title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Роль воды в минералах

Роль воды в минералах

Вода — существенная составная часть многих минералов. Кроме того, она имеет большое значение в минералообразовании, так как большинство процессов минералообразования связано с водными растворами.
Вода в минералах может быть кристаллизационной и адсорбционной. Кристаллизационная вода, содержащаяся в минералах в виде молекулы H2O, является следствием их гидратации; минералы, содержащие кристаллизационную воду, принято называть кристаллогидратами. В соответствующих формулах вода фигурирует целыми молекулами H2O. Прочность связи кристаллизационной воды в отдельных кристаллогидратах весьма различна. В большинстве случаев выделение кристаллизационной воды происходит при температуре до 300° С (табл. 11).

Выделение кристаллизационной воды сопровождается разрушением кристаллической решетки с образованием безводного соединения или кристаллогидрата с меньшим содержанием воды. Последнюю он отдает при более высокой температуре. Например:

К этому же типу должна быть отнесена так называемая цеолитная вода, названная по имени минералов — цеолитов, для которых она весьма типична. Цеолитная вода отличается от обычной кристаллизационной постепенным выделением в значительном температурном интервале без разрушения кристаллической решетки. Характер цеолитной воды объясняется особенностями структуры минералов: ионы, образующие кристалл цеолита, располагаются в виде ячеистого каркаса, в пустотах которого и помещаются молекулы H2O. Так как молекулы воды не принимают непосредственного участия в структуре минерала, то удаление ее не сказывается на структуре. Удаленная цеолитная вода в силу этих же особенностей структуры может быть легко восстановлена минералом.
Адсорбционная вода представляет собой молекулы H2O, которые благодаря влиянию поверхностной энергии механически притягиваются многими минералами. Содержание адсорбционной воды постоянно изменяется. Она удаляется из минералов, главным образом до температуры 110°C.
Говоря об адсорбционной воде в минералах, необходимо обратить особое внимание на так называемую межплоскостную воду, которая типична для силикатов со слоистой структурой. Каждый пакет слоистой структуры имеет небольшую мощность и значительное протяжение вдоль слоя. Такой двухмерный слой адсорбирует воду всей поверхностью, и в структуре минерала его слои чередуются со слоями адсорбированной воды. В результате адсорбции воды или ее потери решетка минерала разбухает или сжимается, но не разрушается. Типичным примером минералов с межплоскостной водой является монтмориллонит — (Al, Mg)2(OH)2[Si4Ol0]*nН2O, решетка которого при поглощении воды разбухает, что приводит к значительному увеличению объема минерала. Период с0 кристаллической решетки монтмориллонита колеблется от 9,6 до 28,4 А.
Необходимо отметить также воду включений, представляющую собой захороненные остатки минералообразующей среды в различного рода пустотах. По подсчетам В.И. Вернадского, на долю воды, находящейся в включениях в минералах, приходится около 0,1 всей массы воды океанов. Эта вода по существу является механически включенной в минералы, но в отличие от обычной адсорбционной часто может быть выделена только при более высоких температурах, так как выполняет она даже ультрамикроскопические пустоты.
Содержащиеся в минералах водород, гидроксил и гидрооксоний (Н+, (ОН)-, (H3O)+) иногда неправильно рассматривают как конституционную воду, так как характер воды они приобретают лишь при выделении из минерала в результате нагревания.
Минералы, содержащие гидроксил и водород, с химической точки зрения представляют собой основные и кислые соли. В основных солях гидроксил осуществляет так называемую гидроксильную связь, которая является существенно ионной, а в кислых — водородную, которая является существенно ковалентной. Выделение гидроксила из основных солей происходит при значительных температурах (табл. 12) и сопровождается их разрушением. Как и выделение молекул воды из кристаллогидратов, выделение гидроксила имеет эндотермический характер, т. е. происходит с поглощением тепла.

В гидроокислах и окислах, содержащих водород, дегидратация происходит при более низких температурах. Так, например, в диаспоре — AlO(OH) она наступает при 510°, в брусите — Mg(OH)2 — при 410°, а в гидраргиллите — Al(OH)3 — при 290° С.
Дегидратация минералов, содержащих гидрооксоний, в достаточной степени не изучена. Имеющиеся материалы позволяют полагать, что она имеет здесь переходной характер, который определяется в значительной степени нестойкостью гидрооксония и отщеплением воды по схеме:
H3O+ = H+ + H2O.

Гидрооксоний присутствует в силикатах слоистого строения, содержащих K+. Последний при выветривании во все увеличивающемся количестве замещается ионом H3O+. Подобное замещение имеет место в так называемых гидрослюдах (например, гидромусковите — ((К, H3O)Al2(OH)2[AlSi3O8]*nН2O).
Выделение гидрооксония происходит при температуре до 200° С.
Температура дегидратации минералов зависит от многих факторов, главными из которых являются:
1. Величина электроотрицательности катионов, связанных с гидроксилом или водородом. С повышением электроотрицательности температура дегидратации снижается. Например, электроотрицательность Mg в брусите — 174, а Al в гидраргиллите — 220; температура дегидратации их соответственно равна 490 и 290° С.
2. Положение гидроксила в структуре минерала. Температура дегидратации снижается в тех минералах, где гидроксил находится за пределами структурных комплексов (например, в виде добавочных слоев (ОН) в силикатах).
Поведение в минералах воды, гидроксила и гидрооксония изучается при помощи термического анализа, о котором будет сказано при рассмотрении термических свойств минералов.

title-icon Подобные новости