Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 2

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 2

Содержание

2. Гидратация-дегидратация Процесс гидратации заключается во вхождении молекул воды в структуру минералов в виде координационно связанных молекул
3. Одной из наиболее простых гидратирующих систем является пара гипс—ангидрит. CaSO4 + H2O CaSO4. 2H2O; ангидрит гипс
4. Аналогичные равновесия – мирабилит-тенардит, содовые минералы Гидрогели: SiO2 + nH2O SiO2.nH2O (опал) Агаты. Интересные свойства кремней
5. Поглощение воды цеолитами связано со свойствами кристаллической решетки. Алюминиевые и кремниевые тетраэдры образуют рыхлый каркас с
6. Вхождение воды в состав цеолитных минералов в первую очередь связано с увеличением гидростатического давления, вывод ее
7. Особо следует остановиться на глинистых минералах, ряд которых содержит межслоевую воду (смектиты, вермикулиты, галлуазиты). Ее удаление,
8. Таким образом, процессы, возникающие на границе раздела горных пород и подземных вод, приводят во многих случаях
9. Сорбция, ионный обмен Сорбция – избирательное поглощение твердых веществ и газов. Мера: удельная поверхность – м2/г.
10. Поэтому значительна и поверхностная энергия природных коллоидов Неполярная сорбция состоит в поглощении из раствора целых молекул,
11. Полярная сорбция - ионный обмен Истолкование ионного обмена было дано выдающимся русским ученым К.К. Гедройцем (1872
12. Если промывать дистиллирован-ной водой на воронке незасоленную глину, то очень небольшое количество ионов Мg2+, Са2+перейдет в
13. Если вместо воды применить раствор соли, например NаСl, то количество Сl- в фильтрате почти не изменится,
14. Катионы породы, способные обмениваться на катионы раствора, Гедройц назвал обменными катионами. Наиболее энергично поглощаются многовалентные катионы
15. Обменная сорбция подчиняется закону действия масс, она тем интенсивнее, чем выше концентрация катионов в водах Ряды:
16. SО4 - Са (или SО4 - Мg) подземные воды мигрируют среди глинистых пород морского происхождения, обычно
17. Постепенно весь обменный натрий глин переходит в раствор, воды из сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные
18. Возможны и обратные реакции: сульфатные-натриевые воды, мигрируя среди горных пород, поглощающий комплекс которых насыщен Са2+, обменивают
19. Менее распространены положительно заряженные коллоиды, к которым относятся гидроксиды Fе, Аl, Тi, Sr и др. Они
20. Емкость поглощения (обменная емкость) – мг-экв/ 100 г породы Почвы и породы всегда содержат некоторое количество
21. Некоторые показатели Обменная емкость глинистых минералов (мг-экв/100 г): > 80 монтморилонит, нонтронит, бейделлит (трехслойная решетка) 15-80
22. Ионный обмен характерен не только для коллоидов он известен и у макрокристаллических силикатов. Еще в ХIХ
23. в гидротермальных и надкритических условиях к ионному обмену способны полевые шпаты, фельдшпатоиды, слюды, некоторые титано- и
24. Ионный обмен K+, Nа+, Li+, Rb+, Cs+ экспериментально установлен у поллуцита, сподумена, слюды. Возможность ионного обмена
26. Скачать презентацию

Слайд 2

Гидратация-дегидратация
Процесс гидратации заключается во вхождении молекул воды в структуру минералов

в виде координационно связанных молекул (минералы типа гипса) или не связанных с решеткой молекул (цеолиты).
На долю воды приходится значительная часть объема минерала. При гидратации происходит перестройка кристаллической структуры минерала (уплотнение) и возрастание объема минералов, обусловленное связыванием в минералах воды.
Объемный эффект гидратации поэтому может быть отрицательным, близким к нулю и положительным. Наибольшим объемным эффектом (до 20—30 см3 на моль Н2О) обладают реакции цеолитизации.

Слайд 3

Одной из наиболее простых гидратирующих систем является пара гипс—ангидрит.
CaSO4 +

H2O <===> CaSO4. 2H2O;
ангидрит гипс
гипсы и ангидриты в природных условиях четко гипсометрически локализованы: основные массы ангидрита приурочены к участкам, находящимся на глубине более 460 м от дневной поверхности, а гипсы - к верхним частям разреза.

Слайд 4

Аналогичные равновесия – мирабилит-тенардит, содовые минералы
Гидрогели:
SiO2 + nH2O <===> SiO2.nH2O (опал)
Агаты.

