title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Растворимость минералов

Растворимость минералов

Растворимость минералов — явление, отвечающее процессу взаимодействия минералов и раствора или чистой воды. Теория растворимости вообще, а по отношению к минералам в частности, еще далеко не разработана. До настоящего времени нельзя четко ответить на вопрос, почему одни минералы растворяются в большом количестве, а другие мало или даже почти не растворяются. Способность минералов растворяться в воде или водном растворе имеет важное генетическое значение, так как большинство минералов образовалось путем кристаллизации из различных водных растворов. Растворимость имеет большое значение при диагностике минералов. Так, например, кварц (SiO2) мало растворим в воде, а галит (NaCl) — сильно растворим.
Вода может оказывать на минералы или только физическое (физико-химическое) воздействие или быть химически агрессивной. В первом случае можно посредством изменения температуры и давления заставить минерал выделиться обратно без изменения состава. Во втором случае этого сделать нельзя.
Под воздействием воды минерал может разложиться (если его состав сложный), образовав новые минералы. Например, растворение полигалита (K2Ca2Mg[SO]4*2Н2O) в воде сопровождается выделением гипса (Ca[SO4]*2Н2O) и сингенита (KaCa[SO4]2*H2O). При растворении водой сингенита наблюдается выделение гипса и т. д.
Ф.В. Сыромятников все минералы по растворимости делит на две группы: 1) минералы, на которые вода оказывает лишь физическое действие и 2) все остальные. В первую группу он включает малорастворимые и сильнорастворимые, во вторую — почти все нитраты, простые хлориды, водные сульфаты, многие водные бораты и кислые карбонаты. Часть из них растворяется довольно легко в холодной воде, а часть — лишь при нагревании.
Преобладающая масса минералов оказывается нерастворимой или трудно растворимой в воде. Проведенные Ф.В. Сыромятниковым эксперименты над растворимостью минералов при изменении температуры и давления показали, что с повышением температуры при постоянном давлении растворимость увеличивается. Давление при низких температурах почти не влияет на растворимость минералов. Оно начинает оказывать влияние при средних температурах (500—700° С) и особенно сильно влияние при высоких температурах (800—1000° С).
Разлагаемость минералов. Многие минералы, которые в воде не растворяются, разлагаются кислотами и в них переходят в раствор. Для целей диагностики минералов обычно пользуются соляной и азотной кислотой и реже прибегают к серной и другим кислотам. Растворение совершается спокойно или сопровождается выделением газов.
К растворимым в соляной кислоте минералам относятся все карбонаты, некоторые самородные металлы и сульфиды, а также некоторые окислы, сульфаты, фосфаты, бораты и силикаты.
При разложении в соляной кислоте карбонатов наблюдается выделение углекислоты (для кальцита — Ca[CO3] это происходит с шипением на холоду), а сульфидов — сероводорода.
Другие минералы, например пиролюзит — MnO2, браунит — MnMn6SiO12 при разложении соляной кислотой выделяют хлор.
При растворении некоторых силикатов в соляной кислоте происходит выделение студнеобразного гидрата кремнекислоты или выпадение кремне-кислоты в виде порошка.
В азотной кислоте растворяются все сульфиды, некоторые самородные металлы, а также некоторые окислы, фосфаты и их аналоги. При разложении азотной кислотой самородных металлов, сульфидов и окислов выделяется окись азота, которая на воздухе образует красно-бурые пары NO2. Сульфиды часто при разложении их азотной кислотой выделяют серу, всплывающую на поверхность, а минералы сурьмы дают белый осадок окиси сурьмы.
К минералам, не растворимым в воде, соляной и азотной кислотах, относятся многие сложные окислы, большинство силикатов, некоторые сульфаты и фосфаты, а из самородных металлов — золото и платина. Для перевода их в растворимое состояние пользуются либо другими растворителями (например, серной или плавиковой кислотой, царской водкой и др.), либо сплавляют их с карбонатами щелочей или другими солями с летучим ангидритом.
Выше мы отметили, что преобладающая масса минералов не растворяется в воде, а многие из них оказываются также трудно разлагаемыми. Ho в природных условиях с течением времени даже такие труднорастворимые минералы, как силикаты, сравнительно легко разрушаются и переходят в новые образования. Этому в значительной степени содействует геологическое время, а также обогащение водных растворов углекислотой или другими кислотами.
В природных условиях растворение и разложение минералов совершается в процессе химических реакций окисления, восстановления, гидролиза и обменного разложения.
Реакции окисления особенно широко распространены на земной поверхности и вблизи нее. Они совершаются в результате воздействия атмосферных агентов на различные минералы. При этом на их месте образуются труднорастворимые гидроокислы, карбонаты, сульфаты и другие кислородные соединения. Разложение под влиянием окисления иногда наблюдается также в образованиях эндогенного происхождения. Так, например, при разложении сульфида свинца и олова — тиллита (PbSnS2) — образуются тонкие срастания галенита (PbS) и касситерита (SnO2), а при разложении в окислительных условиях станнина (Cu2FeSnS4) — касситерита (SnO2) и халькопирита (CuFeS2).
Явления разложения особенно характерны для минералов, содержащих часть ионов в низших степенях валентности. Так, в результате окисления Fe2+ ильменита (FeTiO3) образуются срастания гематита (Fe2O3) и рутила (TiO2), в других случаях разложение ильменита приводит к замещению его магнетитом (FeFe2O4), рутилом и гематитом и т. д.
В результате окисления могут возникать так называемые реакционные каймы. Так, в медных месторождениях по краям выделений халькопирита (CuFeS2) наблюдаются каемки борнита — Cu+5-nCu2+1/2nFeS4, гётита — FeO(OH), которые возникли в результате окисления халькопирита, а вокруг пираргирита (Ag3[SbS3] — каемки самородного серебра и т. д.
Реакции восстановления наиболее широко развиты вблизи земной поверхности, обычно ниже уровня грунтовых вод. Здесь мы рассмотрим лишь разложение минералов, в результате реакций восстановления в эндогенных условиях. В качестве примера можно привести разложение мышьяковистой цинксодержащей блеклой руды (Cu10(Cu, Zn)2S[AsS3]4), за счет которой образуется арсенопирит (FeAsS), халькопирит (CuFeS2) и сфалерит (ZnS). В блеклой руде мышьяк находится в виде As3+, а в арсенопирите он восстановлен до As-.
При разложении козалита (Pb2Bi2S5) образуются самородный висмут и галенит (PbS). В этом случае катион Bi3+ восстанавливается до Bi0.
Реакции гидролиза, т. е. разложения минералов и солей металлов при взаимодействии их с водой, могут приводить к образованию малорастворимых продуктов. Так возникает, например, лимонит при разложении сульфата трехвалентного железа, образующегося в зоне окисления сульфидных руд:

Такой же характер в эндогенных условиях имеет реакция гидролиза фтористого олова с образованием касситерита:

Реакции обменного разложения в природных условиях происходят при смешивании растворов солей различного состава, при взаимодействии растворов с газообразными соединениями (H2S, CO2 и др.) и с химически активными минералами. Так, например, при взаимодействии хлоридных и сульфатных вод в некоторых месторождениях образуется барит (Ba[SO4]):

а при взаимодействии металлоносных растворов с H2S — молибденит (MoS2):

Довольно распространенной в эндогенных условиях является реакция образования самородной меди и гематита (Fe2O3) при взаимодействии хлоридов меди и железа:

При взаимодействии сульфатов меди и цинка с известняками во многих месторождениях возникают смитсонит (Zn[CO3]) и малахит (CuCu(OH)2[CO3]):

Растворимость и разлагаемость минералов определяется их химическими и структурными особенностями и прежде всего положением слагающих их ионов в менделеевской таблице и типом химической связи. Минералы, содержащие ионы типа купро, более растворимы и разлагаемы. Эти их свойства снижаются при замене ионов типа купро на катионы переходного типа и в особенности типа благородных газов. Растворимость и разлагаемость минералов снижается также по мере перехода к солям слабых кислот. Для минералов с ионным типом связи этот переход может быть выражен таким рядом снижения свойств: нитраты — хлориды — сульфаты — фториды — карбонаты — фосфаты — бораты — силикаты.
Растворимость и разлагаемость минералов зависит и от ряда других причин, среди которых укажем: 1) валентность катиона (увеличиваются с уменьшением валентности катиона); 2) межионные расстояния (увеличиваются с увеличением межионных расстояний); 3) координационное число (увеличиваются с уменьшением координационного числа); 4) размеры ионов (увеличиваются с увеличением размеров ионов).

title-icon Подобные новости