1. Rola wody w tworzeniu klimatu ziemskiego.

Woda:

• jest jednym z podstawowych elementów przyrody, jest ważnym czynnikiem geologicznym i klimatologicznym decydującym o życiu na Ziemi (dominujący składnik tkanek roślinnych i zwierzęcych, środowiskiem bytowania licznych gatunków, środowiskiem zachodzenia różnych przemian chemicznych)

• jest nośnikiem ciepła w przyrodzie

• powoduje wietrzenie i korozję skał (rozpuszcza ona duże ilości związków chemicznych, zwłaszcza soli z górnych warstw skorupy ziemskiej, przenosząc je z jednego miejsca na drugie ułatwiając przebieg różnych reakcji chemicznych i procesów fizjologicznych

• spełnia ważną rolę w tworzeniu klimatu w różnych częściach świata, przez mieszanie i wymianę, duże ciepło właściwe sprawia, że zbiorniki wodne nagrzewają się bardzo powoli latem, a zimą powoli to ciepło tracą, przez co zmniejszają się różnice temperatur pomiędzy porami roku (łagodniejszy klimat),

• ma bardzo duże ciepło właściwe (ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1kg substancji o jeden stopień), dlatego nawet podczas długotrwałego upału woda w jeziorze lub morzu ma dużo niższą temperaturę niż otoczenie. Ma to duże znaczenie dla klimatu. Klimat morski jest łagodny (ciepłe zimy i chłodne lata), bowiem zimą woda "oddaje" ciepło, a latem ciepło "pobiera".
  Dużą wartość ma również ciepło topnienia wody (ciepło potrzebne do stopienia 1kg wody w temperaturze topnienia). Dzięki temu wiosną śnieg topi się powoli, pomimo, że temperatura powietrza dochodzi do kilkunastu stopni Celsjusza, co zapobiega powodziom. Późną jesienią natomiast zjawisko zamarzania wody w zbiornikach wody zachodzi powoli, stopniowo. Z tego powodu lód używa się do chłodzenia żywności np. szampan obłożony kostkami lodu. Dawniej w ten sposób przechowywano żywność.
  Bardzo dużą wartość ma także ciepło parowani wody (ilość ciepła potrzebna do wyparowania 1kg wody). Proces parowania zachodzi powoli, mogą więc istnieć odkryte zbiorniki wodne oraz mała jest częstotliwość opadów atmosferycznych.

• inną formą mieszania się i wymiany to Monsuny: w monsunie letnim wiatr wieje z morza w stronę lądu, w monsunie zimowym - odwrotnie. Latem ląd nagrzewa się szybciej niż woda, co powoduje unoszenie się nagrzanego powietrza, a tym samym spadek ciśnienia. W związku z różnicą ciśnień między wodą a lądem pojawiają się gwałtowne wiatry wiejące znad morza w głąb lądu. Zimą niże tworzą się nad cieplejszymi wodami, co powoduje wianie monsunów od lądu w stronę morza (wiatry wieją z obszarów o wyższym ciśnieniu do obszarów o niższym ciśnieniu). Monsun letni, występujący u wybrzeży Azji, niesie w głąb kontynentu wilgotne powietrze i powoduje obfite opady (pora deszczowa), warunkujące urodzaj na ogromnych obszarach (Indie, Chiny). Bardzo duże opady monsunowe powodują często katastrofalne powodzie, a brak opadów równie katastrofalne susze.

• Woda jest powszechnym rozpuszczalnikiem związków ustrojowych i niezbędnym uzupełnieniem pokarmu wszystkich znanych dotąd organizmów. Uczestniczy w przebiegu większości reakcji metabolicznych, stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego: np. produktów przemiany materii, substancji odżywczych, hormonów, enzymów. Reguluje temperaturę . Stanowi płynne środowisko niezbędne do usuwania końcowych produktów przemiany materii. Woda stanowi średnio 70% masy dorosłego człowieka, w przypadku noworodka ok. 15% więcej, 60-70% limfy, 95% osocza krwi, 90% liści, owoców, 20% kości, 10% szkliwa zębów, tkanki tłuszczowej.

2. Ziemski cykl hydrologiczny

Cykl hydrologiczny - naturalny obieg wody na Ziemi. Obejmuje on procesy zachodzące zarówno w atmosferze takie jak: parowanie, kondensacja, opady, transport wilgoci; biosferze: pobieranie wody i jej oddawanie w procesie oddychania czyli transpiracji, jak i w litosferze: wsiąkanie, spływ podziemny i powierzchniowy. W cyklu hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały.

Tylko część wody na kuli ziemskiej podlega cyklowi hydrologicznemu. Znaczne jej ilości są okresowo (w skali procesów geologicznych) wyłączone z obiegu (retencja). Do wody wyłączonej z obiegu zalicza się:

lodowce i pokrywy śnieżno-lodowe - zwłaszcza na biegunach

wodę głębinową w jeziorach, morzach i oceanach

głębinowe wody podziemne

Obieg wody nie ma punktu początkowego, ale możemy prześledzić cały cykl poczynając od oceanu. Siłą napędową procesu obiegu wody jest Słońce. Podgrzewa ono wodę w oceanie, ta zaczyna parować i w postaci pary unosi się nad oceanem. Wznoszące prądy powietrzne przenoszą parę wyżej, do atmosfery, gdzie niska temperatura wywołuje proces kondensacji, powstają chmury. Poziome prądy powietrzne, z kolei, przenoszą chmury wokół globu ziemskiego. Drobne cząsteczki wody w chmurach zderzają się ze sobą, powiększają swoją masę i w końcu, w postaci opadu spadają na ziemię. Opadem może być śnieg, który gromadząc się na powierzchni Ziemi z czasem przekształca się w pokrywę lodową i lodowce. Te ostatnie mogą zatrzymać zamrożoną wodę na tysiące lat. W cieplejszym klimacie pokrywa śnieżna zwykle wiosną roztapia się. Część wód opadowych i roztopowych spływa po powierzchni ziemi, tworząc odpływ powierzchniowy. Dociera do rzek i jako przepływ rzeczny podąża w stronę oceanu. Woda spływająca po powierzchni lub przesiąkająca w głąb zasila jeziora słodkiej wody. Znaczna część wody przesiąka, infiltruje do gruntu. Woda utrzymująca się stosunkowo blisko jego powierzchni tworzy odpływ gruntowy, zasilający wody powierzchniowe (i ocean). Część wód gruntowych znajduje ujście na powierzchni Ziemi, gdzie pojawia się w postaci źródeł słodkiej wody. Płytkie wody gruntowe wykorzystywane są przez system korzeniowy roślin. W roślinach woda transpirowana jest przez powierzchnię liści i z powrotem przedostaje się do atmosfery. Część wody infiltrującej do gruntu przesiąka głębiej, zasilając warstwy wodonośne (nasycone wodą warstwy gruntu), które magazynują ogromną ilość słodkiej wody przez długi czas.