Интересные свойства кремней (бактериофаг).

Слайд 5

Поглощение воды цеолитами
связано со свойствами кристаллической решетки. Алюминиевые и кремниевые

тетраэдры образуют рыхлый каркас с каналами, достигающими нескольких ангстрем в поперечнике. Эти каналы обеспечивают легкую доступность молекул воды во внутренние участки структуры.
Na2 Al2 Si3 O10.2H2O или Na16 Al16 Si24 O80.16H2O – натролит

Слайд 6

Вхождение воды в состав цеолитных минералов в первую очередь связано с

увеличением гидростатического давления, вывод ее обусловливается увеличением температуры до 400оС

Использование цеолитов для очистки питьевых и сточных вод, сушки. Отдают и принимают воду без разрушения крист. решетки; ионообменники; сорбенты. Использование в корме скота, рыб (до 6%) – свх. Тихоокеанский; свиноматки увеличили вес на 30%.

Слайд 7

Особо следует остановиться на глинистых минералах, ряд которых содержит межслоевую воду

(смектиты, вермикулиты, галлуазиты). Ее удаление, так же как и для других минералов, связано с повышением температуры. Наиболее важна дегидратация монтмориллонита, приводящая к образованию гидрослюд на глубинах более 2000—3000 м.

Слайд 8

Таким образом, процессы, возникающие на границе раздела горных пород и подземных

вод, приводят во многих случаях к проникновению молекул воды в кристаллическую решетку минералов. В результате при определенных термодинамических параметрах образуются новые минералы и может произойти полное замещение прежних горных пород новыми.

Слайд 9

Сорбция, ионный обмен
Сорбция – избирательное поглощение твердых веществ и газов. Мера:

удельная поверхность – м2/г.
На раздробление вещества и образование коллоидов затрачивается энергия, которая частично превращается в геохимическую энергию сорбции. Суммарная поверхность 1 г коллоидной фракции в сотни тысяч и миллионы раз больше поверхности 1 г частиц, видимых простым глазом (поверхность 1 г бентонитовых глин колеблется от 40 до 96 м2, каолиновых - от 17 до 65 м2).

Слайд 10

Поэтому значительна и поверхностная энергия природных коллоидов
Неполярная сорбция состоит в поглощении

из раствора целых молекул, например газов и паров, молекул органических веществ. В зоне гипергенеза многие глинистые минералы сорбируют из вод органические молекулы.

Слайд 11

Полярная сорбция - ионный обмен
Истолкование ионного обмена было дано выдающимся русским

ученым К.К. Гедройцем (1872 - 1932).
Он доказал, что каждая почва, глина, всякая мелкоземистая порода содержит катионы, которые, не растворяясь в дистиллированной воде, переходят в раствор нейтральной соли.
При этом часть катионов нейтральной соли в эквивалентных количествах поглощается твердой фазой. Количество аниона нейтральной соли в большинстве случаев не меняется.

Слайд 12

Если промывать дистиллирован-ной водой на воронке незасоленную глину, то очень небольшое

количество ионов Мg2+, Са2+перейдет в фильтрат

Слайд 13

Если вместо воды применить раствор соли, например NаСl, то количество Сl-

в фильтрате почти не изменится, содержание Nа+ уменьшится и появятся Мg2+, Са2+ в количестве, эквивалентном исчезнувшему Nа+.
Следовательно, глина поглотила Nа+ и взамен выделила в раствор эквивалентное количество Мg2+, Са2+, т. е. глины способны обменивать ионы.

Слайд 14

Катионы породы, способные обмениваться на катионы раствора, Гедройц назвал обменными катионами.

Наиболее энергично поглощаются многовалентные катионы (R), т. е. энергия поглощения R3+ >R2+ >R+.
Среди ионов с одинаковой валентностью энергия поглощения растет с ростом атомной массы и радиуса нона (Li+< Nа+ Поэтому K+ поглощается энергичнее Nа+.

Слайд 15

Обменная сорбция подчиняется закону действия масс, она тем интенсивнее, чем выше

концентрация катионов в водах

Ряды: H +>Fe 3+>Al 3+>Ba 2+> Sr 2+>Ca 2+>Mg 2+>K +>NH4+>Na +>Li +
J ->Br ->Cl ->OH -
Наиболее распространенный процесс:
2Naтв + Сa2+ р-р <===> Caтв + 2Na+р-р
На отрыв натрия 11,6 кал, кальция – 74,2 кал; реакция легче идет вправо

Слайд 16

SО4 - Са (или SО4 - Мg) подземные воды мигрируют среди

глинистых пород морского происхождения, обычно содержащих обменный Nа+

наблюдается следующая реакция:
глина = 2Nа++ СаSО4 ↔ Na2SО4 + глина = Са2+
глина = 2Nа++ МgSО4 ↔ Na2SО4+ глина = Мg2+
Символом глина = Са2+ обозначена глина, содержащая обменный Са2+, глина = Мg2+ - обменный Мg2+.

Слайд 17

Постепенно весь обменный натрий глин переходит в раствор, воды из сульфатных

кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс из типично морского натриевого становится типично континентальным кальциево - магниевым.

Слайд 18

Возможны и обратные реакции: сульфатные-натриевые воды, мигрируя среди горных пород, поглощающий

комплекс которых насыщен Са2+, обменивают Nа+ на обменный Са2+ породы. Кальций, соединяясь с SО42-раствора, образует труднорастворимый гипс.
глина = Са2+ + 2Nа+ + SО42- + 2Н2О ↔ глина = 2Nа+ + Ca SО4.2Н2О (гипс)
Таково происхождение некоторых гипсовых аккумуляций в глинах и почвах

Слайд 19

Менее распространены положительно заряженные коллоиды, к которым относятся гидроксиды Fе, Аl,

Тi, Sr и др.
Они способны обменивать SО42-, С1-, PО43-, VО43- и другие анионы.
Так, в осадочных железных рудах нередко повышено содержание Р, V, Аs, сорбированных положительно заряженными гелями гидроксидов Fе.

Слайд 20

Емкость поглощения (обменная емкость) – мг-экв/ 100 г породы
Почвы и породы

всегда содержат некоторое количество обменных катионов. Общее их количество - емкость поглощения - обычно не превышает 1 % (60—70 мг.экв). При расчете на коллоидную фракцию или отдельные минералы эта величина возрастает в несколько раз.

Слайд 21

Некоторые показатели
Обменная емкость глинистых минералов (мг-экв/100 г):
> 80 монтморилонит, нонтронит,

бейделлит (трехслойная решетка)
15-80 гидрослюды
<15 каолинит, галлуазит (пакетная решетка)
Изоэлектрические точки (значение рН, выше которого начинаеся обмен)
кремнезем – 2; монтмориллонит – 2,5; каолинит –3,5; гидроокись железа – 6,9; гидроокись алюминия – 9,0.

Слайд 22

Ионный обмен характерен не только для коллоидов
он известен и у

макрокристаллических силикатов.
Еще в ХIХ в. подобные свойства были обнаружены у анальцима, шабазита, гарматома, гейландита, натролита и других цеолитов. В их кристаллической решетке часть Si4+ замещена Al3+, недостающий положительный заряд компенсирован катионами щелочных и щелочноземельных металлов, которые не связаны со строго определенным положением в решетке и способны к обмену.

Слайд 23

в гидротермальных и надкритических условиях
к ионному обмену способны полевые шпаты,

фельдшпатоиды, слюды, некоторые титано- и цирконосиликаты, танталониобаты, сульфиды и другие минералы.
Эксперименты при t 400—500оС и давлении 105 кПа показали, что Nа+ и K+ санидина (полевой шпат) и нефелина могут взаимно замещаться. Максимальная обменная емкость калиевого полевого шпата 347 мг.экв на 100 г.

Слайд 24

Ионный обмен K+, Nа+, Li+, Rb+, Cs+ экспериментально установлен у поллуцита,

сподумена, слюды. Возможность ионного обмена в этих условиях была доказана также для апатита (Са2+, Nа+, Sr2+, Lа3+, Y3+) пирохлора (Nа+, Са2+, Lа3+, Y3+), сфалерита (Zn2+, Fe2+, Cd2+).
С ионным обменом связывают альбитизацию калиевых полевых шпатов, нефелинизацию, гранитизацию гнейсов и другие процессы метасоматоза.

Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 2

Содержание

Гидратация-дегидратация Процесс гидратации заключается во вхождении молекул воды в структуру минералов

Одной из наиболее простых гидратирующих систем является пара гипс—ангидрит. CaSO4 +

Аналогичные равновесия – мирабилит-тенардит, содовые минералыГидрогели:SiO2 + nH2O <===> SiO2.nH2O (опал)Агаты.

Поглощение воды цеолитами связано со свойствами кристаллической решетки. Алюминиевые и кремниевые