Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Остановимся на простейших примерах, показывающих влияние каждого из
указанных факторов равновесия на состояние природных физико-химических систем, превращения которых совершаются на наших глазах.
Пример I. Морская вода залива Кара-Богаз-Гол (фиг. 62) содержит значительные количества растворенных сернокислых и хлористых солей Na и Mg. В летнее время, когда температура воды достигает 20—25°, здесь мы имеем однородный не насыщенный -солями раствор. Зимой (в ноябре—марте), как только температура воды опустится ниже 5.5°, равновесие в этой системе нарушается и появляется в громадных количествах новая фаза в виде оседающего на дно твердого минерала — мирабилита (глауберовой соли) — Na2SO4 • 10H2O, имеющего практическое значение. Во время зимних штормовых ветров глауберова соль в значительных количествах выбрасывается прибоем волн на берег, образуя валы белого кристаллического вещества.
С наступлением весны, когда температура воды повышается, происходит обратное превращение гетерогенной системы в прежнюю гомогенную, т. е. твердая фаза исчезает, переходя в раствор.
Таким образом, на этом примере мы видим явную зависимость превращения физико-химической системы от температуры, при более или менее постоянном (атмосферном) давлении и при неизменной концентрации химических компонентов.
Пример II. Как известно, легко сжижаемые газы, например, CO2, под давлением легко растворяются в жидкостях, например в воде (фиг. 63). В случае уменьшения давления вода обратно выделяет часть газа, т. е. система вновь становится гетерогенной1.
Многие минеральные источники на глубине под сильным давлением находящегося над ними столба воды насыщаются углекислым газом. При выходе на поверхность такие воды в первый момент становятся мутными, затем вскипают и пенятся, выделяя избыток растворенного газа. Таковы, например, углекислые напорные воды в известном минеральном источнике Нарзан в районе Кисловодска. Аналогичное явление наблюдается в сероводородных источниках Мацесты на черноморском побережье Кавказа (растворимость H2S в воде еще выше, чем CO2).
В приведенных случаях мы имеем примеры влияния на равновесие физико-химической системы другого фактора, а именно давления. Температура и концентрация химических компонентов в системе при этом не меняются.
Пример III. В северном Прикаспии известно соленое озеро Баскунчак, из которого добывается так называемая самосадочная соль — NaCl. В летнее время в жаркую пору в этом и других аналогичных замкнутых бассейнах под влиянием сухих ветров происходит интенсивное испарение воды, благодаря чему концентрация в растворе NaCl значительно увеличивается и приводит к выпадению (кристаллизации) твердой фазы — NaCl. Температура и давление при этом процессе минерало-
33.7 м3
Фиг. 63. Зависимость растворимости углекислого газа в воде от давления
1 Имеется в виду система в замкнутом пространстве.
образования практически не меняются и, следовательно, не оказывают влияния на ход превращения системы. Это превращение вызывается исключительно изменением концентрации химических компонентов, выражающимся в данном случае в увеличении содержания в жидкой фазе NaCl за счет испаряющейся H2O.
В случае выпадения атмосферных осадков в виде дождя мы будем наблюдать обратный процесс: растворение осадившейся соли, т. е. исчезновение твердой фазы.
В точно таких же условиях в Сасык-Сивашском озере (в Крыму) из насыщенных солями растворор первоначально выпадает только NaCl. По мере сгущения морской воды наряду с хлористым натрием выделяется сернокислый магний в виде семиводной соли (эпсомита) — MgSO4 • 7H2O. Таким образом, в этот момент мы имеем систему из одной жидкой фазы (раствора) и двух твердых фаз. В дальнейшем, по мере того как в растворе увеличивается концентрация MgCl2, действую щего обезвоживающим образом на сернокислый магний, начинает выпадать из раствора вместо семиводного сернокислого магния шестиводный (гексагидрит)— MgSO4 - 6H2O. При этом выпазший ранее эпсомит во вновь создавшихся условиях становится неустойчивым и должен постепенно исчезать, превращаясь в гексагидрит. При дальнейшем сгущении рассолов вместе с продолжающими садиться хлористым натрием и гексагидритом начинает кристаллизоваться водная двойная соль хлористого магния и хлористого калия (карналлит) состава KCl - MgCl2 • 6H2O. И, наконец, при окончательном испарении раствор засыхает с выделением хлористого натрия, гексагидрита, карналлита и новой фазы — бишофита — MgCl2 • 6H2O, который при существовавших в растворе соотношениях концентраций компонентов (NaCl, KCl, MgCl2 и H2O) кристаллизуется самым последним1.
Таким образом, четырехкомпонентная, первоначально гомогенная система последовательно претерпела ряд превращений в виде серии сменивших друг друга гетерогенных систем. В конце концов мы получили систему, представленную четырьмя устойчивыми твердыми фазами и одной неустойчивой пятой фазой (эпсомитом).
Приведенные примеры показывают, что физико-химическая система может существовать лишь при определенных физико-химических условиях в строгой зависимости от факторов равновесия. В каждом отдельном примере мы видели, что превращение системы вызывалось изменением какого-либо одного фактора равновесия (при двух других постоянных). Однако в природе на превращение систем эти •факторы равновесия часто влияют совместно. При этом отдельные фазы могуі существовать лишь в определенных то широких, то узких пределах изменений температуры, давления и концентрации компонентов.
