ترکیبات شیمیایی آب دریا

[ROJINAjoON]

Seawater Chemistry
شیمی آب دریا :
Composition of seawater
ترکیب شیمیایی آب دریا :
مقدمه :
بیش از دوسوم کره زمین را آب را فراگرفته است از این جهت نام کره آبی مناسب تر است تا کره خاکی ! بهر حال آب دریا فواید بیشماری دارد از جهات مختلف : شما فکر کنید که اگر ارتباط آبی بین قاره ها وجود نداشت این همه محموله های سنگین و پرحجم را بین این کشورهای دور از هم چگونهئمی شد جابجا کرد ؟ امروزه کشتی های 300 هزار تنی مقادیر عظیم نفت را در بین قاره ها جابجا می کنندو این در مورد خیلی کالاهای دیگر هم صدق می کند و هنوز هم حمل و نقل دریایی ارزان ترین و به صرفه ترین طریقه جابجایی بار و کالا و خصوصا کالاهای سنگین می باشد .
آب دریا استفاده های صنعتی فراوان دیگری هم دار برای خنک کردن قلب راکتورهای هسته های به مقادیر زیادی آب نیاز هست . حتی شرکتهای پتروشیمی و فولاد برای خنک کردن مبدلهای حرارتی خود از آب دریا استفاده می کنند و
در اینجا در پتروشیمی ما در واحد CA از آب دریا نمک طعام بدست می آید که از الکترولیزآن کلر حاصل می شود که ماده اولیه برای وینیل کلراید است که بعد از پلی مریزاسیون تبدیل به PVC می شود .
نمک بدست آمده از آب دریا نباید حاوی منیزیوم و کلسیم باشد چون در روند فرآیند اخلال ایجاد می کند از اینئ نظر باید این عناصر را حذف کرد و نمک خالص را مورد استفاده قرار داد هر چند عناصر دیگری هم بصورت خیلی جزیی در ان باقی می مانند .
بهرحال دریا موهبتی بزرگ است نقشی را که در تعدیل آب و هوا دارد نباید فراموش کرد و اینکه منشاء بارش های حیات بخش همین آب ردیاها و اقیانوسهاست و ضمنا اقیانوسها مانند یک اسفنج عمل می کنند که با جذب و دفع دی اکسید کربن و اکسیژن ؛ تعادل این گازها در جو را حفظ می کنند . بدون شک اگر دریاها و اق5یانوسها نبودند حیات به شکل امروزی آن بر روی زمین شکل نمی گرفت خیلی از تئوریها بیانگر این واقعیت است که اولین نمونه های زندگی و حیات رد دریاها شکل گرفته است و حتی گفته می شود شوری خون ما انسانها هم باقی مانده از همان حیات اولیه دریایی است چون ترکیب این دو با هم خلی شباهت دارد . بنابراین بسیار لازم است که ما آب دریا و ترکیب شیمیایی آن را بشناسیم تا از یان طریق تعامل صحیح و منطقی با ان داشته باشیم

آب دریا ، محلولی از نمکهایی است که تقریبا ترکیب آنها ثابت بوده و به مقادیر مختلف در آب محلول می باشند . در آب دریا ، بیش از 70 نوع عنصر مختلف بصورت محلول وجود دارند اما 99% آب دریا را تنها 6 عنصر اصلی تشکیل می دهند که همگی آنها بصورت نمکهای محلول بوده و بشکل یون – اتم یا گروه اتمهایی که از نظر الکتریکی داری بار منفی هستند – می باشند :

Chloride (Cl):
55.04 wt%
Sodium (Na):
30.61 wt%
Sulphate (SO4):
7.68 wt%
Magnesium (Mg):
3.69 wt%
Calcium (Ca):
1.16 wt.%
Potassium (K):
1.10 wt.%

اقیانوس شناس های از واژه شوری salinity ( میزان کل نمک محلول بر حسب گرم در یک کیلو گرم آب دریا ) برای بیان میزان شور بودن آب دریا استفاده می کنند . که بیانگر مقدار نمک موجود در آب دریا است .
آب دریا بطور عادی دارای شوری حدود : 35 G/KG ( 35گرم به ازای هر یک کیلو گرم – یا 35 گرم در لیتر ) می باشد . که آن را برحسب 35% هم بیان می کنند . از این جهت میزان شوری آب دریا در ناحیه ورملی Wormly در جنوب انگلستان را بعنوان استاندارد بین المللی برای ترکیب آب دریا برگزیده اند .
علاوه بر عناصر اصلی بیان شده در بالا ، آب دریا حاوی مقادیر جزئی از عناصر دیگر بصورت trace elements می باشد که عبارتند از :

منگنز : manganese (Mn),
سرب : lead (pb )
طلا : gold (Au),
آهن : iron (Fe),
ید : iodine (I

اغلب این عناصر در مقادیر جزئی ( تریس ) و رد حد پی پی ام (ppm) or parts per billion و یا حتی پی پی بی : parts per billion (ppb) یعنی یک قسمت در میلیارد موجود می باشند . و از این جهت در واکنش های شیمیایی حائز اهمیت هستند هم از جنبه مثبت و هم از جنبه منفی ( مسمومیت زا بودن )

Dissolved gases in seawater
گازهای محلول در آب دریا :
آب دریا حاوی گازهای محلول در مقادیر بسیار کم نیز می باشد . گازهایی از فبیل : ( نیتروژن ، اکسیژن ، دی اکسید کربن ، هیدروژن و گازهایی که بصورت جزیی trace در آن وجود دارند .
آب دریا تحت درجه حرارت معین و مقدار شوری که دارد از این گازها اشباع می باشد بطوریکه مقدار گاز ورودی برابر با مقدار گازی است که از ان خارج می شود . سطح آب دریاها در حالت عادی از گازهیا موجود در اتمسفر مانند : اکسیژن و نیتروژن ، اشباع می باشد . میزان گازی که می تواند که آب دریا حل شود بستگی به میزان شوری و درجه حرارت آب دارد . افزایش درجه حرارت و و شوری ، سبب کاهش میزان گاز محلول در آب دریا می شود .
هنگامیکه آب به قسمتهای عمیق تر اقیانوس فرو می رود دیگر امکان تبادل گازهای محلول با اتمسفر وجود ندارد و مقدار گازی که در یک حجم معین از آب وجود دارد ثابت باقی می ماند و فقط حرکت مولکولهای گاز در داخل آب ادامه پیدا می کند . که شامل فرآیند آهسته و کند : نفوذ diffusion است یا مخلوط شدن آب یک قسمت با آب بخش های دیگری که میزان عناصر و گازهای محلول انها با هم متفاوت است .
در حالت کلی نیتروژن و گازهای نادر ( آرگون ، هلیم و غیره ) به همین شکل رفتار می کنند و غلظت آنها یکسان باقی می ماند و تنها تحت تاثیر فرآیندهای فیزیکی قرار می گیرد . . به عکس بعضی از گازهای محلول هستند که متغیر بوده و بصورتی فعال در فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی شرکت کرده و غلظت انها هم در طی این مراحل تغییر می کند . نمونه ای از این گونه گازها ، اکسیژن و دی اکسید کربن است . که در مقادیر مختلف جذب آب دریا شده و یا از آب دریا جدا می شوند خصوصا از طریق موجودات زنده و ارگانیسم ها .

Processes controlling seawater composition
فرآیندهایی که ترکیب شیمیایی آب دریا را کنترل می کنند .

نمک محلول در آب دریا از 3 منبع عمده زیر منشاء می گیرد :
· فورانهای آتشفشانی
· واکنشهای شیمیایی بین آب دریا و صخره های آتشفشانی داغی که بتازگی شکل گرفته اند و در کنار اقیانوسها گسترش یافته اند ( مجاور اقیانوسها و در تماس با انها هستند ) .
· آب و هوای حاوی مواد شیمیایی که از نواحی صخره ای قاره ها منشاء می گیرند .

