Презентация Истинные растворы в геологических процессах онлайн

Содержание слайда: Истинные растворы в геологических процессах

Содержание слайда: Закономерности физико-химической миграции в данной геологической системе, в основном зависят от формы нахождения химического элемента – образует ли он газообразные соединения (газовая миграция, мигрирует в «истинно растворенном» состоянии или в коллоидном растворе

Содержание слайда: Закон действия масс При наступлении химического равновесия в условиях постоянной температуры и давления отношение произведения активных концентраций веществ, образующихся в результате реакции, к произведению концентраций веществ, вступивших в реакцию - величина постоянная (К). Константа К – это константа равновесия. Она не зависит от концентрации реагирующих веществ и изменяется только с изменением температуры

Содержание слайда: Константа диссоциации воды и рН Вода диссоциирует по схеме: H2O = H+ + OH-. При данной температуре произведение концентрации иона водорода на концентрацию иона гидроксила есть величина постоянная – ионное произведение воды. Ионное произведение воды при температуре 22 ºС равно 10-14. В водах, имеющих нейтральную реакцию, концентрация ионов водорода и гидроксила будет равная и составит 10-7 моль/л. Показателем кислотности-щелочности является водородный показатель (рН), представляющий собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода.

Содержание слайда: Интенсивность миграции химических элементов зависит от кислотности или щелочности природных вод. Большинство химических элементов образует наиболее растворимые соединения в сильно кислых средах. Менее растворимые соединения химические элементы образуют в нейтральных средах. Соединения некоторых элементов легко растворимы в щелочных растворах с рН 9-10.

Содержание слайда: Величины рН природных вод необходимо учитывать, так как в различных условиях ореолы одного и того же элемента имеют различную протяженность и интенсивность. Кислые и слабо кислые воды (рН<6) благоприятны для миграции кальция, стронция, бария, радия, меди, цинка, кадмия, трехвалентного хрома, двухвалентных железа, марганца и никеля. В щелочных водах (рН>7) многие из этих элементов слабо подвижны. В щелочных водах подвижны шестивалентные хром, селен, молибден, пятивалентные кадмий и мышьяк.

Содержание слайда: Комплексные ионы Для большинства металлов образование комплексных ионов повышает pН осаждения гидроксила и повышает растворимость. Например: [CO3] и [HCO3].

Содержание слайда: Недиссоциированные молекулы Недиссоциированные молекулы широко распространены в природных водах. В насыщенном растворе гипса (CaSO4 2H2O) при 5 ºС недиссоциированных молекул в 2,5 раза больше, чем ионов Са2+. Истинно растворенные недиссоциированные гидроксиды металлов Fe(OH)3; Al(OH)3 и др. являются одной из важнейших форм миграции многих элементов.

Содержание слайда: Произведение растворимости Если раствор находится в равновесии с осадком трудно растворимой соли, то данный раствор будет насыщенным. Произведение молярных концентраций ионов данного минерала в его насыщенном растворе есть величина постоянная – произведение растворимости. Произведение растворимости постоянна для данной температуры и давления. Добавление к солевому раствору другой более растворимой соли, имеющей одноименный ион понижает растворимость первой соли. Например, растворимость флюорита (CaF2) понизится, если к его раствору добавлять раствор гипса (CaSO4).

Содержание слайда: К хорошо растворимым веществам правило произведения растворимости количественно не применимо. Им можно пользоваться при растворимости минерала в воде менее 0,01 моль/л (менее 1 г/л). Большинство минералов обладает меньшей растворимостью, что и определяет большое значение правила произведения растворимости в геологических процессах.

Содержание слайда: Ионная сила природных вод В природных водах в большинстве случаев взаимодействие ионов создает электрическое поле, понижающее «действующие массы», которые значительно меньше концентраций соответствующих ионов. Количество вещества, реально участвующее в реакции – активная концентрация (активность). Коэффициент, на который надо умножить концентрацию, чтобы получить активность – коэффициент активности (f). A=fC. Только в крайне разбавленных растворах коэффициент активности равен 1.

