Поиск

Гидратация и гидролиз минералов
29.10.2015

Важнейшим фактором разрушения минералов и образования продуктов выветривания являются процессы гидратации минералов и последующий распад их кристаллической решетки. По-видимому, интенсивность гидратации возрастает параллельно механическому разрушению горных пород. Одной из причин разрушения кристаллической решетки может быть замещение металлов водородом. Гидроксоний (Н3О) внедряется в кристаллические решетки минералов, вытесняя и замещая калий, натрий, кальций, магний, что вызывает изменения условий заряда и постепенное разрушение кристаллических решеток с переходом в раствор катионов, а также кремния и алюминия в виде анионов. Возможен и другой механизм разрушения минералов.
Алюмосиликаты построены из сочетаний кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, образующих основу кристаллической решетки этих минералов. Рентгенографические исследования воды и льда позволили считать, что вода построена тетраэдрами, близкими по форме и размерам к кремнекислородным тетраэдрам. Благодаря такому соответствию размеров и сходству структур создаются предпосылки к сравнительно легкому замещению кремнекислородных тетраэдров молекулами воды, что также ведет к распаду кристаллической решетки.
Силикатные и алюмосиликатные минералы породы, приведенной в процессе механического выветривания в раздробленное состояние, соприкасаясь с водой, всегда в присутствии угольной кислоты при колеблющейся температуре и интенсивной циркуляции воды подвергаются глубокому гидролизу с образованием слабых растворов кремнекислых и углекислых щелочей и щелочных земель, истинных и коллоидных растворов кремнезема и полуторных окислов, а также их гелеподобных осадков.
Приведем несколько примеров реакций гидратации и гидролиза, имеющих весьма важное значение при выветривании.
Гидратация ангидрита происходит при выветривании осадочных пород, содержащих ангидрит. При гидратации почти нерастворимого в воде безводного сульфата кальция (ангидрит) объем породы увеличивается на 50—60%, при этом возрастают растворимость и вынос сульфата кальция:

CaSO4 + 2Н2О = CaSO4 * 2Н2О.

Гидролиз карбонатов кальция — весьма распространенное явление при выветривании мрамора, известняков, мергелей, а также при растворении углекислых солей кальция:
2СаСО3 + 2 H2O = Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2.

Углекислый кальций вследствие гидролиза может вымываться. При этом реакция среды делается щелочной.
Гидролиз алюмосиликатов является одним из наиболее универсальных процессов глубинного химического разрушения минералов, сопровождающийся появлением в растворах слабых концентраций щелочных и щелочноземельных соединений кремнезема и угольной кислоты. Например, гидролиз анортита можно представить в виде схемы
Гидратация и гидролиз минералов

Сходно протекает реакция гидролиза и распада альбита:
Гидратация и гидролиз минералов

При глубоком гидролизе и распаде альбита в результате выветривания образуются истинные и коллоидные растворы крехмнезема, окислы алюминия и гидроокись натрия, которая очень быстро в присутствии угольной кислоты превращается в углекислую щелочь (реакция карбонатизации). Реакция гидролиза алюмосиликатов — одна из наиболее распространенных в природе; она ведет к образованию подвижных соединений кремнезехма, углекислых солей кальция, магния, натрия и калия.
Гидратация минералов обусловливает прибавку до 1000% к исходному содержанию влаги в породе и этим вызывает значительное увеличение ее объема. Общее же возрастание объема вновь образующейся выветрелой породы составляет до 50—150% по сравнению с исходным объемом (рис. 19).
В коре выветривания циркулируют обычно не пресные, а слабоминерализованные растворы. Поэтому процессы гидролиза и разрушения минералов под влиянием контакта с водой во много раз усиливаются.
Гидратация и гидролиз минералов