Volcanic eruptions فورانهای آتشفشانی باعث تولید مقادیر زیادی گاز می شود که در نهایت به اقیانوسها سرازیر می شود بخش عمده ای از این گازها را سولفات ها و کلراید ها تشکیل می دهند .آتشفشانی هایی که در زیر آب صورت می گیرد باعث پخش شدن مواد مذاب در آب و تزریق مستقیم گازهای ناشی از فوران به درون آب اقیانوس می شود . گازهای ناشی از فوران های خارج دریا هم از طریق بارندگی و حل شدن در آب باران وارد اقیانوس می شوند .
Chemical reactions واکنشهای شیمیایی بین آب گرم دریا و پوسته های بازالتیکی که به تازگی پدپد آمده اند منجر به حذف منیزیوم و بعضی سولفاتها از آب دریا می شود این درحالی است که غعناصر دیگر از قبیل هلیم و روبیدیم در این حالت به آب دریا اضافه می شوند .و از طریق همین مکانیسم باعث چرخش آب اقیانوس در پوسته آن می شود . به این ترتیب کل آب اقیانوس هر 5 تا 10 میلیون سال بطورکلی چرخیده و جابجا می شود . شاید عمده ترین دلیل اینکه چرا ترکیب شیمیایی آب دریا در طی میلیاردها سال تقریبا در تمام نقاط آن یکسان باقی مانده است همین چرخش آن باشد .
بخش زیادی از نمک موجود در دریا از آب و هوای صخره ها و سرزمین های اطراف ان تاثیر می پذیرد . همچنانکه صخره ها بصورت خاک در می آیند و محتویات محلول انها مانند سیلیکا و عناصری چون سدیم و کلسیم و پتاسیم و منیزیوم رها می شوند . آب رودخانه ها نیز بیکربناتها
(HCO3) را که محصول فرعی فرسایش صخره های سیلیکاتی و یا آهک محلول است با خود حمل می کند . هنگامیکه این ترکیبات وارد آب اقیانوس می شوند نمکهای موجود در انها در آب ردیا باقی می ماند در حالیکه آب آنها وارد چرخه هیدرولوژیک ( بخار و سپس باران ...) می گردد .
و به این ترتیب واکنش های بیشتری بین آبهای گل آلود و سیلیکاتها ( فلدسپات ، کوارتز و غیره ... feldspars, quartz, etc ) و یا کربناتها ( مانند کلسیت و دولومیت ) و مواد معدنی صخره ها صور می گیرد .
Silicate minerals + CO2 + H2O = Clay mineral + dissolved silica + ions (sodium, calcium, bicarbonate, etc.)

مواد معدنی سیلیکات + CO2 + H2O = مواد معدنی خاکی + سیلیکای محلول + یونها ( سدیم و کلسیم و بیکربنات )
Example: weathering of feldspar:
متالی از فرسایش فلدسپات :
2NaAlSi3O8 + 2CO2 + 11H2O = Al2Si2O5(OH)4 + 2Na+ + 2HCO3- + 4H4SiO4
آهک )( که حاوی مواد معدنی کلسیت است ) بطورکامل در آبهای اسیدی حل می شود :

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca2+ + 2HCO3-
شواهدی وجود دارد که نشان می دهد میزان شوری آب دریا بریا میلیاردها سال ثابت باقی مانده است به هیمن دلیل فرآیندهای دیگری باید وجود داشته باشند که باعث تغییر محتویات محلول در آب دریا شوند . کربنات کلسیم نیترات و سیلیکا توسط موجودات زنده که ساختمانی اسکلتی دارند جذب می شوند . سایر محتویات آب دریا مانند سدیم به هنگام تبخیر آب دریا در آب آن باقی می مانند . این واقع هنگامی اتفاق می افتد که ارتباط بخش از دریا با آب هیا آزاد اقیانوس قطع می شود و یا در محلهایی که آب و هوای خیلی خشکی دارد این اتفاق می افتد . مثلا هنگامی که بخشی از دریا به مدت 400 میلیون سال از آبهای آزاد اقیانوس جدا گردد Saskatchewan شکل می گیرند . بخش عمده ای از این آبی که تبخیر شده است در پشت یک لایه ضخیم از رسوبات نمک باقی می ماند . وزش باد نیز باعث اسپری کردن آب و و برداشتن نمکهای ان می شود که این نمکها ممکن است در طول ساحل رسوب کنند . بعضی از موادد معدنی هم در کف دریا رسوب می کنند مانند گل و لای و باعث جذب یونها فلزی می شوند .
هنگامیکه رسوبات کف دریا و آنهایی که در اثر تبخیر بوجود آمده اند مجددا به سطح آب می آیند با برخورد با صفحات لیتوسفر (پوسته سطح زمین ) دوباره در معرض هوازدگی و فرسایش قرار گرفته و محلول شده و نهایتا به دریا برگشت داده می شوند .