Химия кремнезема - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Уилли [38, 39] исследовала взаимодействие в природных условиях растворимых форм оксида алюминия и кремнезема в 0,6 н. растворе хлорида натрия. Добавление ионов алюминия
26
Глава 1
к раствору монокремневой кислоты с концентрацией 0,02 % 81 (ОН) 4 замедляет процесс полимеризации. Вероятно, в этом случае образуется коллоидный комплекс, который вызывает реакцию, подобную реакции мономера с сильнокислым молиб-датным реактивом. Очень низкая концентрация растворимого кремнезема также вызывает осаждение оксида алюминия.
Растворимый кремнезем, определяемый молибдатным методом, не обязательно должен присутствовать в виде БЦОН)^ Богданова сообщила [40], что в природных водах, содержащих примерно 0,0005 % кремнезема, 4—9 % его общего количества находилось в полимерной форме, которая превращалась в мономер при подкислении. Похоже, что этот «полимерный» кремнезем на самом деле представлял собой очень малые коллоидные частицы силиката алюминия, который при подкислении выделял монокремневую кислоту.
В результате биохимических процессов кремнезем постоянно удаляется из морской воды. Диатомеи, губки, а также другие морские растения выводят кремнезем, который в них накапливается, и Калверт [41] предполагает, что концентрация кремнезема в морской воде определяется главным образом их биологической активностью. Хардер [42] сообщает о том, что аморфные гидроксиды А1, Ре, Мп или М§ могут быть реакционноспо-собными и осаждать растворимый кремнезем, снижая его концентрацию в воде вплоть до 0,0003 %¦ Несомненно, что в действительности имеют место оба процесса.
Растворимость аморфного кремнезема в морской воде повышается с глубиной, вероятно благодаря возрастанию давления. Уилли [20] и Джонс и Питкович [43] нашли, что при температуре около 0°С растворимость повышается в зависимости от давления следующим образом:
при 0 кг/см2 °С [20] масс. % S\Q? при кг/см2 2 °С [43] масс. % SiO
1 280 560 840 1260 0,0064 0,0074 0,0080 0,0085 0,0094 1 530 1050 0,0056 0,0032 0,0070
При таких концентрациях кремнезема соли, без .сомнения, промотируют более быстрое установление равновесия, оказывая лишь небольшое влияние на растворимость.
В некоторых районах горячие источники вызывают образование пересыщенного раствора кремнезема. Фурнье и Рове [44] показали, что суммарное содержание кремнезема в воде позволяет оценить температуру подземных источников. При этой температуре вода становится насыщенной относительно кварца,
Распространение, растворение и осаждение кремнезема
27
поскольку он представляет собой основную фазу, обычно определяющую растворимость. Типичные результаты представлены ниже:
Растворенный Оценочное значение Максимальная измерен-
кремнезем, масс. % температуры, °С ная температура в буро-
вой скважине, °С
0,0330 245-252 250
0,0425 215-220 ' 220
0,0245 178-180 170
Указанный метод, конечно, не очень надежен в том случае, если вода в каком-либо месте до поступления в кварцевый слой контактировала с осажденным аморфным кремнеземом. Кроме того, должны быть предотвращены или же приняты во внимание возможные потери воды за счет образования паровой фазы.
Наиболее важные исследования кремнезема в геотермальных водах были выполнены сотрудниками Службы геологических изысканий США Уайтом, Бренноком и Мурата в 1956 г. [45] и Фурнье в 1970 г. [46]. Детальный анализ вод Йеллоу-стонского национального парка (штат Вайоминг, США) был опубликован в работе Рове, Фурнье и Мори [47].
Растворимый кремнезем, по существу, обнаруживается в тканях всех растений и организмах животных. Например, кровь человека содержит 0,0001 % Si02. Монокремневая кислота, принимаемая с пищей в виде недостаточно насыщенного раствора, быстро проникает во все ткани и жидкости тела и выделяется, очевидно, без каких-либо последствий [48]. Растения, особенно травы, в том числе хлебные злаки и рис, поглощают кремнезем, который откладывается в их тканях в виде характерных микроскопических аморфных частиц молочного цвета и обнаруживается впоследствии в почве и в кишечных трактах травоядных животных [49]. Широкое распространение кремнезема и его возможное значение в фауне и флоре более полно обсуждается в гл. 7.
В атмосферных условиях тропиков в процессе выветривания почв алюмосиликаты (глины) разрушаются с растворением кремнезема и с сохранением в остатке высокой концентрации глинозема (боксита). Однако в более холодных климатических районах, по-видимому, преимущественно удаляется оксид алюминия с сохранением в остатке повышенной концентрации кремнезема [50]. Возможно, это происходит потому, что в тропиках растительность при своем распаде выделяет танины и другие, подобные катехину, вещества, которые, как известно, растворяют кремнезем в нейтральном растворе. В более холодных районах, вероятно, из-за меньшего количества органического вещества и более низких значений рН (вследствие повы-
28
Глава 1
шенной растворимости углекислоты) растворяется преимущественно оксид алюминия.
Модификации кремнезема
Ниже кратко рассматриваются различные модификации кремнезема, обнаруживающие с точки зрения растворимости некоторые отличительные черты. Наиболее широко распространенная кристаллическая модификация кремнезема—кварц— представляет собой главную составную часть обычного песка. Однако в некоторых природных и лабораторных условиях образуются и другие разновидности кремнезема. Модификации можно подразделить на следующие классы:
