Химическое взаимодействие компонент
Среди процессов химического взаимодействия наиболее широкого развиты гидролиз, окисление, растворение. Протекают до глубины 5-10 м, меняют состав, структуру и свойства грунтов.
Гидролиз В основе лежит высокая реакционная способность Н+, который образуется в результате диссоциации молекул воды. В силу своего малого размера, водород легко проникает в дефекты кристаллической решетки. Реакционная способность водорода увеличивается с размером катионов, входящих в кристаллическую решетку. Наиболее интенсивно наблюдается у силикатов и алюмосиликатов. Тетраэдрические упаковки в кристаллической решетке неплотные, поэтому ион водорода легко проникает в структуру минералов и увлекает катионы, в результате происходит увеличение избытка отрицательного заряда в кристаллической решетке, а это в свою очередь способствует дальнейшей активизации водорода. В результате минерал разрушается.
Al3+ выходит в раствор и появляется свободный кремнезем. Минералы, не содержащие крупных катионов (например, кварц) более устойчивы к выветриванию по сравнению с минералами, содержащими крупные катионы (полевые шпаты, пироксены, слюды). Наиболее легко разрушаются полевые шпаты, в состав кристаллической решетки входит К, Na, Ca. Труднее разрушаются амфиболы и пироксены (Al3+, Fe3+, Mg2+). Еще более устойчивы слоистые силикаты, в которых крупные катионы совсем отсутствуют (хлориты, слюды).
Гидролиз носит стадийный характер. ПШ и слюды à минералы промежуточного ряда (гидрослюды) à распадаются на каолинит, опал, растворимые в воде карбонаты и бикарбонаты. Гидролиз железо-магнезиальных (амфиболы, пироксен, оливин) протекает с образованием глинистых минералов монтмориллонитового ряда (нантронит, монтмориллонит и т.д.). Образующиеся в корах выветривания глинистые минералы хорошо сохраняются в любой климатической обстановке, но при изменении кислотности, т.е. климата в условиях щелочной среды наиболее устойчив монтмориллонит, а в кислой минералы группы каолинита.
Окисление В основе процесса окисления лежит взаимодействие газообразной и твердой компоненты грунта. Поверхностные воды, инфильтрующиеся через зону выветривания, всегда богаты растворенным кислородом, он способен вступать в окислительные реакции с некоторыми минералами с образованием кислородных соединений: сульфаты, карбонаты, гидроокислы. Процесс окисления протекает стадийно. Окислительные процессы развиваются до определенной глубины. По мере просачивания поверхностных вод содержание кислорода уменьшается и на определенной глубине свободного кислорода нет. Во всех корах выветривания существует граница окисления-восстановления.
Растворение Взаимодействие жидкой и газовой компоненты с твердой фазой при определенных условиях приводит к растворению минералов. Наиболее активно протекает в зоне интенсивного водообмена и в процессе выветривания. В основе растворения лежит взаимодействие минералов с водой в результате которого происходит ослабление энергии связи ионов в структуре и под влиянием энергии теплового движения такие ионы и молекулы теряют связь с кристаллической решеткой и уходят в раствор. Энергия необходимая для растворения выделяется в процессе гидратации ионов и молекул растворителем. Наибольшей растворимостью обладают простые соли с ионной связью между атомами. Растворимость зависит от растворителя. Наибольшей растворимостью обладают жидкости с максимальной диэлектрической способностью жидкости. Вода = 81. У органических жидкостей редко поднимается до 10. В воде растворение всегда выше. Растворяющая способность воды зависит от растворенных в ней газов (особенно СО2).
Физико-химические явления на границе минерал-вода. К физико-химическим взаимодействиям, протекающим на границе взаимодействия минерал-вода, относят адсорбцию, осмос, ионный обмен. Их развитие зависит от дисперсности твердой фазы и возрастает с увеличением суммарной площади удельной поверхности системы, поэтому физико-химические явления характерны для тонкодисперсных образований (почвы, глины, лессы). В результате физико-химических явлений образуется связная вода, диффузионный слой ионов, а также развитие обменных процессов на поверхности минерала. Все эти явления приводят к изменению свойств.
Гидратация. Глинистые минералы при взаимодействии с водой адсорбируют на своей поверхности полярные молекулы воды, что приводит к гидратации, т.е. образованию на поверхности частиц сплошной гидратной пленки связной воды. В основе гидратации лежат водородные, ион-дипольные и диполь-дипольне взаимодействия между молекулами воды и адсорбционными центрами поверхности дисперсных минералов. У глинистых минералов выделяют 3 основных типа центров адсорбции, которые отличаются энергией. 1. Катионы-компенсаторы структурного заряда, которые находятся на поверхности или в межслоевом пространстве минерала. 2. Атомы кислорода и гидроксильных групп базальных поверхностей минерала. 3. Валентно-ненасыщенные атомы боковых сколов минералов. Процесс гидратации начинается с адсорбции молекул воды на наиболее активных центрах – катионы-компенсаторы и валентно-ненасыщенные боковые сколы. Адсорбционная способность катионов возрастает с увеличением их валентности и уменьшением ионного радиуса. Наиболее активно процесс гидратации развивается у минералов, содержащих многовалентные катионы (Mg, Al, Fe, Ca и т.д.). У минералов, не обладающих внутрикристаллическим набуханием, адсорбция молекул воды идет на катионах, распределяется только на внешних поверхностях частицы, а у минералов типа монтмориллонита в процессе гидратации участвуют и межслоевые катионы.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (999)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |