GEOCHEMIA - ZAGADNIENIA DO EGZAMINU

1.Od jakich cech pierwiastków zależą w największym stopniu ich własności geochemiczne?

Własności chemiczne atomów pierwiastków zależą w ogromnym stopniu od liczby atomowej (pozycji w układzie okresowym) i wynikają w dużym stopniu z ilości i rozmieszczenia elektronów wokół jądra. Przykładowe konfiguracje elektronowe podane są poniżej. Własności geochemiczne pierwiastków zależą ponadto bardzo silnie od rozmiarów atomów (jonów) wchodzących w skład materiału geologicznego, np. kryształu 10)Ne->1s²2s²2p⁶ (13)Al->1s²2s²2p⁶3s²3p¹

2.Jak zmieniają się rozmiary atomów i jonów w zależności od położenia w układzie okresowym?

Rozmiary atomów i ich jonów rosną w grupach w kierunku z góry na dół aniony są zazwyczaj większe od kationów.Ze wzrostem ładunku rosną rozmiary anionów a spadają rozmiary kationów

3.O własnościach chemicznych pierwiastków w dużym stopniu decyduje konfiguracja elektronowa. Jaki ponadto istotny czynnik decyduje o zachowaniu się pierwiastków w środowiskach geochemicznych?. Omów krótko.

Podstawowym kryterium podziałów jest podobne zachowanie grup pierwiastków w środowiskach geochemicznych. Najlepszą klasyfikacją chemiczną pierwiastków jest sam układ okresowy. Jest to jedyna systematyka grupująca pierwiastki o podobnych własnościach według przyczyn, dla których te własności występują.

Wszystkie inne klasyfikacje geochemiczne są empiryczne i nie niosą ze sobą żadnych informacji genetycznych dlaczego tak się dzieje.

4.Co oznaczają określenia: metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych, metale przejściowe, halogenki, metale ciężkie, ziemie rzadkie, metale szlachetne, metale nieżelazne, niemetale itd.... Podaj też ich położenie w układzie okresowym i przykłady.

Metale alkaliczne, nazwa zwyczajowa rodziny pierwiastków chemicznych litowców, wywodząca się od technicznej i zwyczajowej nazwy mocnych zasad i węglanów litowców Metale ziem alkalicznych, nazwa zwyczajowa pierwiastków: wapnia, strontu i baru (wapniowców, w węższym sensie tego terminu), należących do rodziny berylowców. Nazwa metale ziem alkalicznych wywodzi się od dawnej nazwy zwyczajowej tlenków tych pierwiastków (ziemie alkaliczne). Metale przejściowe, pierwiastki przejściowe, pierwiastki grup pobocznych, wspólna nazwa dla metali zewnętrznoprzejściowych oraz metali wewnętrznoprzejściowych. Metale przejściowe obejmują 64 spośród 111 znanych obecnie pierwiastków chemicznych. Wszystkie są metalami, które, oprócz połączeń prostych, tworzą łatwo bardzo liczne związki kompleksowe. Metale ciężkie, metale uznane (na obecnym etapie rozwoju tzw. biochemii nieorganicznej) za zbędne lub nawet toksyczne (tzw. biocydy) dla żywych organizmów.Należą tu m.in.: rtęć ołów, kadm, tal, bar, beryl i uran. Do tak rozumianych metali ciężkich zalicza się też czasem niektóre półmetale, jak arsen czy tellur Metale szlachetne to najbardziej odporne chem (platyna Ag Au) Metale nieżelazne są to ważne technicznie metale poza Fe będące składnikami stali Niemetale ww większości przypadków nie przewodzą dobrze prądu elektr, gorzej od met przewodzą ciepło, na ogół brak połysku metalicznego, nie są kowalne. Za typowe niemetale są uważane: wszystkie pierwiastki występujące w temperaturze pokojowej w stanie gazowym: helowce

5.Co wiesz o elektroujemności?

Elektroujemność - względna tendencja atomów do przyjęcia elektronów, czyli zdolność atomów pierwiastków do wiazania własnych i obcych elektr walencyjnych. Pierw,których atomy słabo wiążą elektr walencyj i w zwiazku z tym w reakcjach chem łatwo je oddają przekształcając się w jony dodatnie,mając niską elektroujemność. Pierw tego rodz mają charakter metaliczny. Pierw,których atomy silnie wiążą własne elektr walen a w reak chem wykazują tendencje do przyłączania obcych elektr tworząc jony ujemne, cechuje wysoka elektroujemn i mają charakter niemetaliczny Elektroujemność pozwala przewidzieć zachowanie się pierwiastka przy tworzeniu wiązań chemicznych.

Różnica elektroujemności wpływa na ile wiązanie chemiczne jest jonowe na ile atomowe. W układzie okresowym pierwiastków największą elektroujemność ma fluor F = 4, a najmniejszą pierwiastki znajdujące się w „południowo-zachodniej” części układu.

6.Dlaczego jedne pierwiastki uważa się za atmofilne, inne za litofilne a jeszcze inne za syderofilne czy chalkofilne? Podaj przykłady. Do jakiej klasy należy Fe?

SYDEROFILNE - mają mniejsze od żelaza powinowactwo do siarki i tlenu, np. Co, Ni, Mo, Pt, Au. CHALKOFILNE - mają większe od żelaza powinowactwo względem siarki a mniejsze względem tlenu, pierwiastki kruszcolubne tworzące głównie siarczki, np. Zn, Pb, Ag.

LITOFILNE - mają większe od żelaza powinowactwo względem tlenu a mniejsze względem siarki, pierwiastki skałolubne tworzące m.in. krzemiany i glinokrzemiany, np. Al, Si, Ca, Mg, Na, K, Cl, F, lantanowce i aktynowce.ATMOFILNE - mają słabe powinowactwo względem żelaza, siarki i tlenu, H, N i gazy szlachetne.BIOFILNE - są nierozerwalnie powiązane z życiem na ziemi ->Fe

7. Na czym opiera się geochemiczna klasyfikacja pierwiastków Goldschmidta? Podaj przykłady pierwiastków z każdej klasy.

8.Na czym polega i jaką rolę wiązanie JONOWE spełnia w minerałach i substancjach mineralnych? Podaj przykłady. Jakie własności fizyczne i chemiczne minerałów wiążą się z tym wiązaniem?

Powst w czasie reak pomiędzy atomami pierw skrajnie różniących się elektroujemn. Atom pierw mniej elektroujemn oddaje, a bardziej elektrouj przyłącza elektr->atom sodu ma w zewn powłoce M jeden elektron walencyjny, Natomiast at chloru ma w zewn powłoce M 7 elektr. Po zderzeniu się tych 2ch atom elektr powłoki zewn sodu przyłącza się do powł zewn at chloru. Tak utworzone jony:dodatni i ujemny, przyciągają się dzieki działaniu sił elektrostatycznych stąd nazwa wiązania. Siły oddziaływania elektrostatycznego miedzy jonami są równomiernie rozłożone we wszystkich kierunkach, są one znaczne więc temp topnienia i wrzenia tych związków jest wysoka ->są nimi głównie sole, po rozpuszczeniu lub stopieniu przewodzą prąd elektryczny np. chlorek sodu. Pierwiastki grup I i II układu okresowego są donorami elektronów (oddają elektrony) i tworzą chętnie kationy, np. sód Na+, potas K+, magnez Mg2+, wapń Ca2+. Pierwiastki grup VI i VII układu okresowego są akceptorami elektronów i tworzą chętnie aniony, np. fluor F- czy chlor Cl-. Wiązanie jonowe występuje w halicie NaCl czy fluorycie CaF2. Typowo jonowe minerały są:przeźroczyste, kruche, o niskiej lub średniej twardości, o niskiej lub średniej gęstości,wykazują łupliwość, mają niskie współczynniki załamania światła, często są optycznie izotropowe, mają niskie temperatury topnienia, w stanie krystalicznym źle przewodzą ciepło i elektryczność (ale doskonale po stopieniu), dobrze rozpuszczają się w wodzie. KOWALENCYJNE (atomowe) Pierwiastki osiągają pełny oktet elektronowy (trwałą konfigurację) przez wspólne użytkowanie jednej lub więcej par elektronowych. Pierwiastki ze środkowych grup głównych, które chętnie tworzą wiązania kowalencyjne (C, O, Si, Al), mają częściowo zapełnioną powłokę walencyjną. Musiałyby więc oddać lub przyjąć wiele elektronów dla uzyskania trwałego oktetu gazu szlachetnego, a to jest mało prawdopodobne. Znacznie jest łatwiej tym atomom zbliżyć się do siebie i wspólnie wykorzystywać część swoich elektronów walencyjnych. Takie wiązanie dominuje w przypadku gazowego chloru Cl2, w diamencie C, w kwarcu SiO2, w wodzie H2O, ale też w bardziej skomplikowanych cząsteczkach jak grupy SiO44-, CO32-, SO42-, PO43-, które stanowią cegiełki wielu minerałów skałotwórczych. Wiązania kowalencyjne to najsilniejsze z wiązań. Minerały o wiązaniach kowalencyjnych odznaczają się więc wysoką twardością (choć są kruche i o słabej łupliwości), czego najlepszym dowodem jest najtwardszy minerał diament, jak również kwarc, o twardości 7 w skali Mohsa. Dla wspólnego użytkowania par elektronowych w wiązaniu kowalencyjnym pierwiastki muszą się zbliżyć do siebie bardziej niż w wiązaniu jonowym. Dlatego wiązania kowalencyjne są zazwyczaj krótsze od wiązań jonowych. W rezultacie kryształy o wiązaniach kowalencyjnych odznaczają się wysoką gęstością. Wiązania kowalencyjne to najsilniejsze z wiązań. Minerały o wiązaniach atomowych odznaczają się więc wysoką temperaturą topnienia. Pierwiastki łączące się wiązaniami kowalencyjnymi mają tendencję do tworzenia wielokrotnych wiązań (np. C, Si) i bardzo rozbudowanych geometrycznie struktur przestrzennych. W przeciwieństwie do bezkierunkowych wiązań jonowych, wiązania kowalencyjne są ściśle geometrycznie zorientowane w przestrzeni. Stąd minerały o takich wiązaniach zazwyczaj krystalizują w układach o niskiej symetrii i wykazują anizotropię cech fizycznych w tym anizotropię optyczną. Kalcyt jest minerałem anizotropowym optycznie o szczególnie wysokiej dwójłomności: wysoki współczynnik załamania światła odpowiada kierunkowi równoległemu do płaszczyzny trójkątów CO32-, zaś niski współczynnik załamania światła odpowiada kierunkowi prostopadłemu. Kryształy o wiązaniach atomowych poddają się ciśnieniu bardziej niż kryształy jonowe, czasem wykazując własności piezoelektryczne jak kwarc w zapalniczkach czy korund w igłach gramofonowych. Kryształy o wiązaniach atomowych są dobrymi izolatorami ciepła i elektryczności są przeźroczyste, o wysokich współczynnikach załamania światła (np. diament, który ma n = 2,407, ale nie kwarc, który jest wyjątkiem i ma n = 1,544-1,533). są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie gdyż nie dysocjują na proste jony tak jak kryształy jonowe. METALICZNE Wiązanie to, występujące w naturze w zasadzie wyłącznie w ciałach stałych, odznacza się tym, że elektrony walencyjne wiążących się pierwiastków są swobodne i mogą się przemieszczać. Siłą wiążąca jest elektrostatyczne oddziaływanie pomiędzy swobodnie poruszającymi się elektronami walencyjnymi wszystkich atomów a tymi atomami składającymi się z jądra i pozostałych, niewalencyjnych elektronów. Dzięki względnej słabości i bezkierunkowości wiązań metalicznych, metale rodzime są zazwyczaj substancjami miękkimi, kowalnymi (a nie kruchymi), ciągliwymi i sprężystymi. Świetnie przewodzą prąd elektryczny i ciepło. Mają względnie niskie temperatury topnienia. Są nieprzeźroczyste w stanie stałym i stopionym, a stopione mają niską lepkość Van der WAALSA Najsłabszym z omawianych wiązań jest wiązanie Van der Waalsa. Zbliżone do siebie atomy tego samego pierwiastka często oddziaływają na siebie jak dipole. Są to dipole chwilowe, indukowane (wzbudzane) przez synchroniczne przemieszczanie się elektronów w powłokach elektronowych tak, żeby unikać siebie nawzajem. Obserwuje się je w niektórych alotropowych odmianach siarki rodzimej S8 i w oddziaływaniach pomiędzy blaszkami grafitu, jak również w oddziaływaniach między cząsteczkami gazów, np. CO2. Kryształy z wiązaniami Van der Waalsa wykazują niską twardość i doskonałą łupliwość wzdłuż płaszczyzn o tych wiązaniach. Źle przewodzą ciepło czy elektryczność, są słabe, plastyczne, i mają względnie niskie temperatury topnienia. Siarka topi się w gorącej wodzie co wykorzystano przy jej eksploatacji.

