Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
16. ГРУППА УГЛЕКИСЛОТЫ И ДВУОКИСИ СЕРЫ
Здесь мы рассмотрим два, хотя и сходных по физическим и химическим свойствам, но совершенно разных по своей геохимической роли в земной коре газа:
Углекислый газ . . CO2 Сернистый газ . . . SO2
Здесь же опишем аналоги SO2, встречающиеся в твердом состоянии:
Селенолит .... •SeO2 Тетраг. с. Теллурит.....TeO2 Ромбич. с. ?
Углекислый газ — CO2- Синоним: углекислота. В природных условиях, в так называемом круговороте углерода, играет очень важную роль. Весьма значительные количества свободной углекислоты заключаются в атмосфере, хотя содержание ее в нижних слоях атмо-
29*
7-50-
сферы сравнительно небольшое (около 0.04% весовых). В соответствии с парциальным давлением в атмосфере значительные количества углекислоты растворены в гидросфере. Как известно, с помощью солнечной энергии большие количества CO2 поглощаются растительным миром (фотосинтез), усваивающим углерод и выделяющим кислород. При дыхании животных, а также растений при
отсутствии света, наоборот, в огромных размерах воспроизводится углекислота. Она выделяется и в процессах горения, гниения и брожения различных органических веществ. Помимо биохимических реакций, ив неоргани-. ческом мире широко идут химические реакции с поглощением' CO2 в виде ионов [С03]2~ и [HCO3]1- и образованием самых различных углекислых солей (карбонатов). При этих процессах на земной поверхности, особенно в гидросфере, во все геологические периоды происходило накопление огромных масс карбонатных пород, в частности известняков и доломитов. При процессах метаморфизма в глубинных условиях за счет карбонатных пород при реакциях, ведущих в основном к образованию силикатов, происходит, наоборот, выделение углекислоты, и т. д.
Физические свойства. Бесцветный газ, в 1.5 раза тяжелее воздуха. Обладает слабым запахом и слегка кислым вкусом. Теплота образования- С -Ь O2?= 97 тыс. кал. При обыкновенной температуре и при давлении около 57 ат превращается в жидкость с уд. весом около 0.9. Критическая температура очень низкая — равна 31.4°. Критическое давление 73 ат. Кристаллизация жидкой углекислоты происходит при температуре около —57° при давлении не меньше 5.1 ат. При атмосферном давлении углекислый газ непосредственно в твердое состояние переходит при температуре —78.5° (фиг. 316).
Как показали рентгенометрические исследования, углекислота кристаллизуется в молекулярной решетке (фиг. 317). Молекулы CO2 расположены по вершинам куба и в центрах его граней, т. е. так, как в гранеЦентрированной кубической решетке. Углекислота представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с уд. весом, равным 1.4. При атмосферном давлении возгоняется и охлаждается до температуры — 78.5°.
Углекислый газ способен в довольно значительных количествах растворяться в воде. Кривая растворимости CO2 в воде в зависимости от давления изображена на фиг. 63 (стр. 124). Вода, насыщенная угле-; кислотой при некотором давлении, при уменьшении последнего вновь выделяет соответственную часть ее, как это наблюдается во многих пенящихся минеральных источниках, выбивающихся на поверхности Земли.
При постоянном давлении растворимость CO2 в воде обратно пропорциональна изменениям температуры, т. е. с повышением темпера--туры ее падает, и наоборот (фиг. 318). Поэтому вполне естественно,
/О 20 30 40 50 60 70 SO am
Фиг. 316. Однокомпонентная система — CO2
что холодные воды содержат CO2 в больших количествах, чем теплые.
Содержание углекислоты в различных типах вод неодинаково. Установлено, что в то время как в дождевой воде содержание CO2 составляет 0.00026% (весовых), в речной воде оно гораздо выше — 0.0044% и весьма высоко в подземных водах среди карбонатных пород —0.011%.
Кислота H2CO3, как известно, очень неустойчива. При изменении физико-химических факторов равновесия (уменьшении давления, повышении температуры) она распадается на молекулы H2O и CO2 или
Фиг. 317. Кристаллическая ре- Фиг. 318. Растворимость CO2 в чистой воде
шетка твердой углекис - в зависимости от температуры при атмосфер-
лоты—COj ном давлении (в см3 на 1 л воды)
вступает в реакции с растворенными соединениями, образуя ионы — [С03]2~ и [HCO3]1-, участвующие в солеобразовании. Это обстоятельство имеет очень важное значение в природе: углекислые воды способны разрушать и растворять таким образом многие труднорастворимые в чистой воде минеральные вещества. При этом ряд элементов, особенно щелочи и щелочные земли, углекислыми водами переводятся в легко растворимые карбонаты или бикарбонаты.
В восстановительных условиях CO2 способна превращаться в газообразную окись углерода СО с поглощением тепла: CO2 — O = = СО — 68 тыс. кал. С другой стороны, СО может образоваться при неполном окислении углеродистых веществ в условиях недостатка кислорода. Окись углерода является сильным восстанавливающим веществом для соединений, легко отдающих кислород. В свою очередь, при более восстановительных условиях СО сравнительно легко превращается в углерод (теплота образования С + О = СО 29 тыс. кал). С этим процессом связывают образование некоторых графитсодержащих сланцев и известняков в условиях сильного регионального метаморфизма.
