TÍNH TAN CỦA KHOÁNG

Khi nước đi vào đất khô, ngay lập tức nó bắt đầu hydrat hoá bề mặt pha rắn có mặt. ở tầm vi mô, các phân tử nước đầu tiên chiếm các khe nhỏ hay cấu trúc khác còn dở dang trên bề mặt khoáng. Vì nó xâm nhập vào các vùng bị phá vỡ này, các phân tử nước bị hút vào các thành phần ion lộ ra của khoáng và bắt đầu hình thành các phức chất sonvat hoá với nó.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
TÍNH TAN CỦA KHOÁNG 5 TÍNH TAN CỦA KHOÁNG5.1. Phản ứng hoà tanKhi nước đi vào đất khô, ngay lập tức nó bắt đầu hydrat hoá bề mặt pha rắn có mặt. ở tầm vimô, các phân tử nước đầu tiên chiếm các khe nhỏ hay cấu trúc khác còn dở dang trên bề mặtkhoáng. Vì nó xâm nhập vào các vùng bị phá vỡ này, các phân tử nước bị hút vào các thànhphần ion lộ ra của khoáng và bắt đầu hình thành các phức chất sonvat hoá với nó. Nếu liên kếthoá học trong khoáng có rất ít tính cộng hoá trị [ví dụ NaCl (halite) hay CaSO4.H2O (thạchcao)], các ion sonvát hoá sẽ sẵn sàng rời ra từ cấu trúc khoáng và khuếch tán vào dung dịchđất. Các ion này sau đó có thể hình thành các phức chất tan với các chất tan khác, như đã môtả ở phần 4.2.Các khoáng đất như alumin silicat và các oxyt kim loại có liên kết hoá học với đặc tính cộnghoá trị vùng ngắn (xem phần 2.1). Ngoại trừ các lỗi cấu trúc bị biến dạng nhiều trên bề mặtcác khoáng này, các phân tử nước hydrat hoá có thể không sonvat và tách các ion Si, O, Alhay Fe vào pha lỏng. Các ion trao đổi trên bề mặt các khoáng này (ví dụ Na+ hay Mg2+ trênkhoáng sét hay Cl- trên hydroxyt kim loại) vẫn có thể sẵn sàng sonvát và khuếch tán đi xa,nhưng các ion nằm ở khung không thể bị đuổi ra khỏi dễ dàng như vậy. Để tách khỏi, cần phảitạo một lo lắng (perturbation) mạnh gồm các liên kết giữ chúng trong cấu trúc khoáng, và việcnày chỉ có thể hoàn thành bằng một chất phân cực mạnh như proton hay một phân tử chất tanhình thành các phức chất nội bán cầu (Phần 4.2).Sự tấn công proton bắt đầu bằng việc hút bám bởi phần tử anion của một khoáng (ví dụ OHtrong hydroxyt kim loại, CO3 trong cácbonát hay PO4 trong phosphat).Hình 5.1. Cơ chế hoà tan của gybbsite: (1)Thêm một proton vào một nhóm OH bề mặt và táchAl3+ như một phức chất solvát hoá. (2) Trao đổi phối tử OH cho F- và tách Al3+ như phứcchất AlF2+.Tiếp sau phản ứng tương đối nhanh này là quá trình phân cực chậm hơn của các liên kết kimloại-anion còn lại tại nơi hút bám proton và tiếp đó là tách phức chất anion kim loại - thêm mộtproton vào pha lỏng. Cơ chế hai bước có liên quan được làm rõ dưới dạng biểu đồ cho khoánggypsit [Al(OH)3] trong hình 5.1. Một quá trình tương tự cũng được minh họa trong sơ đồtrong hình 5.1. là sự tấn công phối tử. Trong trường hợp này, một phối tử phức chất mạnhtrong dung dịch đất (ví dụ, axit fulvic, phối tử hữu cơ hoàn toàn xác định như citrate, hay anionvô cơ như F- và PO43-) trao đổi một liên kết OH thêm một proton với Al và phức chất phối tử- kim loại cuối cùng tách ra để vào pha lỏng.Với các khoáng đất mà thành phần ion sẵn sàng sonvát và tách rời, hay với các ion trao đổi haycác khoáng liên kết cộng hoá trị, động lực của quá trình hoà tan được mô tả bằng thuật ngữ cơchế khuếch tán film được nói ở phần 3.3 và Đề tài đặc biệt 2. Như vậy phản ứng hoà tan củacác khoáng này hay thành phần tao đổi có thể gọi là sự vận tải có kiểm soát. Tuy vậy, với cáckhoáng đất như khoáng sét, oxyt kim loại ngậm nước và hầu hết các bon nát, tốc độ hoà tan làbề mặt có kiểm soát và được theo dõi để làm theo động lực bậc zero, được mô tả theo cáchtoán học ở bảng 4.2. Nếu [A] là nồng độ pha lỏng của một phần tử ion của khoáng (ví dụAl3+), thì tốc độ hoà tan bề mặt có kiểm soát có thể được biểu diễn bằng công thức: (5.1)trong đó tham số k độc lập với [A], nhưng là một hàm của nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặtcủa khoáng, [H+] và nếu thích hợp, nồng độ của phối tử phức chất mạnh dẫn tới hoà tan quacơ cấu thứ 2 trong hình 5.1. Đặc biệt sự phụ thuộc pH của k được tìm ra dẫn đến biểu thứcthực nghiệm dạng k = k[H+]n, trong đó k nằm trong khoảng 10-10 và 10-14, và n là số mũnhỏ có giá trị giữa 0 và 1. Các giá trị chính xác của k và n phụ thuộc vào bản chất của khoángvà miền pH được nghiên cứu. Ví dụ, n 1 cho fenspat trắng (NaAlSi3O8) và gybbsite ở pH <4, và n 0,5 cho dolomit [CaMg(CO3)2] tại pH < 6. Tại pH gần bằng 7 thì thấy n thường rấtnhỏ.Biểu thức về tỷ lệ trong công thức 5.1 áp dụng cho phản ứng hoà tan khoáng bề mặt có kiểmsoát sau quá trình trao đổi ion nhanh hay phản ứng sonvát xảy ra, nhưng xảy ra trước khi đạtđiểm cân bằng giữa khoáng và dung dịch đất. Mối quan tâm tương tự dành cho phản ứng hoàtan vận tải có kiểm soát bị chi phối bởi biểu thức như công thức 2.2 trong Đề tài đặc biệt 2.Khi đạt điểm cân bằng, tốc độ hoà tan trở nên bị ảnh hưởng bởi stoichiometry của phản ứnghoà tan. Phản ứng hoà tan cho các khoáng fenspat trắng, anoctit, canxit, muscovit, vecmiculitvà smectit được minh hoạ ở phần 1.5, 2.3, và 2.5 và và trong Đề tài đặc biệt 1 (một số phảnứng này liên quan đến hoà tan không tương hợp). Hai ví dụ khác là các phản ứng hoà tan củathạch cao và gipxit:CaSO4.2H2O(s) = Ca2+ (nước) + 2 H2O (l) (5.2)Al(OH)3(s) = Al3+ (nước) + 3OH- (nước) (5.3)Tiếp sau khái niệm nhiệt động hoá học được giới thiệu ở p ...