3. Zasoby wodne Polski

Polska jest krajem w którym zasoby wodne są mniejsze niż w innych państwach europejskich.
Zasoby wodne wynikają z tak zwanego bilansu wodnego na który składają się przychody i rozchody wody. Na przychód wpływają opady atmosferyczne i dopływy wód z zagranicy oraz wody zgromadzone w rzekach i jeziorach . Na rozchód wody składają się parowanie, zużycie wody na potrzeby przemysłowe , komunalne oraz odpływ powierzchniowy i podziemny .
Obszary w Polsce o nadmiarze wód: Karpaty, Sudety, Żuławy, poje. Mazurskie. Obszary o deficycie wody: Kujawy, górny Śląsk, okolice Łodzi.

Zasoby polskich wód podziemnych i powierzchniowych: 60 km³. Na Polskę spada przeciętnie 186 km³ wody, z czego 133 km³ paruje bezpośrednio, a pozostała ilość spływa rzekami lub wsiąka do gruntu tworząc zasoby wód podziemnych.

4. Budowa cząsteczki wody, moment dipolowy, wiązania wodorowe.

W cząsteczce wody następuje przesunięcie elektronów w stronę atomu tlenu. Powoduje to, że atom tlenu ma pewien ładunek ujemny, a atomy wodoru odpowiadający mu ładunek dodatni. Ujemny ładunek atomu tlenu przyciąga dodatnio naładowane atomy wodoru sąsiedniej cząsteczki i pomiędzy nimi powstaje tak zwane wiązanie wodorowe. Mówimy, że cząstka wody jest polarna, czyli tworzy dipol. Łącząc się ze sobą, w wyniku asocjacji, dipole tworzą dihydrydy, trihydrydy, a w konsekwencji ogromne aglomeraty. Jednoimienne ładunki powodują, że wodory odpychają się i kąt między nimi wynosi 105. Wiązania pomiędzy atomami wodoru i tlenu są wiązaniami kowalencyjnymi. Do ich przerwania potrzeba stosunkowo dużo energii. Właściwość ta, przejawia się w stosunkowo wysokiej temperaturze wrzenia i topnienia.

Moment dipolowy występuje w cząsteczkach w przypadku nierównomiernego rozmieszczenia ładunku dodatniego i ujemnego w cząsteczkach. Są to tzw. cząsteczki polarne czyli biegunowe. Wielkość momentu dipolowego określa iloczyn ładunku i odległości między biegunami w cząsteczce dwubiegunowej:

m=e*l

gdzie: m - moment dipolowy
e - wielkość ładunku
l - odległość między biegunami dipolu

Ponieważ ładunek elektronu jest rzędu 10^-10 jednostek elektrostatycznych, a wymiar cząsteczki rzędu 10^-8 um momenty dipolowe wynoszą:

10^-10 j.ES*10^-8 um =10^-18 j.ES um

Moment dipolowy wyraża się w tzw. debajach. Najprostsza jest sytuacja w przypadku cząsteczek dwuatomowych, gdyż moment dipolowy ich wiązań jest jednocześnie momentem dipolowym cząsteczki.

Cząsteczka zbudowana z atomów różnych pierwiastków nie zawsze musi być cząsteczką dwubiegunową, czyli dipolem. Np.: cząsteczki metanu (CH4) lub czterochlorku węgla (CCl4), mimo iż wiązania atomowe są spolaryzowane, nie wykazują momentu dipolowego ze względu na swą budowę symetryczną, gdyż momenty dipolowe między atomami węgla i atomami wodoru lub chloru jako przeciwne znoszą się.

Wartość momentu dipolowego cząsteczek stanowi ważną informację o ich strukturze np.: moment dipolowy wody stanowi jeden z dowodów jej kątowej struktury, natomiast zerowy moment CO₂ świadczy, że cząsteczka ma budowę liniową.

Wiązanie wodorowe - rodzaj stosunkowo słabego wiązania chemicznego polegającego głównie na przyciąganiu elektrostatycznym między atomem wodoru i atomem elektroujemnym zawierającym wolne pary elektronowe. Klasyczne wiązanie wodorowe powstaje, gdy atom wodoru jest połączony wiązaniem kowalencyjnym z innym atomem o dużej elektroujemności (np. tlenem) i w ten sposób uzyskuje nadmiar ładunku dodatniego. W wyniku tego oddziaływania pierwotne, kowalencyjne wiązanie wodór - inny atom ulega częściowemu osłabieniu, powstaje zaś nowe, stosunkowo słabe wiązanie między wodorem i innym atomem (akceptorem wiązania wodorowego). Nie można wytłumaczyć natury tego wiązania wyłącznie za pomocą elektrostatyki, ponieważ oprócz przyciągania elektrostatycznego, zachodzi przeniesienie ładunku z akceptora na atom wodoru i związane z nim atomy, a także polaryzacja chmury elektronowej zarówno akceptora, jak i donora wiązania wodorowego.

5. Stany skupienia wody, struktura wody ciekłej, pary, lodu.

W przyrodzie woda występuje w trzech stanach skupienia : gazowym ( para wodna ), ciekłym i stałym ( lód ).

Ciekła woda zachowuje częściowo strukturę krystaliczną lodu. Cząsteczki nieustannie łączą się ze sobą dzięki przyciąganiu dipoli (asocjacja) w pseudokryształy, które równie szybko (10^-10 - 10^-11s) powstają i ulegają rozpadowi.
W wodzie rozpuszcza się, chociaż w niejednakowym stopniu, wiele substancji, tworząc różnego rodzaju roztwory. Powstała w wyniku tego mieszanina składa się z dwóch faz :
rozproszonej, którą jest substancja rozpuszczona, i rozpraszającej, którą stanowi przeważająca ilościowo woda.