9.Jak charakter wiązań chemicznych wpływa na własności minerałów? Podaj kilka przykładów z uwzględnieniem rozpuszczalności w wodzie, twardości i anizotropii optycznej.

Typowo jonowe minerały są: przeźroczyste, kruche, o niskiej lub średniej twardości, o niskiej lub średniej gęstości, wykazują łupliwość, mają niskie współczynniki załamania światła, często są optycznie izotropowe, mają niskie temperatury topnienia, w stanie krystalicznym źle przewodzą ciepło i elektryczność (ale doskonale po stopieniu), dobrze rozpuszczają się w wodzie.Wiązania kowalencyjne to najsilniejsze z wiązań. Minerały o wiązaniach atomowych odznaczają się więc wysoką temperaturą topnienia. Pierwiastki łączące się wiązaniami kowalencyjnymi mają tendencję do tworzenia wielokrotnych wiązań (np. C, Si) i bardzo rozbudowanych geometrycznie struktur przestrzennych. W przeciwieństwie do bezkierunkowych wiązań jonowych, wiązania kowalencyjne są ściśle geometrycznie zorientowane w przestrzeni. Stąd minerały o takich wiązaniach zazwyczaj krystalizują w układach o niskiej symetrii i wykazują anizotropię cech fizycznych w tym anizotropię optyczną. Kalcyt jest minerałem anizotropowym optycznie o szczególnie wysokiej dwójłomności: wysoki współczynnik załamania światła odpowiada kierunkowi równoległemu do płaszczyzny trójkątów CO32-, zaś niski współczynnik załamania światła odpowiada kierunkowi prostopadłemu. Kryształy o wiązaniach atomowych poddają się ciśnieniu bardziej niż kryształy jonowe, czasem wykazując własności piezoelektryczne jak kwarc w zapalniczkach czy korund w igłach gramofonowych. Kryształy o wiązaniach atomowych są dobrymi izolatorami ciepła i elektryczności są przeźroczyste, o wysokich współczynnikach załamania światła (np. diament) są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie gdyż nie dysocjują na proste jony tak jak kryształy jonowe.

Wiązania metaliczne Dzięki względnej słabości i bezkierunkowości wiązań metalicznych, metale rodzime są zazwyczaj substancjami miękkimi, kowalnymi (a nie kruchymi), ciągliwymi i sprężystymi. Świetnie przewodzą prąd elektryczny i ciepło. Mają względnie niskie temperatury topnienia. Są nieprzeźroczyste w stanie stałym i stopionym, a stopione mają niską lepkość.

Wiązania Van der Waalsa

Kryształy z wiązaniami Van der Waalsa wykazują niską twardość i doskonałą łupliwość wzdłuż płaszczyzn o tych wiązaniach. Źle przewodzą ciepło czy elektryczność, są słabe, plastyczne, i mają względnie niskie temperatury topnienia. Siarka topi się w gorącej wodzie co wykorzystano przy jej eksploatacji.

10.Jakie kryterium używa się do oceny stopnia jonowości wiązań kowalencyjnych?

Głównym kryterium jest skala elektroujemności Paulinga. Pierwiastki o dużej różnicy elektroujemności tworzą wiązania jonowe, a o małej - kowalencyjne.

11. Podaj przykłady minerałów, w których występują jednocześnie wiązania jonowe i kowalencyjne. Jaki to ma wpływ na ich zachowanie geochemiczne?

12.Omów na przykładach zjawisko diadochii.

Diadochia - zdolność wzajemnego podstawiania się jonów lub atomów w strukturze krystalicznej minerałów.

Diadochia izowalentna - zastępują się jony o tej samej wartościowości, np. Mg+2, Fe+2 w oliwinach (Mg, Fe)2(SiO4).

Diadochia heterowalentna - zastępują się jony o różnej wartościowości, np. Ca+2 i Na+ w plagioklazach Ca[Al2Si3O8] anortyt Na[AlSi3O8] albit. Inna para jonów musi się zastępować jednocześnie dla skompensowania różnicy ładunku (np. Al+3 i Si+4).

13,Objaśnij na przykładach reguły podstawień izomorficznych Goldschmidta. Podaj ich ograniczenia w stosowaniu.

Rozmiary i ładunek jonów najsilniej determinują zdolność do podstawień izomorficznych. Reguły podstawień izomorficznych (Goldschmidta):   Reg 1:Różnica promieni jonowych podstawiających się jonów nie może być większa niż 15%  

Reg 2:Rzadko obserwuje się podstawienia jeśli różnica ładunków jest większa niż jeden. Podstawienie heterowalentne wymaga drugiej pary podstawień dla skompensowania ładunków. 

Reg 3:Silniejsze i bardziej prawdopodobne wiązania tworzą jony o wyższym potencjale jonowym (stosunku ładunku do promienia jonowego,przy jednakowym ładunku preferowany jest mniejszy promień, przy jednakowych promieniach - wyższy ładunek) 

Reg 4:Nawet przy podobnych promieniach podstawienie jest praktycznie niemożliwe jeśli jony różnią się wyraźnie elektroujemnością (i charakterem tworzonych wiązań chemicznych). Reguły Goldschmidta zostały sformułowane głównie z myślą o interpretacji mechanizmów krystalizacji minerałów ze stopu magmowego. Odnoszą się przede wszystkim do zachowania pierwiastków śladowych. Pierwiastki śladowe to te pierwiastki, które nie stanowią istotnego składnika minerału: nie są uwzględnione we wzorze chemicznym minerału. Analitycy definiują pierwiastki śladowe jako te, których zawartość w badanej skale czy minerale nie przekracza 0.1 % wagowego.

14. 

W jaki sposób pierwiastki śladowe znajdują swe miejsce w strukturach minerałów skałotwórczych?

Reguły Goldschmidta zostały sformułowane głównie z myślą o interpretacji mechanizmów krystalizacji minerałów ze stopu magmowego. Odnoszą się przede wszystkim do zachowania pierwiastków śladowych. Pierwiastki śladowe to te pierwiastki, które nie stanowią istotnego składnika minerału: nie są uwzględnione we wzorze chemicznym minerału. Analitycy definiują pierwiastki śladowe jako te, których zawartość w badanej skale czy minerale nie przekracza 0.1 % wagowego. Ich różna zawartość w różnych skałach magmowych jest efektem niejednakowej tendencji do wbudowywania się w struktury minerałów. Rozmiary jonu ulegają zmianie po wbudowaniu w strukturę kryształu i ten sam jon może mieć w rożnych kryształach inny promień. Poza tym pierwiastki śladowe nie wbudowują się w strukturę bezładnie lecz preferują pewne pozycje bardziej niż inne. Ponadto nasza wiedza na temat sił wiążących jon w stopie magmowym jest wciąż niewielka.

15. Podaj reguły podstawień izomorficznych Goldschmidta i omów na przykładach dwie z nich. ( odp. W pytaniu 13 :) )

16.Omów na przykładach pierwiastki niekompatybilne.

Jony pierwiastków, które nie „pasują” do struktur głównych minerałów skałotwórczych są nazywane pierwiastkami niekompatybilnymi(niedopasowanymi). W miarę krystalizacji skały koncentrują się one w pozosatłej magmie „rezydualnej” (resztkowej). W efekcie pierwiastki niedopasowane znajdujemy w produktach późnych etapów dyferencjacji magmy takich jak pegmatyty, żyły hydrotermalne, dajki aplitowe. Do tych pierwiastków należą: K, Rb, Cs, Sr, Ba, pierwiastki ziem rzadkich REE, Zr, Hf, Nb, Ta, Th, U.

17.Objaśniając zjawisko podstawień izomorficznych podaj, dlaczego w szeregu plagioklazów inna jest zawartość Al we wzorze albitu a inna we wzorze anortytu.

Wynika to z różnicy przestrzennej budowie kryształu.

18.Na czym polegają podstawienia izomorficzne na drodze ukrycia, wychwytywania i dopuszczenia? Podaj przykłady.

Podział pierwiastków śladowych pomiędzy stop magmowy a krystalizujące fazy może zachodzić na trzy sposoby: ukrycie, wychwytywanie lub dopuszczenie. Ukrycie (kamuflaż, maskowanie) zachodzi, gdy pierwiastek śladowy ma ten sam promień jonowy i ładunek: struktura kryształu nie potrafi odróżnić ich od siebie, np. podstawienie Hf+4 za Zr+4 w cyrkonie ZrSiO4. Wychwytywanie zachodzi, gdy pierwiastek śladowy jest chętniej wbudowywany w strukturę niż pierwiastek główny ponieważ ma wyższy potencjał jonowy (stosunek ładunku do promienia jonowego). Tak dzieje się z krystalizacją K-skaleni: wychwytują Ba+2 podstawiając go w miejsce K+ .Ta heterowalentna substytucja wymaga jednoczesnego podstawienia Al+3 za Si+4 dla skompensowania ładunku. Dopuszczenie polega na wbudowywaniu w strukturę pierwiastków śladowych o niższym potencjale jonowym od pierwiastka głównego np. Rb+ za K+ w K-skaleniu czy Sr+2 za Ca+2 w kalcycie.

19.W jaki sposób należy zastosować I-szą zasadę termodynamiki do wytłumaczenia reakcji egzotermicznej?

Formy energii są wymienne, energia nie bierze się z niczego. ΔE = Δq - ΔW zmiana energii wewn. = wymiana ciepła - wykonana praca mechaniczna Przy stałym ciśnieniu: H - entalpia; dH = dq + PdV; H2 gaz + ½ O2 gaz <=> H2O gaz ; ΔHreakcji = Σ ΔHproduktów - Σ ΔHsubstratów

ΔHreakcji = -68.3 kcal

•ΔHreakcja < 0 => reakcja EGZOTERMICZNA (z wydzieleniem ciepła) •ΔHreakcja > 0 => reakcja ENDOTERMICZNA (z pobraniem ciepła)

20.W jaki sposób równanie Clapeyrona może posłużyć do interpretacji geochemicznych?

dP/dT = ΔSreakcji/ Δvreakcji

Przykład interpretacji z użyciem równania Clapeyrona ,

wnioskowanie o procesach geologicznych z termodynamiki i paragenez obserwowanych w skale. Równanie wyznacza wykres zależności ciśnienia od temp,oraz pola trwałości poszczególnych faz.Pozatym możemy określić jaki zachodzi metamorfizm(progresywny ,regresywny ,kontaktowy ,regionalny).

21.

Co wiesz o energii swobodnej Gibbsa i jej zastosowaniu w geochemii? Podaj przykłady. Jakie są ograniczenia.

aA + bB <=> cC + dD ΔG nazywa się „energią swobodną” gdyż jest to ta część energii wyzwolonej w czasie przemian, która jest „wolna” (dostępna) do wykonania pracy niemechanicznej (np. spowodować może powstanie wiązań chemicznych).

Ograniczenia stosowalności ΔG:1)ΔGreakcji wskazuje na POTENCJALNY kierunek zajścia reakcji w danych warunkach, co nie zawsze ma miejsce, np.

S + O2 gaz <=> SO2 gaz ΔGr = -71740 cal/mol

W rzeczywistości nie obserwujemy rozpadu siarki rodzimej: jest ona metatrwała. Prędkość (kinetyk) tej reakcji jest znikoma. 2)Obliczanie ΔGreakcji jest użyteczne głównie dla warunków metamorficznych czy magmowych: w wyższych temperaturach i ciśnieniach szybkość reakcji jest zazwyczaj wyższa. W układach na powierzchni Ziemi stosuje się ΔG niemal wyłącznie do równowag w roztworach wodnych. 3)Jakość danych termodynamicznych zebranych w tabelach wciąż pozostawia wiele do życzenia. Do przeliczeń związanych z daną reakcją czy przemianą należy zawsze używać danych z jednego źródła.4)Jednym z założeń przy obliczaniu ΔG jest założenie, że analizowane procesy zachodzą w układzie zamkniętym (układ nie wymienia masy czy ciepła z otoczeniem). W rzeczywistości w naturze układy są bardzo często układami otwartymi.5)Wszyscy boją się obliczeń termody-namicznych. W rzeczywistości obliczenia są najczęściej tak proste, że nawet nie wymagają kalkulatora, można je wykonać „w słupku”. Wnioski natomiast są często zaskakujące i idące bardzo daleko.

22.Co to jest i jakich informacji dostarcza nam entalpia reakcji?

Entalpia to zawartość ciepła w reakcji przy stalym ciśnieniu dH=dq+PdV i informuje nas czy reakcja jest endo- czy egzotericzna .

23.Co to jest i jakich informacji dostarcza nam energia swobodna Gibbsa reakcji?

En.swobodna Gibssa mówi ,że część en. uwalniana w trakcie jednej reakcji nie jest stracona i może być wykorzystana do przeprowadzenia kolejnych reacji.

24 Dlaczego na pow. Ziemi często nie obserwujemy przebiegu reakcji, która w myśl obliczeń termodynamicznych powinna zachodzić-

Ponieważ reakcje zachodzą w układzie zamkniętym czyli układ nie wymienia masy czy ciepła z otoczeniem a w rzeczywistości w naturze układy są bardzo często układami otwartymi.

25 Dlaczego woda jestdoskonałym rozpuszczalnikiem substancji o wiązaniach jonowych a nie koordynacyjnych

Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem dla substancji jonowych takich jak sól NaCl, ponieważ posiada budowę dipolową: oddziaływanie elektrostatyczne dipoli z jonami ułatwia rozerwanie wiązań jonowych i dysocjację (rozpuszczanie).

26 Wymień i podaj przyczyny własności fizykochemicznych wody stanowiących o jej unikalnym charakterze

Za większość niezwykłych własności odpowiedzialne są wiązania wodorowe czyli dipolowy charakter cząsteczki.Temperatura wrzenia i topnienia,Gęstość, Woda jako rozpuszczalnik,Pojemność cieplna,Ciepło parowania,Napięcie powierzchniowe,

Selektywne pochłanianie promieniowania.

27.Dlaczego (w jaki sposób) wiązania wodorowe wpływają na zachowanie geochemiczne wody? Podaj przykłady.

Większość własności wody bierze się z charakterystycznej struktury cząsteczkowej: dwa atomy wodoru połączone z atomem tlenu wiązaniami kowalencyjnymi pod kątem.Atom tlenu ma dwie pary elektronowe użytkowane wspólnie z atomami wodoru (tworzą wiązania atomowe pod kątem 104.5o) i dwie wolne pary elektronowe. cząsteczka wody jest dipolem z przewagą ujemnego ładunku na tlenie a dodatniego ładunku od strony atomów wodoru.

28. Jak ilościowo opisuje się rozpuszczalność minerału w wodzie? Objaśnij na przykładzie

29Objaśnij na przykładach rozpuszczania pojęcie stałej równowagi reakcji, iloczynu rozpuszczalności i współczynnika nasycenia roztworu.

STAŁA RÓWNOWAGI-Dla odwracalnej reakcji aA + bB cC + dD w stanie równowagi prędkość przebiegu reakcji w prawo jest identyczna z prędkością zachodzenia reakcji w lewo: w praktyce stężenia składników nie ulegają zmianie a proporcja produktów do substratów jest stała: K=[C]c*[D]d/ [A]a*[B]b ILOCZYN ROZPUSZCZALNOŚCI-Pozwala on wyrazić ilościowo rozpuszczalność substancji (soli) w wodzie. CaF2 Ca+2 + 2F- Stała równowagi reakcji rozpuszczania się fluorytu jest jednocześnie jego iloczynem rozpuszczalności: Ksp =[Ca+2] . [F-]2/[CaF2]=[Ca+2] . [F-]2 WSPÓŁCZYNNIK NASYCENIA ROZTWORU podaje zależność między zmierzonymi stężeniami jonów w roztworze a tablicową stałą rozpuszczalności: SI = log IAP/ Ksp, SI > 0 roztwór przesycony, SI = 0 roztwór nasycony, SI < 0 roztwór niedosycony, gdzie:IAP = iloczyn aktywności jonów ,Ksp = tabelaryczny współczynnik rozpuszczalności.

