![]() |
|
|
Введение в химию окружающей средычение, которое устанавливается при равновесии с атмосферным С02 (см. вставку 2.12)1 до 4—5. Это является упрощение*, поскольку 88 ГЛАВА 3 НАЗЕМНАЯ СРЕДА 89 органическое вещество почв (гумус) не всегда полностью разлагается до С02. Однако продукты частичного разрушения обладают карбоксильными (СООН) и фенольными ( Tgr™1) группами, которые при диссоциации дают ионы Н+: RCOOH(Ta) -> RCOO-ад,, + Н^), (3.13) X)^"®"+HU (3.14) где R означает большую органическую структурную единицу. Кислотность, накапливаемая при разложении органического вещества, используется при разрушении большинства силикатов в процессе кислотного гидролиза. 3.4.3. 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 С02 (п. 3.4.2.) с образованием Н2СОэ, диссоциация природного и антропогенного диоксида серы (S02) с образованием H2S03 и H2S04 (см. вставки 2.12 и 2.13). Реакцию между минералом и кислыми агентами выветривания обычно называют кислотным гидролизом. Выветривание СаСОз демонстрирует следующая принципиальная реакция: СаСО„1я) + H2C03(WH) «-> Cafcn,,) + 2НСОз(вд11,. (3.15) Ионная связь Са-СОэ в кристалле кальцита разрывается и свободные ионы СОз~ притягивают от Н2С03 достаточно ионов Н+, чтобы образовался стабильный ион бикарбоната НСОз". Отметим, что вторая молекула НСОГ, образующаяся по уравнению (3.15), не участвует в реакции, когда Н+ перемещается от Н2С03. Бикарбонат — очень слабая кислота, поскольку она слабо диссоциирует на Н+ и С032", и ее диссоциации недостаточно, чтобы реагировать с карбонатом. В общем в результате реакции нейтрализуется кислота, содержащаяся в воде. Процесс зависит от количества доступного С02: избыток С02 вызывает образование большего количества Н2С03 [см. (3.15)], которая растворяет СаСОз (прямая реакция); и наоборот, недостаток С02 стимулирует обратную реакцию и осаждение СаС03. Образующиеся в пещерах сталактиты и сталагмиты являются примером осаждения СаСОз, вызванного дегазацией С02 из грунтовых вод. Этот отклик на изменение количества С02 — наглядный пример принципа Ле-Шателье (см. вставку 2.4). Кислотный гидролиз простого силиката, например богатого магнием оливина, форстерита, можно обобщить следующим образом: Mg2Si04(„, + 4Н2СОз(вми) -» 2Mg?™> + 4HCOJ(MB, + H4Si04(„IH). (3.16) Отметим, что при диссоциации Н2СО] образуется ионизированный НСОз", немного более сильная кислота, чем нейтральная молекула (H4Si04), образующаяся при разложении силиката. Совокупные процессы растворения С02 в почвенных водах (3.11), последующей диссоциации Н2СОз (3.12) и образования НСОз" в результате кислотного гидролиза при выветривании (3.15) и (3.16) приводят к тому, что поверхностные воды имеют нейтральную реакцию и преобладающим ионом является НС03". 3.4.4. Выветривание сложных силикатов До сих пор мы рассматривали выветривание мономерных силикатов (например, оливина), которые полностью растворяются (конгруэнтное растворение). Это упрощало химические реакции. Однако присутствие измененных в процессе выветривания минеральных остатков предполагает, что более распространено неполное растворение. Породы верхнего слоя земной коры имеют средний состав, близкий к гранодиориту (табл. 3.4). Эта порода состоит из каркасных силикатов, полевых шпатов серии плагиоклазов, калиевых полевых шпатов и кварца (табл. 3.4), причем плагиоклазы преобладают. Таким образом, упрощенная реакция выветривания для плагиоклаза должна лучше описывать усредненный процесс химического выветривания. Это можно проиллюстрировать на примере богатого кальцием (Са) плагиоклаза анортита: CaAbSbO,,,,, + 2Н2СОз(вод!) + Н2Ом -> Са%,т) + + гНСО^МШ) + Al2Si2Os(OH)4(T,). (3.17) Твердым продуктом реакции является каолинит [Al2Si205(OH)4], важный представитель серпентин-каолиновой группы глинистых минералов (п. 3.6.3). Приведенная реакция описывает инконгруэнтное растворение полевого шпата, т. е. растворение с переосаждением некоторых соединений из выветриваемого минерала in situ. 90 ГЛАВА 3 НАЗЕМНАЯ СРЕДА 91 а) кристалл анортита \ Раствор бЛСристалл анортита ^ Раствор На схематичном изображении реакции химического выветривания анортита (рис. 3.5) показан край кристалла анортита, находящийся в контакте с Н2СО3 из раствора, являющегося агентом выветривания. Природные поверхности 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 (рис. 3.6). Водородные ионы, образующиеся при диссоциации Н2СО3, гидратируют поверхность силиката. Ионные связи между Са2+ и тетраэдрами S1O4 легко разрываются, высвобождая Са2+ в раствор. В результате образуются гидратированный силикат с дефицитом |
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 |
Скачать книгу "Введение в химию окружающей среды" (5.03Mb) |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [прайс-листы] [форум] [обратная связь] |
|
Введение в химию окружающей среды. Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей
среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги
заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в
разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности.
Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и
атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на
химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах.
Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии
университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга
читателей.
Химия и технология редких и рассеянных элементов. Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов
химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии
лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во
второй
части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана,
лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В
третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия,
тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание
уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В
технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика
рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов
производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие
составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по
1972 год включительно.
|
|