Podczas ogrzewania cieczy, obserwujemy zjawisko przechodzenia cieczy w stan pary, nazywane parowaniem. Zjawisko to, zachodzące w każdej temperaturze, odbywa się z powierzchni cieczy. Spośród cząsteczek znajdujących się w warstwie powierzchniowej odrywają się te, których energia kinetyczna jest dostatecznie duża, aby pokonać siły spójności; cząsteczki te przechodzą w stan gazowy.
Faza stała wody czyli lód, dzięki tworzeniu się wiązań wodorowych uzyskuje specyficzną, luźną strukturę sieci krystalicznej. W lodzie każdy atom tlenu tworzy jakby cztery wiązania z atomami wodoru, przy czym dwa atomy wodoru są własne, a dwa pożyczone z innych cząstek. Cztery wiązania wodorowe ułożone są w przestrzeni tak, jakby atom tlenu znajdował się w środku czworościanu foremnego, a atomy wodoru w jego narożach. Dzieje się tak, gdyż pożyczone atomy wodoru starają się ustawić jak najbliżej atomu tlenu, przez
który są przyciągane, a jednocześnie jak najdalej od innych atomów wodoru, przez które są odpychane. Konsekwencją takiego łączenia się cząsteczek wody jest powstanie sieci krystalicznej o luźnej strukturze przypominające połączone tunele puste w środku. Najmniejszy fragment sieci krystaliczne, który się powtarza nazywany jest komórką elementarną. Wyróżnia się siedem podstawowych układów krystalograficznych. Lód zaliczamy do układu heksagonalnego, w którym atomy tlenu znajdują się w rogach graniastosłupa o podstawie sześciokąta, a w środku nie ma żadnego atomu. Stąd kryształy lodu mają sześciokrotną oś symetrii. Gdy krzepnie woda to powstaje jednolita struktura krystaliczna lodu. Gdy w chmurach śniegowych następuje resublimacja pary wodnej, to kryształy mają dużo możliwości wzrostu i tworzą się najprzeróżniejsze kształty, ale zawsze o sześciokrotnej symetrii.
Te dziury w środku tuneli powodują, że gęstość lodu jest mniejsza od gęstości wody i lód pływa po wodzie. Jest to odmienne zachowanie od większości substancji. Prawie wszystkie ciecze, krzepnąc, zmniejszają swoją objętość, więc powstające z nich ciała stałe mają większą gęstość i wtedy toną. W czasie ogrzewania lodu do temperatur bliskich temperaturze topnienia zwiększone (na skutek dostarczania ciepła) drgania cząsteczek powodują zerwanie coraz większej liczby wiązań wodorowych. W temperaturze 0°C liczba zerwanych wiązań jest tak duża, że lód zamienia się w wodę. Uwolnione cząsteczki wody zapełniają dziury, wskutek czego objętość maleje, a gęstość wody rośnie. Jednak w 0°C nie zostają zerwane wszystkie wiązania wodorowe. W bardzo zimnej wodzie pozostają resztki "tuneli" rozpadających się w miarę wzrostu temperatury. Powoduje to, że gęstość wody początkowo w czasie ogrzewania wzrasta i w temperaturze 4°C osiąga największą wartość, bowiem wtedy całkowicie rozpadają się wiązania wodorowe. Od tego momentu woda zachowuje się już jak normalne ciecze i zwiększa swoją objętość wraz ze wzrostem temperatury. Woda o największej gęstości opada na dno i dzięki temu głębokie zbiorniki wody mają temperaturą zbliżoną do +4°C. Latem na dole zbiornika panuje najniższa temperatura, natomiast zimą na dnie woda ma zawsze temperaturę +4°C, co pozwala rybom przeżyć zimę.

6. Wykres fazowy wody, zjawiska związane z przejściami fazowymi.

Obszar leżący na lewo od tej krzywej odpowiada fazie stałej; współrzędne punktów leżących na tym obszarze podają temperaturę i ciśnienie, w których trwale istniejącą fazą jest jedynie faza stała, tj. lód.
Krzywa OD, zwana krzywą sublimacji, oddziela pole fazy stałej (pole lodu) od pola gazu (pary nienasyconej).
Krzywa OB, zwana krzywą parowania, określa równowagę między cieczą a gazem.
Wszystkie trzy krzywe równowag fazowych; krzywa parowania OB, krzywa krzepnięcia OC i krzywa sublimacji OD, przecinają się w jednym punkcie O zwanym punktem potrójnym. Współrzędne punktu potrójnego określają ciśnienie i temperaturę , w których jedynie możliwe jest istnienie wszystkich trzech faz w równowadze trwałej, tj. fazy stałej, ciekłej i pary nasyconej.

Każda substancja ma swój odrębny wykres fazowy, który można uzyskać na podstawie pomiarów wykonanych w różnych temperaturach i pod różnymi ciśnieniami.

Do charakterystyki układów wielofazowych można zastosować tzw. regułę faz Gibbsa.
Mówi ona, że w danym układzie liczba stopni swobody n jest równa liczbie składników niezależnych s, pomniejszonej o liczbę faz plus dwa.

n = s - f + 2

7. Właściwości fizyczne wody: stała dielektryczna, gęstość, ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, napięcie powierzchniowe, konduktywność, absorpcja promieniowania świetlnego.

• Ciepło właściwe

ciepło właściwe: 4187 J/(kg*K) = 1 kcal

Jest to ilość ciepła jaką należy dostarczyć aby podwyższyć temperaturę 1g substancji o 1C. Woda, obok ciekłego litu i wodoru ma najwyższą wartość ciepła właściwego. Mówiąc prościej, oznacza to, że jest stosunkowo złym przewodnikiem ciepła. Wolno ogrzewa się i wolno ochładza. Często, gdy kąpiemy się letnimi wieczorami, powietrze jest już chłodne, a woda w jeziorze wydaje się być cieplejsza niż w czasie słonecznego dnia. Wtedy właśnie rozpoczyna się proces oddawania ciepła przez jezioro i ogrzewania powietrza.
Właściwość ta, jest niezwykle istotna dla nas i dla naszego klimatu. W regionach gdzie jest dużo jezior mają one ogromy wpływ na temperaturę powietrza. Podobnie zachowują się morza i oceany. Ogrzewają lub ochładzają prądy powietrza, które kształtują klimat nad całymi kontynentami.

• Napięcie powierzchniowe
  Cząsteczka cieczy, znajduje się pod nieustannym wpływem, innych otaczających ją cząsteczek. Każda ilość (objętość) wody dąży do przyjęcia kształtu kuli. Istnieje dążność do ściągania cząsteczek z powierzchni do środka. Najlepszym przykładem tego jest spadająca kropla, która ma kształt kulisty.
  Na powierzchni zbiornika wodnego tworzy się swoistego rodzaju "błonka", po której mogą ślizgać się owady (np. nartniki), czy utrzymywać na niej drobne rośliny.
  Tą właściwość wody wykorzystują również organizmy żyjące pod wodą. Chrząszcze wodne oddychające powietrzem atmosferycznym podpływają pod powierzchnię i dzięki napięciu powierzchniowemu przyczepiają się odwłokiem do "błonki". W tej pozycji odpoczywają i czerpią powietrze, które magazynują pod twardymi pokrywami skrzydeł.
  Innym przykładem, doskonale obrazującym tą cechę wody są larwy komarów, które całe życie spędzają zawieszone głową do dołu, tuż pod powierzchnią. Umożliwia im to swobodne oddychanie, a w momencie przeobrażenia w stadium dorosłego owada (imago), start z tafli zbiornika. Poza komarami, zjawisko napięcia powierzchniowego ma ogromne znaczenie w cyklu rozwojowym jętek. Samice tych owadów składają jaja bezpośrednio do wody, poczym "odbijają" się od powierzchni i lecą w inne miejsce.
  Jak zatem widać życie wielu organizmów zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych byłoby niemożliwe, gdyby nie ta właściwość wody.

