Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.7. Связанная вода в минералах
Многие минералы предрасположены к воде. Всегда содержат связанную воду глины. Благодаря ей они приобретает пластичность, податливость, гибкость. Связанная вода влияет на прочность и устойчивость к деформациям минерала. Наличие связанной воды в кристаллической решетке минерала снижает его упругость, вызывает понижение его поверхностной энергии. Вода играет большую роль в формировании свойств различных горных пород и в развитии многих геологических процессов.
Рассмотрим воду в минералах, связанную воду, которая в меньшей степени подвержена нашему влиянию, но от которой зависят многие свойства минералов и изделий из них. Вода в этих минералах находится в своём первозданном виде. В общей сложности её не так и мало. Как же она влияет на минерал, видоизменяя его? Вода играет большую роль как связующее звено во всех процессах в окружающем нас мире. Это касается так же минералов. И чем глубже и тоньше мы изучаем мир, тем больше убеждаемся в исключительной роли воды, особенно на наноуровне. В нано-технологиях воде отводится исключительная роль, многие задачи нанотехнологии можно выполнить с помощью простой непознанной воды.
Вопрос об изучении связанной воды в минералах, несмотря на проведенные большие исследования, полностью не решен, и проведенные исследования в этом направлении актуальны. Это касается и слоистых силикатов, в частности, слюд. Большое внимание уделено изучению связанной воды в природных слюдах. Зная количество и вид различных группировок OnHm в слюдах, можно заранее предсказать их физико-химические свойства. Воздействуя на воду, можно видоизменять свойства минерала. Кроме того, интересен вопрос о межплоскостной воде.
Под действием поля поверхности минерала вода сильно видоизменяет свои свойства.
Большое разнообразие терминов по определению воды в минералах вносит большую путаницу, и порой сложно определить, с какой водой имеем дело. Вода в минералах бывает: конституционная, кристаллизационная, вода твердых коллоидов, межплоскостная, межслоевая, гигроскопическая, физически связанная, химически связанная, цеолитная и адсорбционная. Поэтому нужна более строгая классификация воды и более современный метод ее отнесения.
Многие методы определения воды в минералах сложны и несовершенны, так как они преимущественно основаны на потерях массы и температуры, которые могут включать все виды разновидности воды. И температура не является конечным фактором, так как интервалы температур для различных разновидностей воды могут сильно перекрываться. Наиболее надежными методами являются метод ЯМР и метод
ИК-спектроскопии, которые позволяют классифицировать ее по энергии связи с минералом.
Методом ИК-спектроскопии, рентгено-структурного анализа и термографии проведены исследования свойств связанной воды в слюдах, установлено наличие в структуре различных форм воды. Наиболее полно в ИК-спектрах изучены области валентных и деформационных колебаний OnHm-связей. Количество полос, а также соотношение между их интенсивностями зависят от степени гидратации слюд.
На основании термодинамических, квантово-химических и экспериментальных данных изучен процесс дегидроксилации в слюдах, определены кинетические характеристики процесса дегидроксилации для слюд (константа скорости, энергия активации, коэффициент диффузии воды в межслоевом пространстве при температурах 700–900 °С).
Предложена схема классификации воды по ИК-спектрам, основанная на различной энергии связи воды с минералами, и разработан метод определения воды в слюдах методом ИК-спектроскопии, который может быть использован для контроля качества слюд и силикатных материалов. Этот метод, будучи чувствительным к числу внутренних степеней свободы группировки и ее симметрии, позволяет получать разнообразную информацию о ее строении. Колебательный спектр позволяет судить о строении молекул, входящих в первую координационную сферу OnHm-групп. Таким образом, колебательная спектроскопия принципиально позволяет получать довольно обширные и разнообразные сведения как о строении самих OnHm – группировок, так и об их влиянии на те соединения, в которые они входят.
Несмотря на большое количество работ, опубликованных по этой проблеме, время показывает, что всё новые и новые свойства мы открываем у этого простого только на первый взгляд вещества. Постоянно соприкасаясь с различными веществами, вода всегда представляет раствор порой очень сложного состава, так как она является универсальным растворителем и растворяет твердые, жидкие, газообразные вещества. Также происходит и с минералами, они, в свою очередь, тоже оказывают на воду своё существенное влияние. Изменяют её структуру, превращая её из жидкой фазы в твердую, образуя сплошные структуры – конгломераты. Под действием полей кристалла она преображается и становится связанной, иначе она «подчиняется» минералам, а он остается таковым, пока она его не покидает. Но, лишившись этой свободной воды, он перестает быть таковым и превращается в другой минерал, то есть это ещё раз подтверждает что вода – это вершина бытия. Без нее в земных условиях не живет живая и неживая материя [70].