Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 2

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.

+ 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.

(опал)
Агаты. Интересные свойства кремней (бактериофаг).

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

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%.

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.

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.

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).

поглощении из раствора целых молекул, например газов и паров, молекул

органических веществ. В зоне гипергенеза многие глинистые минералы сорбируют из вод органические молекулы.

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.

небольшое количество ионов Мg2+, Са2+перейдет в фильтрат

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.

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+.

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

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+.

сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс

из типично морского натриевого становится типично континентальным кальциево - магниевым.

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

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.

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.

монтморилонит, нонтронит, бейделлит (трехслойная решетка)
15-80 гидрослюды

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.

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.

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.

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.

как полевые шпаты и фельдшпатоиды.
Рост давления уменьшает обменную емкость.

Предполагают, что именно рост давления ограничивает возможность ионного обмена глубинами первых километров от земной поверхности.