• konduktywność, σ, lub rezystywność, ρ (dla dobrej jakości wody destylowanej lub demineralizowanej ρ > 18 MΩm)

8. Gęstość wody i zjawiska z nią związane.

Gęstość w temperaturze 3,98°C: 1 kg/l (gęstość maksymalna)

Objętość, a temperatura
Wraz ze spadkiem temperatury gęstość większości substancji rośnie, a ich objętość maleje. W przypadku wody występuje pewna anomalia. Największą gęstość, 1g/dm³ woda osiąga w temperaturze 3,98C, a nie jak można przypuszczać w najniższej temperaturze, to jest na granicy woda - lód. 0C to temperatura, w której gęstość skokowo maleje z 0,999g/dm³ do 0,916g/dm³ (gęstość lodu). Gęstość lodu woda osiąga ponownie w temperaturze 30C.
Zmiana temperatury o 1C wniskich zakresach temperatur (4 - 8C) powoduje małe zmiany gęstości, natomiast w wyższych (od około 12C) znaczne.
Cecha ta jest niezwykle ważna dla zbiornika wodnego. Ma to wpływ na stabilność mas wodnych. Wody o temperaturze 4 - 10C mogą być łatwo przemieszane prze wiatr, gdyż różnice gęstości między nimi są niewielkie. Powyżej 20C układ jest już bardzo stabilny. Ta właściwość wody, umożliwia również przeżycie wielu organizmom podczas mro·nych zimowych dni. Gęsta, a zatem "ciężka" woda, która ma temperaturę zbliżoną do 4C zalega przy dnie. Chłodniejsze i lżejsze wody utrzymują się przy powierzchni. Gdy temperatura powietrza spadnie poniżej 0C woda zamarza. Heksagonalna struktura lodu powoduje, że ma on mniejszą gęstość od wody, a co za tym idzie utrzymuje się na jej powierzchni, nie powodując ochładzania głębszych partii jeziora. Tworzy się wówczas tak zwane uwarstwienie - stratyfikacja (to zjawisko opisane zostanie dokładniej w dalszych częściach artykułu). Podobnie rzecz ma się latem, kiedy powierzchniowe warstwy wody ogrzewane są promieniami słonecznymi. Ich temperatura jest znacznie większa od 4C, a ich gęstość jest mniejsza od warstw przydennych.

Patrz wyżej.

9. Właściwości chemiczne wody: dysocjacja, iloczyn jonowy, odczyn, izotopia, buforowość.

• autodysocjacja wody (zob. autodysocjacja) lub autoprotoliza wody to samorzutna dysocjacja elektrolityczna cząsteczek H₂O zachodząca w wodzie ciekłej, rodzaj dysocjacji elektrolitycznej, w której czysty (ciekły) związek chemiczny w postaci cząsteczkowej rozpada się na jony pod wpływem innych cząsteczek tego samego związku, pełniąc przy tym rolę zarówno kwasu jak zasady. Autodysocjacja tego typu jest możliwa, gdyż cząsteczki wody mają budowę polarną. Polarność wody czyni ją dobrym rozpuszczalnikiem substancji polarnych (np. słabe elektrolity) oraz jonowych (sole) dzięki hydratacji powstałych jonów.

Stała równowagi autodysocjacji wody:

W przypadku rozcieńczonych roztworów wodnych można uwzględnić praktyczną stałość stężenia wody, wykorzystuje się wówczas tzw. iloczyn jonowy wody:

K_w = [H₃O ⁺ ][OH ⁻ ]

Wartość iloczynu jonowego wody w temperaturze pokojowej wynosi ok 10^-14. Podobnie jak dla innych bardzo małych stałych o charakterze stałych równowagi, jak iloczyn rozpuszczalności czy stała dysocjacji lub przy określaniu stężenia jonów hydroniowych oraz wodorotlenowych, wartość iloczynu jonowego podaje się jako -log₁₀K_w (p jest operatorem oznaczającym obliczenie -log₁₀}:

pK_w = − log₁₀K_w

Wartość pK_w ≈ 14 (w temperaturze pokojowej).

Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznych woda jest ciekła w zakresie 0 - 100°C (273 - 373 K). Wraz ze wzrostem temperatury dysocjacja staje się łatwiejsza (reakcja endotermiczna) i iloczyn jonowy K_w rośnie, a pK_w spada. Wartość pK_w zmienia się od ok. 14,95 w temperaturze 0°C przez 14,0 (25°C) i 13,0 (60°C) do 11,25 w temperaturze 100°C.

Wartość pK_w ma kluczowe znaczenie dla definicji skali pH. Między pH i pK_w występuje zależność:

pH + pOH = pK_w

W czystym rozpuszczalniku stężenia obu form jonowych muszą być sobie równe, skąd otrzymamy w stanie równowagi:

oraz (po zlogarytmowaniu obu stron):

Wartość pH = pOH w czystej wodzie, tzw. pH neutralne, wynosi 7 i określa umowny środek skali pH.

• Iloczyn jonowy wody

Szczególnie duże, praktyczne znaczenie ma iloczyn jonowy wody:

Tak zdefiniowany iloczyn jonowy jest stały tylko w przybliżeniu, podobnie jak każda stała równowagi reakcji. Po uwzględnieniu współczynników aktywności zależnych m.in. od siły jonowej roztworu i zastąpieniu stężeń [X] aktywnościami a_x jonów otrzymamy stałą o charakterze termodynamicznym:

- iloczyn jonowy wody (termodynamiczny):

Iloczyn jonowy wody jest uproszczonym wyrażeniem opisującym równowagę dynamiczną określoną przez prawo działania mas Guldberga i Waagego, w którym formalnie rzecz biorąc należałoby jeszcze uwzględnić aktywność cząsteczek niezdysocjowanych. W przypadku bardzo słabych elektrolitów takich jak woda, ze względu na słabą dysocjację stężenie cząsteczek niezdysocjowanych pozostaje praktycznie stałe i dlatego można je pominąć. Dla wody w 20°C stężenie jonów hydroniowych i wodorotlenowych jest rzędu 10^-7 mol/dm³, co odpowiada stopniowi dysocjacji ok. 2·10^-7% zdysocjowanych cząsteczek wody - autodysocjacja wody nie ma zatem praktycznie żadnego wpływu na stężenie molowe niezdysocjowanej wody w wodzie destylowanej, które wynosi ok. 55 mol/dm³

Obecność kwasów i zasad zmniejsza stopień dysocjacji wody - chociaż stężenie jednego z jonów będącego wynikiem jonizacji rośnie (np. pojawiają się protony pochodzące z dysocjacji cząsteczek kwasu), stężenie drugiego z jonów (tylko ten jon pochodzi wówczas w całości z dysocjacji cząsteczek wody) zmniejsza się zgodnie z w/w równaniem (zob. reguła przekory).

