dengeye ulaşılamaz. Su CaCO₃ a göre çok daha fazla CaSO₄ çözebilir.

Jips çözerek CaCO₃ a doymuş bir su, sonradan NaCl çözerek Na ve Cl iyonları yönünden zenginleşirse, yeniden jips çözebilir. Bazı tuzlu sulardaki yüksek sülfat konsantrasyonu bu şekilde ortaya çıkar.

Bu şekilde fazlaca CaSO₄ çözen sularda karbonat dengesi bozulur. Ca konsantrasyonu arttığı için bir miktar CaCO₃ çökelir. Bu yüzden fazla sülfatlı sularda, normalden daha az karbonat bulunur.

Yeraltı sularında en çok rastlanan bir tuz da NaCl dir. NaCl kayalarda CaCO₃ ve CaSO₄ kadar çok bulunmasa da sudaki çözünürlüğü çok daha fazladır. Bu yüzden yeraltı suyunun NaCl ile doygun hale gelmesi, normal şartlarda mümkün değildir.

NaCl.suya Na ve Cl iyonlarını verir. Bunlardan Na konsantrasyonu katyon değişimi sonucu zamanla azalabilir. Baz değişiminde belirtildiği gibi Ca, Mg, HCO₃ ve SO₄ iyonları da zamanla azalıp çoğalabilirler. Ancak Cl, suyun hareketi sırasında hiçbir surette azalmayan bir iyondur. (Doğal sularda az rastlanan birkaç iyondan da aynı özellikle bahsedilebilir) Bu gerçeğin pratik sonuçları vardır. Bir akifere belirli yönde ilerleyen suda klorür azalması, ancak daha az klorürlü bir suyun karışması ile mümkündür. Bu özelliğinden dolayı yer altı suyunun izlenmesinde klorürden doğal izleyici olarak faydalanılır. Aynı şekilde, klorür konsantrasyonlarındaki değişmelerden hareketle belirli bir havzada yer altı suyunun beslenme alanından uzaklığı ve rezervi hakkında fikir edinmek mümkündür.

Yukarıdaki açıklamalardan şu sonuçları çıkarabiliriz :

a) Yağış halinde yeryüzüne düşen su, yatay ve dikey hareketi sırasında sürekli olarak tuzlanır.

b) Orta derecede tuzluluk aralığında, normal yer altı suyu genellikle kalsiyum bikarbonatlı olup SO₄ ve Cl yönünden zayıftır,

c) Karbonata doygunluk sınırından sonra sularda SO₄ miktarı giderek artar ve karbonatlı-sülfatlı sular oluşur. Sülfat artışına paralel olarak karbonat çökelmesi görülebilir. Fazlaca çökeldiği için, Mg oranı yükselir. Bu yüzden fazla sularda Mg da fazladır.