30 Dlaczego i w jaki sposób rozpuszczalność minerału może zależeć od składu roztworu, w którym się rozpuszcza? Podaj przykłady

Rozpuszczalność minerału może być obniżona przez obecność innej substancji, która wniosła wspólny jon do roztworu

31 Jaki wpływ na rozpuszczalność minerałów ma skład chemiczny wody: siła jonowa, pH, obecność innych jonów?

Wpływ pH na rozpuszczalność: im wyższe pH tym rozpuszczalność mniejsza, Rozpuszczalność minerału może być obniżona przez obecność innej substancji, która wniosła wspólny jon do roztworu

32 Od czego i w jaki sposób zależy rozpuszczalność minerałów?

Rozpuszczalność minerałów zależy od składu chemicznego wody (lub innych rozpuszczalników): siła jonowa, pH, obecność innych jonów + pyt31

33 Dlaczego w obliczeniach geochemicznych stężenia są zastępowane aktywnościami? Jak się to liczy dla roztworów wodnych?

Jony w roztworach elektrolitów oddziaływają między sobą oraz z cząsteczkami wody m. in. siłami elektrostatycznymi. Dlatego aktywność jonów w roztworze jest zwykle mniejsza niż jego stężenie:[Me+2] = a = γ . m , γ < 1 Zazwyczaj nie da się zmierzyć wprost aktywności jonów w roztworze. Możemy tylko wyznaczyć stężenie,a współczynnik aktywności trzeba obliczyć z założeń teoretycznych.

Dla rozcieńczonych roztworów elektrolitów (wód rzek, jezior i deszczów) stosuje się najczęściej model Debye-Hückel'a. Najpierw liczymy siłę jonową roztworu: I = 0.5 Σ mi zi2 ,m - stężenie, z - ładunek. Następnie oblicza się współczynnik aktywności dla każdego jonu w roztworze: log γi =- A zi2 I/1+B å I , A, B, å - parametry empiryczne podane dla każdego jonu w tabelach .

34 Czy aktywność jest większa czy mniejsza niż stężenie jonu w roztworze? Dlaczego?

Aktywność jonów w roztworze wodnym jest mniejsza niż ich stężenie na to wskazuje. Ponieważ jest to głównie rezultatem oddziaływań elektrostatycznych pomiędzy jonami, różnica zwiększa się ze wzrostem stężenia roztworów. W roztworach bardzo rozcieńczonych jest ona pomijalnie mała. Dla cząsteczek nie posiadających ładunku zjawisko praktycznie nie występuje w ogóle.

35 W starym wyrobisku kopalni odkrywkowej gipsu stoi woda. Do tego stawu ktoś nielegalnie wrzucił kilka ton odpadów zawierających baryt. Czy obecność gipsu wpłynie na rozpuszczalność barytu? Dlaczego?

Tak, wpłynie! Rozpuszczalność Barytu zostanie obniżona ze względu na obecność gipsu który zawiera również jony siarczanowe

36. W zasolonej wodzie wypływającej z kopalni zmierzono stężenie jonów Ca⁺² i F^- i wynosiły one.......... . Czy ta woda jest nasyconym roztworem fluorytu jeśli iloczyn rozpuszczalności fluorytu wynosi ........?

37 W jaki sposób zachodzi rozpuszczanie minerałów? Objaśnij zarówno reakcje chemiczne jak i procesy na kontakcie minerał-roztwór.

Rozpuszczanie kongruentne oznacza, że ciało stałe rozpuszcza się przechodząc w całości do roztworu bez tworzenia stałych faz wtórnych, np. rozpuszczanie się kalcytu; CaCO3 + 2H+ <=> Ca+2 + H2O + CO2 Rozpuszczanie niekongruentne występuje, gdy jednym z produktów jest, oprócz roztworu wodnego, również nowa (wtórna) faza mineralna, np.rozpuszczanie się albitu z utworzeniem gibbsytu NaAlSi3O8 + H+ + 7H2O <=> Na+ + Al(OH)3 + 3H4SiO4. Na kontakcie minerał-roztwór rozpuszczaniu sprzyja obecność defektów krystalicznych.Efektem takiego mechanizmu rozpuszczania jest powstawanie wżerów i form ostrokrawędzistych.

38 Objaśnij na wykresach zależność rozpuszczalności minerałów glinu, żelaza i krzemu od pH. Czy bezpieczniej jest trzymać kwasy czy zasady w szklanych naczyniach?

Rozpuszczalność minerałów glinu Al i żelaza Fe jest najniższa w roztworach obojętnych (o pH 6 - 8),a krzemu Si jest najniższa w roztworach kwaśnych. Dlatego pomiar pH w wodach naturalnych pozwala ocenić intensywność procesów wietrzenia.

39 Co to jest gleba i dlaczego ma taki profil?

Gleba-zwietrzała warstwa skorupy ziemskiej (do 2 m miąższości) wraz z żyjącymi w niej organizmami przemieszanymi z produktami ich rozkładu. Profil typowej gleby składa się z horyzontów: organicznego, wymywania, akumulacji i zwietrzeliny skały macierzystej.

40 Objaśnij znane ci mechanizmy nukleacji i krystalizacji z roztworów

Nukleacja poprzedza procesy krystalizacji (powstawanie zarodków - nanokryształów i mikrokryształów). Krystalizacja homogeniczna - gdy nukleacja i wzrost kryształów zachodzą w całej objętości roztworu. Zazwyczaj jej rezultatem są euherdalne kryształy. Krystalizacja heterogeniczna - gdy nukleacja i wzrost kryształów zachodzą na powierzchni ciał stałych obecnych w systemie. Zazwyczaj jej rezultatem są subherdalne kryształy przyczepione do powierzchni

41 W jaki sposób morfologia kryształów wytrącających się z roztworu pozwala wnioskować o mechanizmie krystalizacji?

Kryształy euhedralne powstały w wyniku krystalizacji homogenicznej, a gdy kryształy są subhedralne to powstały w wyniku krystalizacji heterogenicznej.

42 Omów z przykładami i rysunkami mechanizmy sorpcji.

Sorpcja w glebie-zatrzymywanie jonów, cząsteczek zawiesin, gazów i mikroorganizmów przez część sorbującą gleby zwaną kompleksem sorpcyjnym. - sorpcja wymienna - wiązanie jonów (głównie kationów) z równoczesnym wydzielaniem do roztworu glebowego równoważnych ilości innych jonów.- sorpcja biologiczna - zatrzymywanie składników chemicznych przy udziale drobnoustrojów glebowych i korzeni roślin.- sorpcja chemiczna - przejście form rozpuszczalnych w nierozpuszczalne wskutek reakcji chemicznych.- sorpcja fizyczna - osadzanie się drobin (gazów, mikroorganizmów itp.) na powierzchni stałych cząstek glebowych.- sorpcja mechaniczna - zatrzymywanie się cząstek zawiesin w mniejszych od nich przestworach glebowych

A)Niespecyficzna sorpcja fizyczna opiera się na słabych oddziaływaniach van der Waalsa lub elektrosta-tycznych i nie powstaje wiązanie chemiczne między substancją sorbowaną a sorbentem. Jony zachowują swoją otoczkę hydratacyjną. Metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych mają tendencję do takiej sorpcji. Mogą być wymieniane z innymi jonami z roztworu. Ten typ adsorpcji jest silnie zależny od ładunku na powierzchni i od pH roztworu.

B)Adsorpcja specyficzna (chemisorpcja) opiera się na powstaniu wiązania chemicznego (przy jednoczesnym częściowym lub całkowitym usunięciu otoczki hydratacyjnej) pomiędzy sorbowaną substancją w roztworze a powierzchnią sorbentu. Metale przejściowe chętnie sorbują się w ten sposób. Ten typ adsorpcji jest słabo zależny od ładunku na powierzchni sorbentu i od pH czy siły jonowej roztworu.

43 Dlaczego cząstki mineralne w zawiesinie wodnej lub w glebie mają na swej powierzchni ładunek elektryczny?

44 Na sedymentację osadów ma wpływ obecność ładunku na powierzchni cząstek. Co to za ładunek i skąd się bierze?

Wiele minerałów glebowych (np. minerały ilaste) posiada ładunek (zwykle ujemny) na powierzchni ziaren. Są cztery podstawowe przyczyny powstawania tego ładunku:1 Heterowalentna substytucja izomorficzna- Przykładem są podstawienia Al+3 za Si+4 w warstwie tetraedrycznej lub Mg+2 za Al+3 w warstwie oktaedrycznej minerałów ilastych 2Defekty kryształu-Częstym defektem w sieci krystalicznej smektytów jest brak Al+3 lub brak międzypakietowego Na+ czy K+. 3Zerwane wiązania-Zerwane lub niewysycone wiązania na krańcach blaszek dają w sumie ujemny ładunek przez nadmiar O-2 lub OH-.Główne źródło ładunku powierzchniowego dla kaolinitu, nie tak ważne u smektytów czy illitu. 4 Reakcje na powierzchni z utworzeniem centrów sorpcji-Ładunek powierzchniowy tlenków, wodoro tlenków, fosforanów czy węglanów powstaje przez jonizację grup na powierzchni lub przez reakcje z roztworem do utworzenia centrów sorpcji, np.: FeOH2+, lub FeOH,lub FeO-

45 Co to jest i jak powstaje izoterma? Narysuj i objaśnij, podpisz i objaśnij osie.

Izoterma-krzywa przedstawiająca zależność między dwoma parametrami stanu w stałej temperaturze Wykres przedstawiający zależność ilości zaadsorbowanego składnika przez jednostkę masy sorbentu od stężenia równowagowego w roztworze jest charakterystyczny dla danego układu i nazywa się izotermą, np. izoterma liniowa, izoterma Freundlicha czy izoterma Langmuira. Pomiar eksperymentalny przeprowadza się wytrząsając w stałej temperaturze jednakowe ilości powietrznie-suchej gleby (sorbentu) z roztworami o różnych stężeniach badanego składnika. Pomiar stężenia równowagowego pozwala wyliczyć ilość zaadsorbowaną z różnicy między stężeniem początkowym a równowagowym.

46 Procesy wietrzenia chemicznego: przyczyny, przykłady reakcji, pH, Eh i ich wzajemna relacja

Wietrzenie chemiczne, rodzaj wietrzenia doprowadzający do zmian chemicznych, czyli rozkładu skały. Podstawowym czynnikiem oddziałującym jest woda opadowa, wsiąkająca w głąb skały i zmieniająca jej skład chemiczny. przyczyną wietrzenia chemicznego jest termodynamiczna nietrwałość minerałów skałotwórczych na powierzchni ziemi.Przykłady: kongruentne rozpuszczanie forsterytu:Mg2SiO4 + 4H+ => 2Mg+2 + H4SiO4o wietrzenie fajalitu z towarzyszeniem utleniania Fe+2Fe2SiO4 + 0.5 O2 + 3H2O => 2(FeOOH) + H4SiO4o Kwasowość i potencjał oksydacyjno-redukcyjny łącznie określają prze-miany w środowisku a w tym również warunki wietrzenia. Wykresów pH-Eh używa się do przewidywania prze-biegu reakcji przy zmianie warunków środowiska.

47 Wytłumacz pojęcia pH i Eh i ich znaczenie dla geochemii środowiska.

pH jest definiowane jako ujemny logarytm z aktywności jonów wodorowych: pH = -log aH+ W roztworach obojętnych stężenie jonów wodorowych H+ i hydroksylowych OH- jest równe i wynosi 10-14 = 10-7, a więc pH = -log 10-7 = 7. Roztwory alkaliczne mają pH powyżej 7 a roztwory kwaśne mają pH poniżej 7. Eh- Elektrochemiczny pomiar potencjału elektrodowego Eh (potencjał redoks) pozwala na określenie czy reakcja przebiega samorzutnie w kierunku utleniania czy redukcji Znaczenie: Kwasowość i potencjał oksydacyjno-redukcyjny łącznie określają przemiany w środowisku a w tym również warunki wietrzenia. Wykresów pH-Eh używa się do przewidywania prze-biegu reakcji przy zmianie warunków środowiska.

48. Wyjaśnij w oparciu o regułę przekory, dlaczego rozpuszczaniu minerałów węglanowych sprzyja obniżanie pH.

Reguła przekory: system w równowadze chemicznej odpowiada na zakłócenie równowagi tak, aby zminimalizować wpływ zakłócenia.W związku z tym przy rozpuszczaniu min. Węglanowych obniza się pH bo reakcje zachadza z zwiazków kwaśnych,których rozpuszczenie prowadzi do zwiększania kwasowości a zmniejszenia zasadowosci czyli zmniejszenia pH w roztworze.

49. Wyjaśnij w oparciu o regułę przekory, dlaczego kalcyt „burzy z kwasem”

Kalcyt burzy z kwasem poniewarz,ponieważ zbudowany jest z reszty kwasu węglowego który jest słabszy od HCl.HCl odziaływuje na kalcyt i obserwójemy to jako burzenie.

50. Wyjaśnij w oparciu o regułę przekory, dlaczego wytrącaniu się kalcytu sprzyja obniżanie zawartości CO₂.

Wytrącaniu się kalcytu sprzyja obniżanie zawartości CO₂ bo pod wpływem wysokiego cisnienie w reakcjach w których uwalniane sa składniki gazowe wzrost cisnienia przeciwdziala zachodzeniu reakcji.Dwutlenek wegla uwalnia się przez strzeliny powstaje kalcyt a gdy reakcjia zachodzi nadal nastepuje dalsze uwalnianie dwutlenku co prowadzi do powst.wollastonitu.

51. Jak zmienia się rozpuszczalność kalcytu ze zmianą zawartości dwutlenku węgla w powietrzu P_CO2 ? Jakie ma to konsekwencje dla zjawisk krasowych? Wpływ temperatury najsilniej zaznacza się pośrednio poprzez wpływ na rozpuszczalność CO2: rozpuszczalność gazowego CO2 w wodzie zwiększa się ze spadkiem temperatury. Dlatego też:rozpuszczalność kalcytu (i innych minerałów węglanowych) zwiększa się ze spadkiem temperatury wody. Jednym z efektów powyższych zależności są zjawiska krasowe. Woda z jednej strony powoduje rozpuszczanie skał węglanowych i tworzenie się jaskiń.

52. W jaki sposób powstają jaskinie i nacieki jaskiniowe?

Woda z jednej strony powoduje rozpuszczanie skał węglanowych i tworzenie się jaskiń. Woda przesiąkająca z powierzchni zawiera więcej CO2 (m.in. z rozpadającej się substancji organicznej w glebach) a większe stężenie CO2 przesuwa równowagę reakcji w prawo. CaCO3 + CO2 (gaz) + H2O =>

Ca+2 + 2HCO3- Z drugiej strony woda w jaskiniach powoduje wytrącanie się nacieków węglanowych stalaktytów i stalagmitów.

Woda podziemna przesycona CO2 ulega na kontakcie z powietrzem odgazowaniu - zmniejszone stężenie CO2 sprzyja wytrącaniu węglanu wapnia przesuwając równowagę reakcji w lewo.

CaCO3 + CO2 (gaz) + H2O <= Ca+2 + 2HCO3-

53. W jaki sposób powstają trawertyny?

Trawertyny to inaczej martwica wapienna. Powstaja przez rozpuszczalność węglanu wapnia w wodach oceanu rośnie z głębokością: przy powierzchni wody oceaniczne są przesycone wobec kalcytu a w głębinach są niedosycone. Przyczyną tego jest wzrost ciśnienia i spadek temperatury wody, powodujące w sumie

wzrost stężenia CO2 rozpuszczonego w wodzie. CaCO3 + CO2 (gaz) + H2O <= Ca+2 + 2HCO3-

54. Jak zmienia się rozpuszczalność kalcytu z temperaturą? Jakie ma to konsekwencje dla osadów oceanicznych?

Rozpuszczalność kalcytu (i innych minerałów węglanowych) zwiększa się ze spadkiem temperatury wody. Rozpuszczalność węglanu wapnia w wodach oceanu rośnie z głębokością: przy powierzchni wody oceaniczne są przesycone wobec kalcytu a w głębinach są niedosycone. Przyczyną tego jest wzrost ciśnienia i spadek temperatury wody, powodujące w sumie wzrost stężenia CO2 rozpuszczonego w wodzie.

55. Jakie są mechanizmy transportu składników chemicznych w czasie diagenezy? Omów każdy z nich.

Transport związków chemicznych w roztworach porowych w czasie diagenezy odbywa się na drodze dyfuzji lub adwekcji. Towarzyszą im reakcje chemiczne zachodzące głównie na granicy minerał-roztwór.

Dyfuzja - składniki chemiczne przemieszczają się w nieruchomym medium, np. na skutek dążenia do wyrównania stężeń czy temperatury.

Adwekcja - składniki chemiczne są unoszone przez poruszające się medium (roztwór) na skutek różnic ciśnień hydrostatycznych.

56. W warstwie osadu napotkano na ..... jony w odległości .... m od granicy osadu. Wiedząc, że liczba Pecleta wynosi ... dla odległości L = .... cm, co możesz powiedzieć o mechanizmie migracji jonów w tej warstwie osadu?

Jony Mg+2 w odległości 2 m od granicy osadu. Wiedząc, że liczba Pecleta wynosi wynosi 1 dla L=0.5 cm. Możemy śmiało przyjąć, ze znalazł się on tam głownie na drodze adwekcji. Dyfuzja dominuje tylko w obrębie pierwszych 5 mm od granicy osadu, w którym odbywa się transport.

57. Jak odbywa się przemieszczanie związków chemicznych w osadach w czasie diagenezy i co ma z tym wspólnego liczba Pecleta?

Transport związków chemicznych w roztworach porowych w czasie diagenezy odbywa się na drodze dyfuzji lub adwekcji. Towarzyszą im reakcje chemiczne zachodzące głównie na granicy minerał-roztwór. Aby oszacować, który z procesów dominuje, wylicza się tzw. liczbę Pecleta: P = D / ULD - współczynnik dyfuzji składnika [m2/s]U - szybkość przepływu medium (roztworu) [m/s]L - odległość na jaką zawędrował składnik [m] Jeśli P >> 1 to dominuje dyfuzja Jeśli P < 1 to dominuje adwekcja

58. Na przykładzie ogólnym przebiegu procesu rozpuszczania soli skonfrontuj stosowanie podejścia kinetycznego i termodynamicznego w geochemii. Jak to się zmienia z temperaturą?

Proces rozpuszczania soli: Po zmieszaniu stężenie rozpuszczanych składników rośnie z czasem. Po czasie t1 roztwór osiąga stan nasycenia i stężenie rozpuszczonych składników przestaje zależeć od czasu - zależy tylko od osiągniętego stanu równowagi. Wysokotemperaturowe procesy magmowe czy metamorficzne zazwyczaj zachodzą szybko i mają wystarczająco dużo czasu aby osiągnąć równowagę. Dlatego do ich opisu zazwyczaj wystarczy podejście termodynamiczne. Niskotemperaturowe procesy hipergeniczne zachodzą wolno i mają zazwyczaj mniej czasu (w skali czasu geologicznego) do osiągnięcia równowagi. Dlatego do ich opisu niezbędne jest podejście kinetyczne.