Wielkością o podobnym formalnie charakterze do iloczynu jonowego jest iloczyn rozpuszczalności jednak w tym przypadku to aktywność ciała stałego (kryształy soli) nie zmienia się niezależnie od jego ilości w roztworze - po tzw. "przekroczeniu iloczynu rozpuszczalności" - jeżeli tylko dana sól jest obecna w roztworze w postaci stałej).

• Odczyn wody

Odczyn wody to cecha roztworu elektrolitu określana przez wartość stężenia jonów wodorowych; jeżeli przeważają odszczepione w procesie dysocjacji elektrolitycznej wolne jony wodorowe (H+), mówimy o odczynie kwaśnym, jeżeli wodorotlenowe (OH-) - o odczynie zasadowym, jeśli jony te znajdują się w równowadze - o obojętnym. Woda, której odczyn jest obojętny, zawiera 0,000 0001 g H+ na 1 dm3, czyli 10 do potęgi -7 g/dm3, przy większej ilości jonów H+ wykazywać będzie reakcję kwaśną, przy mniejszej zasadową.
W praktyce dla określenia danego odczynu podajemy wykładniki odnośnych potęg, odrzucając znak ujemny; wykładniki te oznaczamy symbolem pH, np.:
pH = 7 reakcja obojętna
pH < 7 reakcja kwaśna
pH > 7 reakcja zasadowa (alkaliczna)
Większość wód naturalnych ma odczyn w granicach pH 3 - 10. Wody torfowisk wysokich i przejściowych mają wody kwaśne o wartościach pH poniżej 4. Wody torfowisk niskich od 4,5 do 6,5. W potokach zaś i podłożu wapiennym odczyn wody jest silnie zasadowy (8,5). Ogromny wpływ na odczyn wody wywierają rozpuszczone w niej związki chemiczne (głównie węglan wapnia CaCO3) oraz działalność organizmów. Wahania odczynu wody mogą dochodzić do 2 - 3 stopni w ciągu doby. Na ogół najmniejsze wahania występują w dużych zbiornikach, a największe w małych.

• Izotopia

Str 93

• Buforowość

10. Procesy wzbogacania wód w składniki mineralne: skład chemiczny i struktura minerałów, skład fizyczno-chemiczny gleby, procesy wietrzenia.

Minerał to substancja chemiczna powstała w przyrodzie, o określonym składzie i określonych właściwościach fizycznych i chemicznych. Z minerałów jest zbudowana skorupa ziemska, także Księżyc i meteoryty. Jako minerały syntetyczne określa się uzyskiwane w toku procesów technologicznych substancje krystaliczne, których skład i struktura odpowiadają minerałom właściwym (naturalnym): diamenty syntetyczne, korund syntetyczny  i inne. Minerały odróżnia od substancji mineralnych (np. mineraloidów) struktura krystaliczna, a od mieszanin mineralnych (np. skał, złożonych zwykle z różnych minerałów) — jednorodność chemiczna i fizyczna.

Cechami charakterystycznymi minerałów są głównie: przynależność do określonej klasy krystalograficznej (kryształ), skład chemiczny, właściwości mechaniczne — twardość (określana w skali Mohsa), łupliwość, przełam (np. muszlowy, haczykowaty), właściwości optyczne: barwa, rysa (tj. barwa minerałów w stanie sproszkowanym), połysk (np. tłusty, metaliczny), współczynniki załamania światła (dwójłomność), pleochroizm a, także inne cechy fizyczne (np. właściwości magnetyczne, gęstość). Ze względu na właściwości barwne rozróżnia się minerały idiochromatyczne (barwne), odznaczające się charakterystyczną, własną barwą uwarunkowaną składem chemicznym i strukturą krystaliczną (np. czerwony cynober, niebieski azuryt), oraz minerały allochromatyczne (zabarwione), w stanie czystym bezbarwne, często zabarwione przez domieszki (np. odmiany kwarcu: ametyst, cytryn), lecz zachowujące białą rysę. Ze względu na częste wzajemne podstawienia jonów różnych pierwiastków chemicznych w strukturze krystalicznej minerałów (diadochia), część z nich (np. plagioklazy, oliwiny) tworzy szeregi izomorficzne, tj. roztwory stałe o zmiennej zawartości głównych składników, lecz o tej samej postaci krystalograficznej oraz o określonych właściwościach optycznych i fizycznych. Niektóre substancje chemiczne występują jako minerały o różnych postaciach krystalograficznych (polimorfizm), tworząc odmiany polimorficzne: np. węglan wapnia ma 2 odmiany polimorficzne — trygonalną (kalcyt) i rombową (aragonit). Forma kryształu minerału może być zachowana mimo jego zastąpienia przez inny minerał (pseudomorfoza) lub przez inną odmianę polimorficzną tej samej substancji (paramorfoza).

Minerały występują w postaci prawidłowo uformowanych dużych kryształów i ich skupień (np. szczotek krystalicznych), częściej tworzą nagromadzenia drobnych kryształów zwanych agregatami krystalicznymi, ziarna o kształtach nieregularnych (np. uzależnionych od kształtu pustki skalnej, w której krystalizowały), skupienia drobnokrystaliczne lub skrytokrystaliczne (ziemiste, zbite i inne) o różnych kształtach (np. nacieki, buły). Powstają w wyniku wielu procesów geologicznych: krystalizacji magmy, metamorfizmu, procesów hydrotermalnych, ekshalacji wulkanu, wietrzenia, diagenezy, wytrącania się substancji chemicznych z wód powierzchniowych, działalności organizmów, w określonych warunkach fizykochemicznych tworzą się zwykle charakterystyczne zespoły mineralne zwane paragenezami.

Zespołami minerałów występującymi w skorupie ziemskiej w dużych masach są skały. Wśród minerałów tworzących skałę rozróżnia się minerały główne (składniki gł.), tj. będące podstawowymi składnikami skały i decydujące o jej przynależności systematycznej, minerały poboczne (występujące pospolicie, lecz w niewielkich ilościach, i nie mające wpływu na przynależność systematyczną skały) i minerały akcesoryczne (które występują w zmiennej ilości w danym typie skały, a ich obfitość może być podstawą wydzielenia pewnych jej odmian). Minerały będące głównymi składnikami skał są nazywane minerałami skałotwórczymi: należą do nich głównie krzemiany i glinokrzemiany (skalenie, amfibole, pirokseny, łyszczyki, oliwiny, skaleniowce), kwarc, kalcyt, dolomit. Ważną grupą minerałów skałotwórczych są minerały ilaste, tj. minerały z grupy glinokrzemianów uwodnionych o strukturze warstwowej, tworzące skupienia złożone z drobnych, nierozpoznawalnych gołym okiem łusek; łatwo chłoną wodę, co powoduje ich pęcznienie i uplastycznienie, są głównymi składnikami skał ilastych i gleb (np. kaolinit, montmorillonity). Głównymi składnikami większości rud są minerały kruszcowe (kruszce), tj. minerały będące związkami (siarczkami, arsenkami, siarkosolami, tlenkami i in.) metali ciężkich (także antymonu, arsenu). Dla minerałów kruszcowych typowe są: duże współczynniki załamania światła, nieprzezroczystość, połysk metaliczny lub półmetaliczny (np. galena, chalkopiryt, hematyt). Wyróżnia się także minerały ciężkie (np. magnetyt, kasyteryt, ilmenit, turmalin), dające się dzięki znacznej gęstości (powyżej 3 g/cm³) łatwo oddzielać (szlichowa próba) od pospolitych minerałów skałotwórczych. Znaczna część minerałów jest wykorzystywana w gospodarce (kopaliny), głównie w przemyśle, także w rzemiośle artystycznym (kamienie szlachetne), ich nagromadzenia (złoże) są od starożytności eksploatowane metodami górniczymi.

