- •Состав ионов в морской воде и закон дитмара.
- •Химический круговорот главных ионов в морской воде.
- •3. Гидротермальная циркуляция морской воды через срединные океанические хребты.
- •4. Отличительные особенности морской воды от континентальной.
- •5. Химия континентальных вод.
- •6. Процессы в дельтах и эстуариях.
- •7. Закисление водоемов.
- •8. Эвтрофикация водоемов. Причины и следствия.
- •Причины загрязнения
- •Последствия
- •9. Последствия загрязнения природных водоемов бытовыми сточными водами. Шкала сапробности.
- •10. Загрязнение водоемов нефтью. Воздействие на экосистему.
- •11. Загрязнение воды водоемов спавами. Воздействие на экосистему.
- •12. Загрязнение воды водоемов тяжелыми металлами. Воздействие на экосистему.
- •13. Глобальный цикл с, n, s, p,
- •14. Химический состав земной коры.
- •15.Характеристика разных видов горных пород
- •16. Структура силикатов. Правило отношения радиусов.
- •17. Процессы выветривания. Механизмы химического выветривания
- •1. Растворение
- •2. Окисление
- •3. Кислотный гидролиз
- •4. Выветривание сложных силикатов
- •18. Типы подстилающих пород и почвообразование. Реакционный ряд боуэна
- •19. Твердые продукты выветриванияя. Химический состав и классификация глиистых минералов
- •20.Структура глинистых минералов
- •21. Условия образования глинистых минералов, хпи
- •23. Поглощение катионов почвой. Еко, сок
- •24. Обменные катионы почвы. Первичное и вторичное засоление почвы
3. Кислотный гидролиз
Континентальные воды содержат растворимые формы, которые придают им кислотность. Источники кислотности различны -это и диссоциации атмосферного СО2 в дождевой воде, и частично диссоциация почвенного СО2 с образованием Н2СО3, диссоциация природного и антропогенного диоксида серы с образованием Н2SО3 и Н2SО4 Реакцию между минералом и кислыми агентами выветривания обычно называют кислотным гидролизом. Выветривание СаСО3 , например, проходит по реакции:
СаСO3 + Н2СO3 → Са + 2НСО3-
Ионная связь Са—СО3 в кристалле кальцита разрывается и свободные ионы СОз2- притягивают от Н2СО3 достаточно ионов Н+, чтобы образовался стабильный ион бикарбоната НСО3–-. Бикарбонат — очень слабая кислота, поскольку она слабо диссоциирует на Н+ и СОз2–, и ее диссоциации недостаточно, чтобы реагировать с карбонатом. В общем, в результате реакции нейтрализуется кислота, содержащаяся в воде.
Процесс зависит от количества доступного СО2: избыток СО2 вызывает образование большего количества Н2СО3 , которая растворяет СаСО3 (прямая реакция); и наоборот, недостаток СО2 стимулирует обратную реакцию и осаждение СаСО3. Образующиеся в пещерах сталактиты и сталагмиты являются примером осаждения СаСО3, вызванного дегазацией СО2 из грунтовых вод. Этот отклик на изменение количества СО2 — наглядный пример принципа Ле-Шателье.
Кислотный гидролиз простого силиката, например богатого магнием оливина, форстерита, можно обобщить следующим образом:
Mg2SiO4 + 4H2CO3 —> 2Mg2+ + 4HCO3– + H4SiO4
Образующийся при диссоциации Н2СО3 ион НСО3–, немного более сильная кислота, чем нейтральная молекула Н4SiO4, образующаяся при разложении силиката.
Сумма процессов растворения СO2 в почвенных водах, последующая диссоциация НаСО3 и образование НСО32– в результате кислотного гидролиза при выветривании, приводит к тому, что поверхностные воды имеют нейтральную реакцию и преобладающим ионом является НСО3–.
4. Выветривание сложных силикатов
Породы верхнего слоя земной коры в основном состоит из каркасных силикатов, полевых шпатов серии плагиоклазов, калиевых полевых шпатов и кварца (см. табл.), причем плагиоклазы преобладают. Таким образом, упрощенная реакция выветривания для плагиоклаза должна лучше описывать усредненный процесс химического выветривания. Это можно проиллюстрировать на примере богатого кальцием плагиоклаза, анортита:
СаА12Si2O8 + 2Н2СO3 + Н2O → Са2+ + 2НСO3– + A12Si2O5(ОН)4
Твердым продуктом реакции является каолинит (A12Si2O5(ОН)4) — важный представитель серпентин-каолиновой группы глинистых минералов.
Таблица. Процентное содержание минералов в верхней континентальной коре.
|
Среднее по верхней континентальной коре
|
Среднее по подверженной воздействиям поверхности континентальной коры |
Плагиоклазовые полевые шпаты |
39,9 |
34,9 |
Калиевые полевые шпаты |
12,9 |
11,3 |
Кварц |
23,2 |
20,3 |
Вулканическое стекло |
— |
12,5 |
Амфиболы |
2,1 |
1,8 |
Слюда биотит |
8,7 |
7,6 |
Слюда мусковит |
5,0 |
4,4 |
Хлорит |
2,2 |
1,9 |
Пироксены |
1,4 |
2,2 |
Оливин |
0,2 |
0,2 |
Оксиды |
1,6 |
1,4 |
Остальное |
3,0 |
2,6 |
Поверхности природных кристаллов имеют участки с избытком электрического заряда, что вызвано дефектами кристаллической решетки (ряды атомов, немного смещенные со своих позиций) или ее повреждениями (разрыв связей). Области с избыточным зарядом преимущественно атакуются почвенными кислотами, в результате чего возникают выемки на поверхности минерала. Водородные ионы, образующиеся при диссоциации Н2СО3, гидратируют поверхность силиката.
Ионные связи между Са2+ и тетраэдрами SiO4 легко разрываются, высвобождая Са2+ в раствор. В результате образуются гидратированный силикат с дефицитом металла и раствор бикарбоната кальция (Са2+ + 2НСО3–). В ходе дальнейшей реакции в пределах тетраэдрической сетки могут разорваться связи, близкие к ковалентным. Тетраэдрическая сетка является особенно непрочной там, где алюминий заместил кремний, поскольку связь кислород—алюминий имеет скорее ионный характер. Продукт реакции, высвобождаемый в раствор — это H2SiO4.
Кислотный гидролиз является доминирующим процессом выветривания в верхнем слое земной коры.