59. Objaśnij wykres zmian stężenia roztworu w czasie rozpuszczania minerału i podaj, dlaczego opis termodynamiczny takich zjawisk geologicznych nie jest wystarczający.

Po zmieszaniu stężenie rozpuszczanych składników rośnie z czasem. Po czasie t1 roztwór osiąga stan nasycenia i stężenie rozpuszczonych składników przestaje zależeć od czasu - zależy tylko od osiągniętego stanu równowagi. Opis termodynamiczny takich zjawisk geologicznych nie jest wystarczający bo stosuje się go w przypadku procesów wysokotemp a wyst.rówiez proc.niskotemp do których niezbedny jest opis kinetyczny.

60. Czym różni się podejście kinetyczne od termodynamicznego w analizie procesów geochemicznych?

Wysokotemperaturowe procesy magmowe czy metamorficzne zazwyczaj zachodzą szybko i mają wystarczająco dużo czasu aby osiągnąć równowagę. Dlatego do ich opisu zazwyczaj wystarczy podejście termodynamiczne. Niskotemperaturowe procesy hipergeniczne zachodzą wolno i mają zazwyczaj mniej czasu (w skali czasu geologicznego) do osiągnięcia równowagi. Dlatego do ich opisu niezbędne jest podejście kinetyczne.

61. Czym różnią się reakcje zerowego rzędu od reakcji pierwszego rzędu? Podaj przykład.

Kinetyka reakcji zerowego rzędu.A => B R = k0 d[A] / dt = -ko = const. - szybkość reakcji nie zależy od stężenia substratów-szybkość reakcji zależy od innych czynników (np. reakcje rozpuszczania kontrolowane procesami powierzchniowymi, czy bakteryjna redukcja siarczanów do siarczków)- czas połowicznego rozpadu t1/2 = [Ao]/2ko

Kinetyka reakcji pierwszego rzędu. A => B R = k1 [A] - d[A] / dt = k1 . [A] ln [A]/[A0] = -k1 t- szybkość reakcji jest proporcjonalna liniowo do zmiany stężenia reagentów -przykładem jest rozpad promieniotwórczy -czas połowicznego rozpadu t1/2 = (ln2)/k1

62. Co to jest w kinetyce „rząd reakcji” i czym różnią się od siebie reakcje zerowego i pierwszego rzędu?

Szybkość reakcji zależy też od stężenia substratów:R = k [A]a . [B]b gdzie k jest stałą proporcjonalności, a jest zwane „rzędem reakcji względem A” zaś b to „rząd reakcji względem B”. Kinetyka reakcji zerowego rzędu.A => B R = k0 d[A] / dt = -ko = const. - szybkość reakcji nie zależy od stężenia substratów-szybkość reakcji zależy od innych czynników (np. reakcje rozpuszczania kontrolowane procesami powierzchniowymi, czy bakteryjna redukcja siarczanów do siarczków)- czas połowicznego rozpadu t1/2 = [Ao]/2ko. Kinetyka reakcji pierwszego rzędu. A => B R = k1 [A] - d[A] / dt = k1[A] ln [A]/[A0] = -k1 t - szybkość reakcji jest proporcjonalna liniowo do zmiany stężenia reagentów-przykładem jest rozpad promieniotwórczy -czas połowicznego rozpadu t1/2 = (ln2)/k1

63. Co to jest energia aktywacji i dlaczego kinetyka reakcji zależy od temperatury?

Energia aktywacji, najmniejsza energia jaką muszą posiadać cząsteczki substratów, by wskutek zderzenia tych cząsteczek, mogła zajść reakcja chemiczna. W przypadku reakcji, do których stosuje się prawo Arrheniusa,wyznaczana jest poprzez pomiar stałych szybkości reakcji w różnych temperaturach.Zależność stałej szybkości reakcji od temperatury.Szybkość zachodzenia reakcji w środowiskach geochemicznych zazwyczaj rośnie ze wzrostem temperatury. Wyraża to wzór Arrheniusa podający zależność stałej szybkości reakcji od temperatury:k = Ae-E/RTgdzie A jest stałą a E oznacza tzw. energię aktywacji. W wyższych temperaturach substancje posiadają energię termiczną pozwalającą łatwiej pokonać barierę energii aktywacji.

64. Jakie mogą być przyczyny częściowego przetopienia materiału płaszcza ziemi prowadzące do powstania magmy? Podaj przykłady.

Stopienie skał płaszcza może zajść w wyniku :1)wzrostu temperatury; 2)spadku ciśnienia; 3)dostarczeniafluidów, np. pary wodnej. Przykłady stopienia skał płaszcza w wyniku dostarczenia fluidów: dostarczenie pary wodnej jest m.in. przyczyną częściowego przetopienia skał w strefie ponad płatem subdukcji.

65. Jak nasycenie krzemionką odbija się na składzie mineralnym skał magmowych? Dlaczego tak jest?

•kwaśne, pow. 65% wag. SiO2, granit, ryolit• obojętne, 53-65% wag. SiO2, dioryt, andezyt• zasadowe, 44-53% wag. SiO2, gabro, noryt, bazalt• ultrazasadowe, poniżej 44% wag. SiO2, dunity, perydotyty, piroksenity. Minerały „nasycone krzemionką” to np. kwarc, skalenie, pirokseny. Minerały „niedosycone” krzemionką to np. forsteryt, nefelin.Te minerały nigdy nie występują razem w tej samej skale magmowej, ich obecność prowadziłaby do reakcji, np. : Kwarc + Nefelin => AlbitSkały przesycone krzemionką: zawierają minerały nasycone krzemionką, np. kwarc, skalenie, pirokseny.Skały nasycone krzemionką: nie zawierają ani kwarcu ani minerałów niedosyconych krzemionką.Skały niedosycone krzemionką: zawierają minerały niedosycone krzemionką, np. forsteryt, nefelin.

66. Co to jest CIPW? Dlaczego i w jaki sposób jest stosowane?

CIPW jest jedną z metod klasyfikacji chemicznej skał wylewnych (Cross, Iddings, Pirsson, Washington, 1919). Polega ona na przeliczeniu analizy chemicznej skały na listę umownych minerałów, tzw. minerałów normatywnych. Stosowany do rozróżnienia bazaltów na diagramie TAS .

67. Do czego może służyć analiza chemiczna skały magmowej? Co to jest MORB?

Słuzy do analizy próbek,powietrza,wody,gazów wulk.,skał,minerałow,gleb,czy mat syntetycznych lub odpadowych mających zwiazek z naszym srod.naturalnym(ścieki,spaliny).Celem analizy jest zazwyczaj okreslenie składu subst. albo pomiar zmian zachodzących w czsie lub na pewnej przestrzeni dla opisania zachodzących procesów. W tym celu wykonuje się analize jakościową albo ilościową.MORB Mid-ocean ridge basalt-bazalty oceanicznych grzbietów.

68. Co to są REE i jak przedstawia się ich zawartość w próbce? Dlaczego tak?

Pierwiastki ziem rzadkich REE (o liczbie atomowej od 57 do 71, lantanowce) są obecne w skałach w ilościach rzędu ppm. Ich zawartości są prezentowane na wykresach po znormalizowaniu do zawartości w meteorytach kamiennych (do chondrytów). Chondryty zaostały wybrane do norm. Bo ich sład chem odpowiada niemal dokladnie składowi materii słonecznej.

69. Co to jest diagram fazowy i jak może być użyty do interpretacji krystalizacji ze stopu magmowego?

Diagram fazowy plagioklazów jest wykresem pozwalającym skorelować przyczyny ich budowy zonalnej ze zmianą składu chemicznego stopu magmowego w czasie krystalizacji. Stop magmowy o składzie a (~65% składu anortytu i 35% albitu) i o temperaturze niemal 1600oC zaczyna stygnąć. W temperaturze poniżej 1500oC (punkt f) zaczynają pojawiać się pierwsze kryształy plagioklazu, który ma skład taki jak rzut punktu g na oś poziomą (90% anortytu i 10% albitu). Z dalszym spadkiem temperatury powstaje coraz więcej kryształów (lub kolejne warstwy tego samego kryształu). Są one coraz bogatsze w albit (od punktu g do i). Wreszcie w temperaturze ok. 1350oC (punkt i) cały stop jest zużyty i krystalizacja jest zakończona.

70. Co wiesz o współczynniku podziału K_D pierwiastków śladowych w skałach magmowych? -

Współczynnik podziału KD między układ minerał - stop magmowy pozwala wyróżnić pierwiastki śladowe dopasowane (KD>1) i pierwiastki niedopasowane (KD<1).

71. Przyczyny dystrybucji pierwiastków śladowych w skałach magmowych?

Co najmniej pięć czynników decyduje o dystrybucji pierwiastków śladowych w skałach magmowych:

1)   skład pierwotnego materiału

2)   procesy częściowego przetopienia

3)   kontaminacja (mieszanie i asymilacja)

4)   frakcjonalna krystalizacja

5)   obecność składników lotnych

72. Podaj przykłady petrogenetycznego wykorzystywania analiz zawartości pierwiastków głównych w skałach magmowych.

73. Podaj przykłady petrogenetycznego wykorzystywania analiz zawartości pierwiastków śladowych w skałach magmowych.

74. Omów zmienność składu chemicznego skał klastycznych. Piaskowce mogą być uważane za fizyczne koncentraty kwarcu, wapienie za chemiczne koncentraty węglanów, zaś łupki są kombinacją minerałów detrytycznych, wtórnych i precypitatów. Na skład wszystkich skał osadowych ma jeszcze wielki wpływ powstawanie minerałów autigenicznych. Analiza chemiczna piaskowca niewiele mówi o jego składzie mineralnym czy genezie. Porównania analiz różnych skał muszą być ostrożne, gdyż skład zależny jest w pewnym stopniu od wielkości uziarnienia: ze spadkiem rozmiarów ziaren zazwyczaj pada SiO2 a wzrasta nieco Al2O3, K2O i tlenki żelaza. Zazwyczaj spowodowane jest to spadkiem udziału kwarcu a wzrostem procentowego udziału minerałów ilastych.W czystych piaskowcach o spoiwie krzemionko-wym zawartość SiO2 może przekraczać 99% wag. W piaskowcach arkozowych obserwuje się wysokie zawartości Al2O3, K2O, Na2O i CaO. Podwyższone zawartości Fe* (żelazo całkowite) pochodzą zazwyczaj od tlenków i siarczków a MgO od min. ilastych, węglanów i chlorytów. Wysoka zawartość CaO i CO2 koreluje się z obecnością spoiwa węglanowego. Śladowe tlenki jak TiO2, P2O5 czy MnO pochodzą często od minerałów akcesorycznych.

75. Omów zmienność składu chemicznego skał węglanowych i ewaporatów.

WAPIENIE - wapienie charakteryzują się dość monotonnym składem chemicznym z CaO i CO2 będącymi głównymi składnikami. Zawartość MgO powyżej 3% wag. świadczy zazwyczaj o obecności domieszek dolomitu. DOLOMITY - Zawartość MgO w skałach dolomitycznych przekracza 19% wag. Minerał dolomit nie powstaje bezpośrednio przez krystalizację z roztworu ze względu na powolną kinetykę reakcji. Dolomity powstają przez zastępowanie kalcytu i aragonitu dolomitem.

EWAPORATY - Woda morska zawiera Na+ i Cl- jako główne jony, ponadto SO4-2, Mg+2, Ca+2, K+. Podczas odparowywania teoretyczna sekwencja krystalizacji obejmuje gips, anhydryt, halit i różne sole potasowe i magnezowe. Gips krystalizuje przez halitem bo ma niższą rozpuszczalność. Polihalit krystalizuje po halicie bo stężenie składników do jego budowy jest w wodzie morskiej niskie. Wbrew przewidywaniom teoretycznym, anhydryt prawie nigdy nie powstaje jako pierwotny minerał bezpośrednio z odparowania lecz jako wtórny z przeobrażenia gipsu.

76. Jakie znasz czynniki fizykochemiczne prowadzące do powstania skał metamorficznych? W jaki sposób działają?

Głównymi czynnikami metamorfizmu są: ciepło = podwyższona temperatura, ciśnienie, fluidy powodujące wędrówkę substancji.

Źródłem ciepła mogą być: stygnąca intruzja magmowa oddająca ciepło do skał otaczających, ciepło krystalizacji krzepnącej intruzji magmowej, ciepło wnętrza Ziemi w zależności od stopnia geotermicznego i głębokości, rozpad pierwiastków promieniotwórczych, egzotermiczne reakcje chemiczne, ciepło wydzielane przy tarciu w czasie ruchów tektonicznych.

Ciśnienie : 1) litostatyczne ciśnienie nadkładu na skały położone na głębokości, działa jak ciśnienie hydrostatyczne, jest bezkierunkowe i jednakowe ze wszystkich stron; powoduje redukcję objętości i wzrost gęstości skały,

2) ciśnienie kierunkowe, powstałe podczas ruchów tektonicznych: przy małym ciśnieniu litostatycznym może powodować pęknięcia, przy dużym ciśnieniu litostatycznym może powodować płynięcie, 3) ciśnienie uderzeniowe

Fluidy i wędrówka substancji : Na temat ilości, składu i roli fluidów w metamorfizmie trwa wciąż dyskusja. Ich obecność przejawia się jedynie pośrednio: w próbce skały metamorficznej na powierzchni ziemi nie ma już żadnych fluidów za wyjątkiem ciekłych inkluzji w minerałach. Przypuszcza się, że głównymi składnikami są przegrzana para wodna i CO2, z dodatkiem wielu pierwiastków śladowych.

77. Dlaczego skały metamorficzne istnieją na powierzchni ziemi, choć z termodynamicznego punktu widzenia nie powinny?

Powstawanie minerałów wysoko- temperaturowych jest procesem odwracalnym. Teoretycznie więc po spadku temperatury powinny znów powstać minerały trwałe w niskich temperaturach. Gdyby tak było skały metamorficzne nie odsłaniałyby się na powierzchni Ziemi. W praktyce procesy przemiany po spadku temperatur są pomijalnie wolne: minerały wysokotemperaturowe spotykane w warunkach powierzchniowych nazywamy minerałami metatrwałymi.

78. Podaj przykłady przemian chemicznych w wyniku procesów metamorficznych.

Większość petrologów wyróżnia: metamorfizm izochemiczny (po prostu metamorfizm, w którym skład chemiczny skały jako całości nie uległ zasadniczym zmianom, reakcje w układzie zamkniętym); metasomatyzm (w którym w wyniku udziału fluidów jedne składniki zostały doprowadzone a inne odprowadzone w wyniku czego skład chemiczny skały uległ istotnej modyfikacji, reakcje w układzie otwartym).

79. Podaj i zobrazuj na przykładzie działanie reguły przekory

. Reguła przekory: system w równowadze chemicznej odpowiada na zakłócenie równowagi tak, aby zminimalizować wpływ zakłócenia.

Kalcyt + Kwarc <=> Wollastonit + CO2

W niskich ciśnieniach przy temp. ok. 500 oC. W wysokich ciśnieniach przy temp. ok. 800 oC. CaCO3 + 4 SiO2 <=> CaSiO3 + CO2 Kalcyt + Kwarc <=> Wollastonit + CO2.

Równowaga jest kontrolowana przez ciśnienie CO2. Gdy CO2 jest uwalniany szczelinami - powstaje więcej wollastonitu.

80. Omów regułę przekory na przykładzie tworzenia się wollastonitu w warunkach metamorfizmu kontaktowego.

81. Przedstaw przykładowe reakcje zachodzące w czasie metamorfizmu. Co jest przyczyną zachodzenia tych
reakcji?

82. Objaśnij załączony wykres i wytłumacz, dlaczego skład mineralny skał metamorficznych odpowiada zazwyczaj najwyższym osiągniętym facjom.

83.W jakim celu stosuje się diagramy facjalne?

Dla uchwycenia związków między składem mineralnym skał metamorficznych a ich chemizmem. Diagram AFM służy do odróżnienia bazaltów alkalicznych od toleitowych na podst.ilości alkaliów Fe/Mg. Służy do identyfik.skał magm.powst.w wyniku dyferencjacji.

84. W jaki sposób diagram fazowy odmian polimorficznych Al₂SiO₅ koreluje się z facjami metamorfizmu i środowiskiem geotektonicznym procesów metamorficznych? Podaj przykłady

85.Omów zasadę i sposoby przeprowadzania oznaczeń ciśnień i temperatur metamorficznych.

Określenie ciśnień i temp.powst.skał metamorf. Jest decydujące przy interpret.ich genezy. Równanie Calpeyrona dP/dT=ΔS/ΔV Pole trwałości na diagramie P/T. Pole wysokotemperaturowe=pole wys.entropii. Pole wysokociśnieniowe=pole niskiej objętości. ΔS>0 to C+D są po str.wysokotemp(I,II) ΔS<0 to C+D są po str.niskotemper.(II,III) ΔV>0 to C+D są po str.niskich ciśnień(I,III) ΔV<0 to C+D są po str.wysokich ciśnień(II,IV)

86.Jakie są oznaczenia geotermobarometrycznych?

Badane minerały tworzą równowagową paragenezę. Parageneza ta nie zmieniła się od czasu osiągnięcia równowagi w głębi ziemi.

87.Izotopy-to odmiany tego samego pierwiastka różniące się masą(czyli liczbą neutronów w jądrze).Oznaczamy je podając symbol pierwiastków pierwiastków liczby masowej np.C¹⁴;238U;40Ar.Atom węgla o liczbie atomowej 6 może mieć liczbę masową 12,13 lub 14 w zależności od liczby neutronów w jądrze.

88.Pierwiastek-zbiór atomów o tej samej liczbie p⁺w jądrze.Izotop-to odmiany tego samego pierwiastka różniące się liczbą n⁰.Nuklid-atomy poszczególnych izotopów

89.Do czego służy analiza z użyciem spektrometru masowego?

Jest to urządzenie pozwalające odróżnić i zliczyć pojedyncze atomy według ich masy: może więc osobno oznaczać izotopy tego samego pierwiastka.

90. Rozpad promieniotwórczy z wydzieleniem cząstek α powoduje często uszkodzenia struktury krystalicznej. Jak się to wykorzystuje w geochronologii?

91.Omów kinetykę przemian promieniotwórczych.

Koncepcja czasu połowicznego rozpadu. Prędkość rozpadu promieniotwórczego jest proporcjonalna do ilości atomów promieniotwórczego nuklidu. Stała proporcjonalności γ nazywa się stałą rozpadu i jest charakterystyczna dla każdego promieniotwórczego nuklidu. A=>B d[A]/dt=- γ*[A]

92.Podaj założenia geochronologii-szybkość przemiany promieniotwórczej jest stała bez względu na zmianę P,T i reakcji chemicznej. Z upływem czasu geol.ubywa izotopów macierzystych macierzystych jednocześnie przybywa innych. Wykorzystujemy to w datowaniu min.i skał.

93.Na czym polega oznaczenie wieku metodą Rb-Sr?