Minerały to substancje chemiczne powstające w przyrodzie, o określonym składzie i określonych właściwościach fizycznych i chemicznych oraz o strukturze krystalicznej. Z minerałów zbudowana jest skorupa ziemska, księżyc i meteoryty. Minerały mogą mieć postać prawidłowych kryształów, częściej rozmaitych skupień krystalicznych. Ze względu na genezę wyróżnia się minerały pierwotne i wtórne. Minerały pierwotne wydzielają się bezpośrednio z danego środowiska: mogą krystalizować z magmy (minerały magmowe), z przegrzanych par i gorących roztworów wydzielających się z magmy (minerały pneumatolityczne i hydrotermalne), z par i gazów wulkanicznych (minerały wulkaniczno-ekshalacycne), z wód źródlanych, jeziornych lub morskich (minerały osadowe). Minerały wtórne powstają z minerałów pierwotnych wskutek fizycznych i chemicznych przeobrażeń minerałów pierwotnych w wyniku procesów > wietrzenia > diagenezy > i metamoefizmu. Minerały zwykle występują w przyrodzie w naturalnych zespołach powstających w określonych środowiskach fizykochemicznych. Zespoły minerałów występujące w skorupie ziemskiej w wielkich masach noszą nazwę skał.

Glebą nazywamy warstwę powierzchniową, pokrywającą skorupę ziemską. Powstała ona w wyniku długotrwałych procesów, które przebiegały na powierzchni Ziemi. O długości tego procesu świadczy fakt, iż warstwa ziemi o grubości  2-3cm kształtuje się od 200 do 1000 lat. Proces ten polega na oddziaływaniu czynników klimatycznych, które powodują wietrzenie skał, jak i na oddziaływaniu organizmów. Rozdrobniona skała zatrzymuje cząstki wody i powietrze. Z czasem pojawiają się rośliny utrwalające glebę.  Bardzo ważną funkcję pełnią drobnoustroje, których zadaniem jest rozkładanie szczątków roślinnych i zwierzęcych, wzbogacając w ten sposób glebę w próchnicę i minerały. Gleba ma następujący skład:

-          materia organiczna (5%);

-          minerały (45%);

-          woda (25%);

-          powietrze (25%).

Utrzymanie wysokiej jakości gleby zapewniają organizmy glebowe. W związku z tym można potraktować glebę jako żywą warstwę skorupy ziemskiej. Jak wiadomo wszystko co żywe podlega ciągłym zmianom, będących wynikiem oddziaływania czynników naturalnych, a także wpływem działalności samego człowieka.

Składniki chemiczne

Wyróżniamy następujące pierwiastki: węgiel C, glin Al., wapń Ca, żelazo Fe, chlor Cl, wodór H, potas K, magnez Mg, azot N, sód Na, tlen O, fosfor P, siarka S, krzem Si + mangan Mn, molibden Mo, miedź Cu, kobalt Co, ołów Pb, cynk Zn, bor B, tytan Ti.

Część mineralna to przede wszystkim: krzem Si, glin Al, żelazo Fe, wapń Ca. Krzem Si występuje w 60 do 90 % pod postacią krzemionki. Glin Al występuje w granicach 5 do 12%. Żelazo Fe występuje w postaci Fe²⁺ oraz Fe³⁺. Natomiast wapń Ca w postaci węglanu wapnia CaCO₃. Zawartość CaCO₃ waha się pomiędzy ilościami śladowymi, a kilkudziesięcioma procentami. Pozostałe pierwiastki mierzymy w ppm; mogą sięgać najwyżej 1% zawartości.

Typy i procentowy udział najczęstszych gleb naszego kraju

Gleby bielicowe, płowe i brunatne są najczęstsze. Stanowią łącznie 82% wszystkich naszych gleb. Pozostałe gleby to:

- gleby błotne (9%);

- gleby mady (5%);

- czarne ziemie (2%) i czarnoziemy (1%);

- gleby rędzinowe (1%).

Struktura warstwy glebowej

W glebie tworzą się tzw. agregaty. Są one bardzo ważne, ponieważ zapewniają roślinom właściwą gospodarkę wodną i warunki cieplne. W gruzełkach występują przestrzenie kapilarne, w których gromadzi się woda kapilarna. W większych przestrzeniach gromadzi się woda grawitacyjna. Gdy spłynie, do wolnych miejsc dostaje się powietrze atmosferyczne, dostarczając w ten sposób tlen O­­_2­­­­­. Natomiast woda czerpana jest z kapilar. 

Fizyczne właściwości

Priorytetem przy ustalaniu właściwości fizycznych jest układ trójfazowy tej gleby. Na fazę stałą przypadają cząstki mineralno-organiczne, mineralne i organiczne. Fazę ciekłą stanowi roztwór glebowy, natomiast gazową powietrze. Powietrze na przemian z roztworem glebowym wypełnia pory. Zasadniczymi właściwościami fizycznymi są:

- skład granulo-metryczny.

Podstawowymi składnikami gleby są cząstki mineralne, które powstają w wyniku erozji wietrznej działającej na skałę macierzystą. Do mineralnych składników zaliczamy minerały: ilaste (np. illit), krzemianowe (np. kwarc i skalenie) i bezkrzemowe (kalcyt i gips). Większość cząsteczek jest różna, więc cząsteczki glebowe podobne pod względem składu oraz właściwości fizycznych zakwalifikowano do grup frakcyjnych. W naszym kraju materiał glebowy dzieli się na dwie grupy:

1.      Części szkieletowe, które stanowi frakcja kamieni o średnicy powyżej 20nm i frakcja żwiru o średnicy 20-1nm.

2.      Części ziemiste, do których zaliczamy frakcję piasku (średnica 1-0,1nm), frakcję pyłu (średnica 0,1-0,02) i frakcję zwaną częściami spławianymi o średnicy poniżej 0,02nm.

Do części spławianych zaliczamy ił pyłowy koloidalny, drobny i gruby. Składem granulometrycznym nazywamy udział danej frakcji w definicyjnej jednostce masy gleby. Uznaje się to za zasadniczą cechę gleby, mającą związek z materiałem macierzystym i jego jakością.

- gęstość gleby.

