27.12.2020

Растворимость кварца


Кварц не подвергается заметному растворению в HCl, HNO3 или H2SO4, но легко растворяется в HF и теплых концентрированных растворах NН4HF. Кварц медленно растворяется при воздействии щелочных растворов в условиях комнатной температуры (легче растворяются микрокристаллические разновидности), однако он интенсивно разлагается такими щелочными растворами, как NaOH, Na2CO3, K2CO3, Na2SiO3 или Na2B4O7, в герметических сосудах при повышенных температурах и давлениях. Кварц также легко растворяется при сплавлении с бурой, NaOH или Na2CO3 и с KHSO4 при дополнительном введении фторидов.

Равновесная растворимость кварца в воде при комнатной температуре колеблется по опубликованным данным от 6 до 30 ч. на млн. и, вероятно, составляет в действительности около 7 ч. на млн. Определение растворимости в лабораторных условиях осуществляется с большим трудом, так как для достижения равновесия требуется много времени. Растворимость так называемого аморфного кремнезема в воде при комнатной температуре значительно больше, чем кварца, и при 25° колеблется в пределах 100—140 ч. на млн. Под аморфным кремнеземом в данном случае понимаются водные или безводные кремнеземистые гели, золи кремнезема, кремнеземистые стекла, опаловый кремнезем скелетов таких кремневыделяющих организмов, как диатомеи, а также — в той или иной мере — опал. Эти вещества в действительности не полностью аморфны, но обычно имеют участки локальной упорядоченности или состоят из кристаллических частиц чрезвычайно мелких размеров, которые по данным дифрактограмм обладают строением типа структура кристобалита. Такая кристобалитовая структура, вероятно, более или менее разупорядочена и может содержать в интерстициях в качестве стабилизирующего агента H2O или другие компоненты.

Растворимость аморфного кремнезема при обычных температурах практически не зависит от pH в пределах его значении от 1 до 9. Этот кремнезем в истинном растворе находится главным образом в форме кремневой кислоты или Si(OH)4, которая, вероятно, при дальнейшей гидратации переходит в истинный раствор. При значениях pH около 9 и выше растворимость кварца бистро возрастает вследствие ионизации H4SiO4. По крайней мере до 100° величина pH, при которой начинает возрастать растворимость, не зависит от температуры. Растворимость понижается в случае присутствия ионов Al3+ и, по-видимому, других ионов, которые реагируют с образованием относительно нерастворимых силикатов. Однако она не изменяется сколько-нибудь существенно в присутствии NaCl в концентрациях, соответствующих солености морской воды. При повышении температуры растворимость возрастает примерно до 400 ч. на млн. при 100° и до 800 ч. на млн. при 200° С. Скорость достижения равновесия растворимости также увеличивается при повышении температуры.

В высококремнеземистой области системы SiO2—H2O линия ликвидуса кристобалита понижается от воздействия паров воды, и при давлении пара выше приблизительно 400 кг/см2 расплавленный тридимит непосредственно переходит в водную жидкость. При давлении паров воды приблизительно выше 1400 кг/см2 тридимит не образуется в качестве стабильной фазы, и кварцевые расплавы непосредственно переходят в водную жидкость (фиг. 78).
Растворимость кварца

Растворимость кремнезема в воде в этой области, где нормально должны были бы существовать в качестве твердых фаз кристобалит или тридимит, не установлена, но предполагается, что она должна быть выше, чем растворимость кварца в области его устойчивости. Растворимость кристобалита, вероятно, близка к растворимости аморфного кремнезема. Водные растворы, насыщенные по отношению к этим модификациям, должны быть пересыщенными по отношению к кварцу. Однако в низкотемпературных лабораторных условиях из насыщенных растворов кремнезема, полученных за счет аморфного кремнезема, кварц не отлагается со сколько-нибудь заметной скоростью. В общем в процессе охлаждения из насыщенных растворов при относительно низкой температуре выпадает в осадок коллоидальный кремнезем, или гель кремнезема, который состоит из кристобалита или при старении переходит в кристаболит как в метастабильную фазу. Это аналогично кристаллизации метастабильного кристобалита вместо устойчивой фазы при охлаждении кремнеземистого стекла до температуры ниже области устойчивости кристобалита. При относительно более высоких температурах кристобалитоподобная фаза в упомянутом выше аморфном кремнеземе в присутствии воды быстро перекристаллизовывается в кварц. В присутствии раствора, насыщенного кремнеземом, и избытка твердого аморфного кремнезема при такой же температуре кристобалит должен превращаться со бременем в кварц; при этом равновесие растворимости кварца достигается дополнительной кристаллизацией непосредственно кварца. Переход метастабильного кристобалита в кварц в гидротермальных условиях при относительно высоких температурах проявляется, например, в образовании мохового агата и агатовых жеод в изверженных породах и туфах, в которых халцедоновый кварц возникает за счет первоначального геля кремнезема или опала.





Яндекс.Метрика