Zalety i wady tej metody w porówn.z K-Ar. Z 2 izotopów rubidu(85 i 87 Rb)ostatni jest promieniotwórczy i stanowi ok.87%. Jego przemiana β prowadzi do powst.izotopu strontu(87 Sr) Metodę tą stosuje się najczęściej do kompleksów skał magmowych i metamorficznych. Udaje się też datować autogeniczny glaukonit w skałach osadowych. W metodzie K-Ar nie da się stwierdzić czy otrzymany wynik jest dobrą datą czy też złą datą. Nigdy nie powinna być stosowana w oderwaniu od innych metod

94.Dlaczego cyrkon tak dobrze nadaje się do oznaczenia wieku met.U-Th-Pb?

Minerał ten ma pozycję strukturalną zdolną pomieścić duże,niekompatybilne jony Uranu i Thoru.

95.Podaj zasady i zalety datowania metodą U-Th-Pb.

Metoda ta jest najbardziej skomplikowaną ale jedną z najbardziej użytecznych,ponieważ 238U i 235U ulegają rozpadowi i z różną prędkością.Można też zastosować system 207Pb i 206Pb. Stosuje się głównie do datowania cyrkonu,apatytu,monacytu ze skał magm.i metamorf.

96.Na czym polega datowanie metodą Ar-Ar? Jakie ma zalety do K-Ar?

W met.tej poddaje się napromieniowaniu neutronami w reaktorze powodując przemianę części trwałego 39K w izotop 39Ar. Próbka następnie jest podgrzewana od 500'C do 1000'C. Po każdym podgrzaniu mierzy się stosunek izotopów Argonu wydzielających się z próbki. Dzięki metodzie K-Ar-otrzymamy daty z dyfuzji i utraty Argonu ze struktury kryształu. Metoda Ar-Ar pozwala ominąć te trudności. Wykorzystuje tu promieniotwórczość wzbudzoną.

97.Objaśnij na przykładzie pojęcie temperatury zamknięcia i omów koncepcję termochronologii.

Jest to temp. W jakiej następuje włączenie się zegara chronologicznego. Inaczej temp.poniżej której min.staje się zamknięty na dyfuzje produktów przemiany promieniotwórczej. Pozwala to wyznaczyć historię metamorficzną kompleksu lub określić stygnięcia skał wulkanicznych.

98.Na czym polega datow.C14?

Zalety izotopów ograniczenia. Ma ogromne zastosowanie do najmłodszych utw.geol. oraz izotopów geoarcheologii. Met.tę można stosować jedynie do subst.org.jak drzewo,skóra,torf. Zawart.C14 w atmosferze izotopów izotopów żywych org.jest stała. Po śmierci org.nie wymien.już węgla z otoczeniem i il.C14 systematycznie maleje. Czas jaki upłynął od tego momętu wyznacza się mierząc radioaktywność próbki która zanika wraz zanikaniem radioaktywnego węgla.

99.Oznaczenie izotopów stałych ma na celu określenie delty dla izotopu lekkiego czy ciężkiego?

Objaśnij znaczenie tych terminówi ich stosowanie. Masa jest cechą różniącą między sobą izotopy stałe.W wyniku parowania i skraplania można rozrónić izotopy lekkie od ciężkich.Izotopy ciężkie-tworzą silniejsze wiązania kowalencyjne(powst.twardsze związki).Izotopy lekkie-reagują szybciej dzięki słabszym wiązaniom.Dyfundują szybciej i szybciej przechodzą do fazy gazowej w czasie parowania.

100.Co to jest frakcjonacja izotopów?

Przyczyną zmiany proporcji izotopów w wyniku procesów geol.Szybkość niektórych przemian chem. i fiz. Zależy częściowo od masy atomów-a ta właśnie masa jest podstawową cechą różniącą miedzy sobą izotopy stałe.W wyniku frakcjio.proporcje pom. Lekkimi a ciężkimi izotopami tego samego pier.ulegają zmianie np.podczas parowania lub skraplania.Frakcjo. jest istotna tylko dla lekkich pier.Dla izotopów tlenu8Oi6O czy 1Hi2H (11,11% i 50% jest wystarczająco duża żeby powodować mierzalną frakcję izotopu) Dlaczego izotopy ulegają frakcjonacji? Atomy ciężkiego izotopu tworzą nieco silniejsze wiązania kowalencyjne. Dlatego związki złoż. Z ciężkich izotopów są nieco trwalsze. Różnica w sile wiązań między atomami izotopów wpływa na szybkość reakcji.

101.Dlaczego w różnych procesach geolog.zmienia się skład izotopowy składników?

Na czym to zjawisko polega?Czy zachodzi dla wszystkich izotopów?Przyczyną jest frakcjonacja izotopow czyli szybkość niektórych przemian chemicznych chemicznych fizycznych,zależy częściowo od masy atomów

102. Czy chmury są „lekkie” czy „ciężkie”? Dlaczego? Czy w miarę opadów chmury stają się „lżejsze czy „cięższe”? Dlaczego?

103.Procesy które utrzymują skład atmosfery-

a)bezpośrednie rozpuszczanie w oceanie b)udział w proc. fizjologicznych biosfery c)uciekanie w kosmos d)reakcje chemiczne i fotochemiczne e)erupcje wulkaniczne

104.Rola ozonu w atmosferze-

ozon tworzy warstwę ochronną od której odbijają się promienie UV.

105.Efekt cieplarniany-

wzrost temp.na powierzchni ziemi. CO₂ przepuszcza częśc widzialną widma na ziemię i zatrzymuje długofalowe promieniowanie podczerwone(ciepłe)które wypromieniowała ziemia. W wyniku tego temp.na pow.ziemi wzrasta. Gazy cieplarniane-H2O,CO2, NOx,metan,freon,SO2.

106.Co to są kwaśne deszcze?

Powst.w wyniku utleniania SO2 do SO3.Tworzy się kwas siarkowy,który powoduje korozję budynków.

107. Skąd się wzięły pierwiastki chemiczne?

108. Jak powstają pierwiastki chemiczne? Skąd wzięły się na Ziemi?

109. Wytłumacz na przykładach, dlaczego ilość (zawartość) różnych pierwiastków we Wszechświecie nie jest jednakowa.

110.Dlaczego jednych pierw.jest więcej we Wszechświecie niż innych?

Zawartość pierwiastka we wszechśw.maleje ze wzrostem Lb.atomowej.Li,B,Be. Są nieproporcjonalnie nieliczne. Fe i pierw.o zbliż.Lb.atom.są nieproporcjonalnie liczniejsze od innych. Pierw.o parzystej Lb.atom. są x10 liczniej.niż te o nieparz.Lb.atom.

111. Z czego bierze się niestabilność jąder izotopów promieniotwórczych? Podaj i omów przykłady przemian promieniotwórczych.

112. Porównaj zasadę działania, wady i zalety AAS i ICP. Który z instrumentów poleciłbyś zakupić do swojej firmy geochemicznej i dlaczego?

AAS jest metodą analityczną umożliwiającą specyficzne oznaczanie zawartości różnych pierwiastków, zwłaszcza metali. W skład spektrofotometru AAS wchodzi źródło promieniowania charakterystycznego, atomizer umożliwiający wytworzenie gazu atomowego, monochromator (np. siatka dyfrakcyjna) oraz detektor (fotopowielacz). Sekretem instrumentu są dwa elementy:1) Użycie lampy, której katoda zbudowana jest z takiego samego pierwiastka jak pierwiastek analizowany w próbce. Powoduje to, że każdy pierwiastek musi być analizowany osobno przy użyciu innej lampy. 2) odpowiedni atomizer przeprowadzający roztwór w pary atomów. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest płomieniowa AAS, gdzie atomizerem jest palący się gaz, ale znane są też inne metody atomizacji. ICPJest to obecnie czołowa technika analizy pierwiastkowej roztworów. Zamiast absorpcji wykorzystuje ona charakterystyczne promieniowanie świetlne emitowane przez pierwiastki w czasie ich wzbudzeniu przez podgrzanie do bardzo wysokich temperatur w strumieniu plazmy. Intensywność promieniowania, proporcjonalna do stężenia w roztworze wprowadzanym do plazmy, jest rejestrowana i mierzona fotodetektorem. Podobnie jak AAS, ICP wymaga każdorazowo kalibracji przez przeanalizowanie zestawu wzorców o znanym stężeniu i wykreślenie krzywej zależności intensywności promieniowania od stężenia.

113. Metody XRF, XRD i mikrosonda elektronowa wykorzystują promieniowanie rentgenowskie do analiz. Porównaj różnice w wykorzystaniu tego zjawiska i w zastosowaniu tych metod.

XRF - Fluorescencja rentgenowska, metoda analiz chemicznych pozwalająca określić skład pierwiastkowy badanej próbki (analiza jakościowa) i oznaczyć ilość (zawartość) tych pierwiastków (analiza ilościowa). Mikrosonda elektronowa identyfikuje fazę mineralną i pozwala wyliczyć precyzyjnie jej skład chemiczny. Próbkę w postaci zgładu napyla się grafitem lub złotem i poddaje działaniu promieniowania. Otrzymuje się charakterystyczne widmo z pikami dla poszczególnych pierwiastków. Metoda ta nie powoduje zniszczenia próbki. Pozwala określić skład pierwiastkowy danej fazy mineralnej. XRD - dyfraktometria rentgenowska metodą proszkową. Metoda rentgenograficzna wykorzystywana jest do identyfikacji minerałów i badania ich struktury krystalicznej. Wykorzystuje się tu zjawisko dyfrakcji promieni X na krysztale. Promieniowanie padając na kryształ ulega normalnie osłabieniu przez rozproszenie na atomach kryształu.

1

T

P

---