Gęstością gleby nazywamy masę jednego metra sześciennego suchej gleby, nienaruszonej strukturalnie. Jest zależna od uziarnienia oraz struktury gleby. Wyróżniamy dwa rodzaje gęstości:

- gęstość właściwą-rzeczywistą.

Mówi o tym o ile cząstka gleby nie zawierająca powietrza ani wody ma większą masę od cząsteczek wody, które zajmują tę samą objętość. Zależy od tzw. składu mineralnego.

- gęstość objętościowa.

Przez tą gęstość rozumiemy stosunek masy danej próbki gleby, która jest naturalna w swoim układzie do objętości całkowitej tej próbki. Ze wzrostem tej gęstości wzrasta stopień porowatości tej gleby i jest ona bardzie zbita.

- porowatość.

Suma wolnych przestrzeni gleby. Wyróżniamy porowatość kapilarną oraz niekapilarną.

- zwięzłość.

Jest to siła, będąca miarą spojenia cząsteczek. Mierzy się ją poprzez określenie siły potrzebnej do ich rozdzielenia.

- plastyczność.

Jest cechą umożliwiającą przybieranie glebie różnych kształtów, gdy jest wilgotna. Jest zależna od wielkości cząsteczek.

- lepkość.

Jest wyrażana zdolnością przylegania gleby. Zależy od składu mechanicznego oraz wilgotności gleby.

- pęcznienie, kurczenie.

Zachodzi w glebach zawierających dużo cząstek koloidalnych. Zwiększenie objętości przez gęstość, przy nawilgotnieniu to właśnie pęcznienie, a kurczenie przebiega w drugim kierunku.

- wodne właściwości.

Woda może przyjmować różne postacie:

- wolną, kiedy przepływa z góry w dół gleby, determinowana własną masą;

- kapilarną, wnikającą do najcieńszych kanalików glebowych. Jest rezerwuarem wilgoci w glebie i porusza się w każdym kierunku;

- błonkową, trudnodostępną dla roślin. Powleka gruzełki oraz cząsteczki;

- higroskopową, silnie związaną i dostającą się do gleby z atmosfery. Jest obecna w ciężkich oraz próchniczych typach gleb; 

- molekularną, która zatrzymuje się na cząsteczkach gleby, w wyniku działania sił adhezji. Jest zależna od typu występujących w glebie koloidów;

- pary wodnej, znajdującej się w porach i będącej częścią składową powietrza glebowego.

- cieplne właściwości.

Mają związek z przewodnictwem i pojemnością cieplną. Intensywność nagrzewania oraz szybkość utraty ciepła gleby mają związek z barwą oraz wilgotnością tej gleby. Ciepło może dostarczać słońce, procesy biologiczne i powietrze.

Właściwości chemiczne oraz fizyko-chemiczne

Skład chemiczny, formy, związki i przemiany pierwiastków określamy mianem właściwości chemicznych gleby. Badania są prowadzone aby oznaczyć:

- zawartość materii organicznej gleby. Jeśli gleba jest prawidłowo użytkowana powinna występować równowaga pomiędzy substancjami organicznymi i  tworzącymi się związkami próchnicowymi. W przypadku przyspieszonej mineralizacji możemy wnioskować, iż doszło do zakwaszenia lub akumulacji toksycznych związków. Aby zbadać ilość substancji organicznej w glebie stosuje się metodę barwową.

- zawartość próchnicy, a także węgla organicznego utlenialnego. Węgiel i próchnica pozwalają oszacować zawartość substancji organicznej w glebie, a także stopień jej humifikacji. Zawartość węgla w glebie świadczy o zawartości próchnicy. Należy zastosować przelicznik 58%. Sposób oznaczenia opiera się na utlenianiu węgla C do dwutlenku węgla CO₂. oznaczenie przebiega w środowisku kwaśnym.

- zawartość azotu. Jest zależna od jakości oraz ilości substancji organicznej, a także od stopnia rozkładu (C\N). zawartość azotu w glebie to zawartość azotu organicznego + zawartość związków mineralnych azotu. Oznacza się również ilość ołowiu, kobaltu, kadmu, niklu, magnezu i manganu.

Odczyn pH, sorpcyjność i właściwości ohydo-redukcyjne określają właściwości fizyko-chemiczne.   

Odczyn gleby - jest zależny od stężenia jonów wodorowych H⁺ i zasadowych OH^-. ph ma związek z aktywnością biologiczną. Jeśli stosunek jonów kwasowych do zasadowych jest równy 1 to pH jest neutralne. W środowisku kwaśnym występuje przewaga jonów H⁺, a w środowisku zasadowym jonów OH^-. do oznaczenia odczynu gleby używa się dwóch metod. Pierwsza to pomiar potencjometryczny (polega na mierzeniu różnicy potencjałów pomiędzy półogniwami. Drugą metodą jest pomiar kolorymetryczny (mierzy się barwę cieczy, która powstaje w wyniku reakcji: płyn Helliga + gleba).  

Zdolność sorpcyjna - to zdolność absorbenta do absorpcji par, gazów, cząsteczek niezdysocjonowanych oraz jonów pochodzących z roztworu glebowego. Polega to na pochłanianiu wymienionych substancji, które zachodzi na powierzchni tego absorbenta. W przypadku gleby sorpcja zależy od koloidalnej fazy stałej (są to cząsteczki 2*10^-3mm). Wyróżniamy: koloidy glebowe, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Al.(OH)₃, minerały ilaste, kompleksy ilasto-próchnicze i próchnicę. Wyróżniamy trzy typy sorpcji: biologiczną, chemiczną i wymienną. W glebie funkcjonuje ta ostatnia. Jej istotą jest wymiana wcześniej zaabsorbowanych jonów na te znajdujące się w roztworze glebowym. Maksymalną ilość kationu H⁺, którą jest w stanie zaabsorbować 100 g materiału glebowego nazywa się pojemnością sorpcyjną gleby. W czasie zachodzących reakcji redoks dochodzi do przyłączania lub oddawania elektronów. W czasie przemian materii organicznej w glebie dominują procesy utleniania (są nieodwracalne).

Zjawisko erozji

Jest to najczęstsza przyczyna degradacji gleby. Erozja polega na mechanicznym oddziaływaniu na powierzchnię Ziemi w sposób niszczący czynnikami zewnętrznych oraz na przenoszeniu owych produktów niszczenia. Rozróżniamy dwa typy erozji wodną i wietrzną. Przykładem erozji wodnej jest spłukiwanie elementów gleby przez opad atmosferyczny, np. w postaci deszczu.  Nasilenie tego rodzaju erozji zależy od stopnia w jakim występuje roślinność. Najlepiej osłonięte są gleby porośnięte trawami, leżące w lasach. Niestety człowiek wycina lasy i niszczy roślinność. Odsłania w ten sposób glebę zwiększając jej podatność na erozję. Najbardziej odczuwalne jest to na górzystych obszarach, gdzie spływowi powierzchniowemu (powodującemu erozję) sprzyja nachylenie terenu. Również erozję rzeczną zaliczamy do erozji wodnej.  Rzeka w czasie przepływu zabiera ze sobą rozdrobnione podłoże, elementy spłukiwanej gleby z terenów przybrzeżnych do rzek. Natomiast brzegi morskie ulegają erozji wywołanej przez wodę morską uderzającą z dużym impetem o brzeg.

