Елементарні та кінцеві реакції

Правило Оствальда

Згiдно правила Оствальда перехiд вiд початкового до кiнцевого стану вiдбувається не одним скачком, а проходячи через ряд промiжних сходинок - метастабiльних фаз - iз поступовим зниженням вiльної енергiї системи.

^-Оствальдовські сходинки^-:

аморфний FeS à грейгiт à макiнавiт à пiротин à марказит à пiрит.

розчин SiO₂ à силікагель à кристобаліт-тридиміт à халцедон à кварц

Кінетика реакцій мінералоутворення

Складнiсть в вивченнi кiнетичних факторiв полягає в тому, що вони залежать вiд шляху, яким буде протiкати реакцiя.

Тут ми повиннi навчитись вiдрiзняти кiнцеву (зовнiшню) реакцiю

вiд елементарних реакцiй.

Елементарна реакцiя описує реакцiю, що вiдбувається як записа-

но на молекулярному рiвнi. Кiнцева реакцiя показує кiнцевий результат серiї елементарних реакцiй.

Наприклад, нагрiвання сидериту при постiйному поступленнi кисню можна описати кiнцевою реакцiєю

2FeCO3(сидерит) + 0.5O₂ = Fe₂O₃ (гематит) + 2CO₂

Реально ж реакцiя протiкає через ряд промiжних стадiй:

FeCO₃ = FeO(вюстит) + CO₂

3FeO + 0.5O₂ = Fe₃O₄

2Fe₃O₄ + 0.5O₂ = 3Fe₂O₃

Слiди таких перетворень можуть зберегтися в реальних мiнералах

чи мiнеральних агрегатах в виглядi релiктiв промiжних фаз (метастабiльних фаз). Так, для Берегiвського рудного поля встановлено що гематит характеризується слабкою магнiтнiстю. Електронно-мiкроскопiчнi дослiдження показали, що в гематитi присутнi субмiкроннi вростання магнетиту. Гематит формується при взаємодiї сидериту iз окисними гiдротермальними розчинами i формування магнетиту як рiвноважної фази в слабокислих умовах, що фiксуються постiйною присутнiстю каолiнiту, є неможливим. Поряд iз цим магнетит може формуватись як промiжна метастабiльна фаза в процесi формування гематиту по сидериту.

Таким же шляхом через ряд елементарних реакцiй протiкає бiльшiсть природнiх поцесiв мiнералоутворення. Послiдовнiсть елементарних реакцiй вiдображає механiзм процесу мiнералоутворення, механiзм реакцiї. Розгляд кiнетики мiнералоутворення можливий тiльки в випадку якщо нам вiдомий механiзм такого процесу. Реальнi процеси за складнiстю значно перевищують вище описаний процес окислення сидериту.

Бiльш складним є процес вивiтрювання анортиту за кiнцевою реакцiєю

CaAl₂Si₂O₈ + 3H₂O + CO₂(г) à 2Al(OH)₃ + CaCO₃ + 2SiO₂(кварц)

Цей процес протiкає через наступнi кроки елементарних реакцiй

H₂O + CO₂(г) à H₂CO₃(р-н)

H₂CO₃ à HCO₃^- + H⁺

CaAl₂Si₂O₈ + 6H₂O + 2H⁺à 2H₄SiO₄(р-н) + 2Al(OH)₂⁺ + Ca²⁺ + 2 OH^-

HCO₃^- + Ca²⁺ à CaCO₃ + H⁺

2H₄SiO₄(р-н) + 2Al(OH)₂⁺ + 2 OH^- à Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 5H₂O

Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 5H₂O à 2H₄SiO₄(р-н) + 2Al(OH)₃

H₄SiO₄(р-н) à SiO₂(опал) + 2H₂O

SiO₂(опал) à SiO₂(кварц)

Таким є механiзм реакцiї вивiтрювання анортиту. Якщо кiнцева реакцiя може бути реалiзована багатьма шляхами, то елементарна реакцiя в межах конкретного механiзму є єдиним можливим шляхом протiкання реакцiї.

Дата добавления: 2014-01-07