Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Практикум по спектроскопии. Вода в минералах: Учебное пособие
Шишелова Т. И., Созинова Т. В., Коновалова А. Н.,
3. Вода в минералах. Классификация
Относительно воды в минералах в литературе существуют самые различные термины и классификации. Остановимся вкратце на них, чтобы было ясно, относительно какой из разновидностей воды идет речь. По литературным данным [2] вода в минералах бывает: конституционная, кристаллизационная, вода твердых коллоидов, межплоскостная, межслоевая, гигроскопическая, физически связанная, химически связанная, цеолитная и адсорбционная.
Вода конституционная находится в кристаллической решетке минерала в виде ионов ОН1-, реже Н1- и оксония Н2О+; она переходит в молекулярное состояние лишь при разрушении структуры минерала. При нагревании выделение конституционной воды у каждого минерала происходит в определенном интервале температур от 300 до 1000°С [2].
Кристаллизационная вода находится в решетке в виде нейтральных молекул Н2О, занимающих определенные места. Выделение кристаллизационной воды при нагревании происходит при температуре ниже 300°С. Различаются два типа кристаллизационной воды. Типичная кристаллизационная вода выделяется в узком интервале температур с полным разрушением и перестройкой структуры минерала с изменением его физических свойств: показатель преломления, удельный вес и др. Цеолитная вода может выделяется постепенно, в большом интервале температур, и вновь поглощаться при изменении условий, без нарушения физической однородности вещественного состава, но с изменением всех его физических свойств (например, прозрачности, показателя преломления и т. д.).
Молекулы адсорбционной воды находятся на поверхности кристаллических частиц и легко удаляются при нагревании. Различают межплоскостную воду, адсорбированную на поверхности отдельных слоев в минерале, воду твердых коллоидов (затвердевших гелей) и гигроскопическую воду, механически примешанную к минералу, которая при нагревании полностью удаляется при температуре 105-110°С. Межплоскостная вода в минералах - вода, характерная для некоторых минералов слоистой структуры (например, монтмориллонита, слюд). Молекулы этой воды располагаются иногда в несколько слоев между нейтральными слоями решетки. По своему типу она приближается к кристаллизационной, а по поведению близка к цеолитной воде, но, в отличие от последней, при выделении ее объем минерала уменьшается, а удельный вес и показатель преломления увеличиваются.
Адсорбционная вода - молекулы связаны с поверхностью кристаллических частиц, образуют вокруг частиц гидратные оболочки.
Такое большое разнообразие терминов по определению воды в минералах вносит большую путаницу, и порой сложно определить, с какой водой имеем дело. Нужна более строгая классификация воды и более современный метод ее отнесения. Наиболее надежными методами являются метод ЯМР и метод ИК-спектроскопии, которые позволяют классифицировать ее по энергии связи с минералом [3-4].
Горные породы характеризуются влагоемкостью и водоотдачей. Влагоемкостью называется способность горных пород вмещать и удерживать определенное количество воды. Высокой влагоемкостью обладают глины; средней - мелкие пески; слабой - галечники. Влагоемкость, определяемая силами молекулярного притяжения на поверхности частиц пород, зависит от диаметра этих частиц. Так, например, влагоемкость частицы диаметром 1 мм равна 1,6%, а диаметром менее 0,005 мм - 45%.
Водоотдача - отношение количества воды, которое может отдать порода, к общему содержанию воды в ней. Здесь зависимость диаметрально противоположна: процент водоотдачи тем больше, чем крупнее частицы породы. Так, у галечников она максимальная, а у глин минимальная.