Wiatr również jest czynnikiem erozjo-twórczym. Erozja tego rodzaju polega na przenoszeniu drobin piasku oraz próchnicy glebowej pod wpływem wiatru. W wyniku nasilenia erozji wietrznej dochodzi do burz pyłowych. Polska jest obszarem, gdzie zjawiska te uległy zdecydowanemu nasileniu. Dotyczy to głównie obszarów wylesionych, gdzie występują wyraźne deficyty wody. 

Procesy towarzyszące tworzeniu się gleby

Wpływ środowiska naturalnego, w naturalnych warunkach jest czynnikiem warunkującym tworzenie się gleby ze skał. Skały lub minerały pochodzące ze skorupy naszej Ziemi, jeśli dotrą na powierzchnię, mogą być skałą macierzystą przyszłych gleb. Powstawanie gleb z takiego surowego materiału ma związek z wietrzeniem oraz procesami biochemicznymi. Wyróżnia się trzy typy wietrzenia: chemiczne, biologiczne oraz fizyczne. Przebiegają równocześnie, ale z innym nasileniem. Pod wpływem wietrzenia zmianie ulega wygląd składników mineralnych od zewnętrznej strony skały. Odporność na działanie wiatru jest różna u różnych skał. Skały typu grubokrystalicznego ulegają trudniej wietrzeniu. Utwory zbudowane z jednego rodzaju minerału są bardziej odporne, od tych wielo-mineralnych. Kolejność wietrzenia jest następująca: najpierw zachodzi wietrzenie fizyczne (dochodzi do rozdrobnienia), potem dochodzi do wietrzenia chemicznego i biologicznego.

Wietrzenie typu chemicznego -

Na podstawie przemian skalenia potasowego prześledzić można powstawanie różnych produktów wietrzenia, w zależności od obecności potasu:

w wypadku, gdy cały potas został wymyty do roztworu, powstającym minerałem wtórnym j

est kaolinit:

4K[AlSi₃O₈] + 6H₂O ® Al₄[(OH)₈Si₄O₁₀] + 8SiO₂ + 4KOH
skaleń potasowy + woda ® kaolinit + krzemionka + potas

jeżeli pewna część potasu nie ulegnie wymyciu i pozostanie w obrębie sieci krystalicznej, powstającym minerałem wtórnym jest

illit.

5K[AlSi₃O₈] + 4H₂O ® KAl₄[(OH)₄AlSi₇O₂₀] + 8SiO₂ + 4KOH
skaleń potasowy + woda ® illit + krzemionka + potas

Wietrzenie- jego efektem jest zmiana struktury minerałów. Wytwarzane są nowe minerały zwane wtórnymi. Rozkład skał oraz minerałów poprzez wietrznie typu chemicznego oraz mineralnego jest bardzo skuteczne w klimacie wilgotnym. Czynnikami bardzo istotnymi dla wietrzenia chemicznego są woda, dwutlenek węgla, kwasy mineralne, organiczne i tlen. Podczas tego wietrzenia na zwałowiskach dochodzi do:

- utlenienia (ma zasięg na głębokość do której dochodzi tlen),

- redukcji (zachodzi tam, gdzie nie występuje wolny tlen; niekiedy redukcję wywołują kwasy),

- hydratacji (jeśli woda jest składnikiem minerałów, zmieniając ich właściwości chemiczne oraz fizyczne - 2Fe₂O₃+3H₂O = 2Fe₂O₃*3H₂O),

- hydrolizy ( hydrolizie z minerałów trudno ulega siarczan (VI) wapnia i węglan wapnia - jeszcze trudniej; w przypadku minerałów zasadowych istnieje możliwość do  wymiany z wodorem CaSiO₃+HOH=H₂SiO₃+Ca(OH)₂ ),

- karbonatyzacji (ma ona związek z powstawanie węglanów, a substratem są dwuwęglany. Karbonatyzacja jest związana z rozkładem minerałów glebowych. Ma związek z hydrolizą minerałów, które następnie przechodzą w inne).

W trakcie oddychania korzeni uwalnia się dużo dwutlenku węgla, tworzącego połączenia z kationami. Ze wzrostem koncentracji dwutlenku węgla wzrasta wietrzenie chemiczne.

Wietrzenie chemiczne daje minerały wtórne, mające znaczną aktywność i zalicza się je do minerałów ilastych, a z nich z kolei zbudowane są iły oraz gliny. W glinie oprócz minerałów wtórnych znajduje się również kwarc, substancje organiczne i uwodnione tlenki żelaza. Wyróżniamy następujące grupy glin:

- montmorylonitowa, czyli (OH)₄Al₄Si₈O₂₀*H₂O - powstaje w warunkach kwaśniejszych od kaolinitowej. Stanowi główny składnik tzw. glin bentonitowych, dobrze sorbuje i występuje w piaskowym typie gleb o frakcji poniżej 0,002mm.

- kaolinitowa, czyli (OH)₈Al₄S_i4O₁₀ - zaliczamy do niej kaolinit. Tworzy się podczas wietrzenia skał typu glinokrzemianowego w warunkach kwaśnych. Spotyka się ją najczęściej na zwałach obydwóch rodzajów węgla.

- illitowa - zaliczamy do niej illit, który jest najbardziej powszechnym produktem procesu wietrzenia skał lądowych. Można ją spotkać na zwałach z odpadów węglowych.

Wietrzenie typu biologicznego - gleby i skały osadowe rzadko zawierają jedynie jeden rodzaj iłów. Celem rekultywacji jest zintensyfikowanie procesów glebotwórczych, w których znaczną rolę pełni wietrzenie biologiczne. Dochodzi do niego w wyniku oddziaływania organizmów na skały lub poprzez chemiczne przetworzenie minerałów, przy użyciu produktów rozkładu materii organicznej (kwasy huminowe i dwutlenek węgla). Ten typ wietrzenia odgrywa ważną rolę podczas powstawania gleby. Z tego wynika tak wielkie znaczenie materii organicznej podczas rekultywacji obszarów bezglebowych. Próchnica może powstawać jedynie w glebie. Stanowi ona aż 90% substancji organicznej znajdującej się w glebie. Substancja organiczna to 5% gleby. W czasie humifikacji (humus = próchnica) powstają związki organiczne, które sklasyfikowano do 4 grup:

- fulwokwasy;

- kwasy hymato-melanowe;

- huminy (są to sole stymulujące, bądź hamujące wzrost organizmów żywych);

- kwasy huminowe.

---