Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

СВЯЗАННАЯ ВОДА В МИНЕРАЛАХ

Т.И. Шишелова
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 нанотехнологиях 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.

Кафедра физики уделяет большое внимание повышению качества профессионального образования при изучении курса физики. Так, на строительном факультете ИрГТУ имеются специальности, непосредственно связанные с водой. Разрабатываются и внедряются в учебный процесс разделы, имеющие профессиональную направленность. Это касается лекционного курса и спецпрактикума, которые постоянно совершенствуются.

В настоящее время кафедрой разработан цикл лабораторных работ по изучению воды в минералах методом инфракрасной спектроскопии и выпущено методическое пособие «Практикум по спектроскопии. Вода в минералах». Цель данных лабораторных работ: освоение студентами современных оптических методов исследования, изучение структуры воды, её свойств, видов и разновидностей воды в минералах. Студенты узнают, что такое связанная вода, пограничная или нано-вода, чем аномальная вода отличается от обычной. Работа позволяет подробно рассмотреть методы определения воды в минералах, классифицировать ее, ознакомиться с принципами спектроскопии, а так же изучить ИК-спектры минералов, содержащих связанную воду, отнести образец к конкретным минералам (силикатным или глинистым), провести расшифровку спектра. Теоретический материал выполняемой работы позволяет оценить важность проблемы воды, как фундаментальнго компонента живой и неживой природы.

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. Пожалуй, ещё не раз эта простая, уникальная, знакомая и до конца не познанная вода удивит нас. Без воды нет жизни, поэтому надо бережно и с любовью относиться к ней, и она ответит нам тем же.


Библиографическая ссылка

Т.И. Шишелова СВЯЗАННАЯ ВОДА В МИНЕРАЛАХ // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 7. – С. 73-75;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25042 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074