Содержание слайда: Ионная сила раствора О величине электрического поля, определяющего размеры коэффициента активности, дает представление ионная сила раствора. μ=C1Z1 + C2Z2 + …/2, где С – молярная концентрация ионов. Z – валентность ионов. В подавляющем большинстве природных вод ионная сила превышает 0,005, и активность не равна концентрации. Поэтому при использовании закона действия масс и произведения растворимости нужно использовать не концентрацию ионов, а их активность.

Содержание слайда: Величина ионной силы природных вод колеблется в пределах от менее 0,001 (для ультрапресных вод) до 6 и более (для рассолов).

Содержание слайда: Природные воды первого типа Это ультрапресные – ненасыщенные воды. Произведение растворимости в них для подавляющего большинства соединений не достигается. Поэтому извлечение элементов из таких вод происходит не в ходе выпадения в осадок трудно растворимых минералов, а в результате адсорбции, других коллоидных явлений и поглощения элементов живым веществом. Ионная сила этих не превышает 0,001-0,002. Ею можно пренебречь. Эти воды резко неравновесны по отношению к природе. К ним относятся поверхностные и грунтовые воды тундры, тайги, влажных тропиков, высокогорий.

Содержание слайда: Природные воды второго типа Не подчиняются законам идеальных растворов. К ним применимо правило ионной силы. В этих водах активность ниже концентрации. Воды этого типа подразделяются на два подтипа.

Содержание слайда: К первому подтипу относятся гидрокарбонатно-кальциевые и гидрокарбонатно-натриевые маломинерализованные воды. Их минерализация обычно не превышает 0,5 г/л. Это воды пресных озер, грунтовые и пластовые воды южной части лесной зоны, трещинно-грунтовые воды гранитоидов и других магматических пород в горно-степных районах. Они не насыщены большинством элементов. В связи с этим они е равновесны по отношению к вмещающим породам. Их состав зависит от биологического круговорота, характера пород, времени взаимодействия, скорости реакций растворения и выветривания.

Содержание слайда: Переход химических элементов из таких вод в твердую фазу происходит преимущественно не за счет осаждения простых солей, а результате адсорбции, образования гелей и других явлений. Правило ионной силы по отношению к этим водам применимо, но имеет ограниченное использование.

Содержание слайда: Ко второму подтипу относятся среднеминерализованные пресные и солоноватые, часто жесткие воды с общей минерализацией до 4-6 г/л. Воды насыщены многими элементами и ионами ( в частности Са2+, НСО3 -, железом, кремнеземом. Поэтому такие воды в отношении ряда компонентов находятся в равновесии со средой. Состав пород оказывает меньшее влияние на состав вод, чем в предыдущих случаях. Это многие почвенные, грунтовые и речные воды районов с засушливым климатом) степенй и пустынь), пластовые воды артезианских бассейнов, воды в зоне окисления сульфидных месторождений Извлечение элементов из таких вод связано с образованием трудно растворимых соединений, в соответствии с произведением растворимости. В них действует ионная сила.

Содержание слайда: Природные воды третьего типа Это сильно минерализованные воды с минерализацией более 4-6 г/л. Они не подчиняются законам идеальных растворов. Но они не подчиняются и правилу ионной силы. Это воды соляных озер, солончаков, сильно минерализованные грунтовые и пластовые воды сухих степей и пустынь, глубинные рассолы. Их состав мало зависит от вмещающих пород. Высокая минерализация определяет величину ионной силы более 0,2 (до 5-6). В этих водах проявляется солевой эффект.

Содержание слайда: Солевой эффект Увеличение минерализации вод понижает коэффициент активности и активную концентрацию ионов. Поэтому растворимость трудно растворимых минералов увеличивается при добавлении в воду солей, не имеющих общих ионов с данным минералом. Растворимость одних солей растет в присутствии других солей. Это явление – солевой эффект. Вследствие солевого эффекта может значительно увеличиваться интенсивность миграции многих элементов.