WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 39 |

«СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ РОЛЬ В ОХРАНЕ ПОЧВ Москва 2010 0 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. ДОКУЧАЕВА Ю. Н. ВОДЯНИЦКИЙ СОЕДИНЕНИЯ ...»

-- [ Страница 19 ] --

По сравнению с (гидр)оксидами железа слоистые силикаты относятся к низко ожелезненным минералам. Между тем есть определенная зависимость между степенью ожелезненности минералов и их ответом на редукцию Fe(III). Минералы с высокой концентрацией Fe(III) в пределах 58–70%, т.е. (гидр)оксиды, если они тонкие и слабоокристаллизованные, в результате редукции полностью растворяются (Водяницкий, 2003). Силикаты со средней концентрацией Fe(III) 4–58%, сначала теряют железо и другие элементы, а затем растворяются. В слоистых силикатах с содержанием Fe(III) 4% редукция носит обычно твердофазный характер, и их частицы сохраняются, несмотря на восстановительные условия. Это градация приблизительная, так как не учитывает положения Fe в решетке силикатов, что влияет на растворимость. Но в целом, данная зависимость соблюдается. Второе, что сильно воздействует на разрушение глинистых железосодержащих минералов это – кислая реакция среды.

Соколова и др. (2005, с. 154) характеризуют разрушение глинистых минералов как «полное (конгруэнтное) их растворение или инконгруэнтное растворение с потерей окристаллизованности и образованием аморфных продуктов или окристаллизованных соединений, не относящихся к подклассу слоистых силикатов». В кристаллических решетках глинистых минералов действуют различные типы химических связей. Наиболее прочная связь существует в тетраэдрах между ионами Si и O. Связи Al–O в тетраэдрах менее прочны, поэтому в условиях, обеспечивающих миграцию Al, наблюдается его преимущественный по сравнению с Si переход в раствор и остаточное накопление Si в виде опала или тридимита.

Переходу Al в раствор способствуют кислая реакция среды и наличие в растворе органических кислот с высокой комплексообразующей способностью (Соколова и др., 2005).

Разрушение глинистых частиц идет последовательно в согласии с термодинамической устойчивостью минералов, которая возрастает в ряду: триоктаэдрические слюды и хлориты диоктаэдрические слюды вермикулиты смектиты почвенные хлориты каолиниты (Соколова и др., 2005). Очевидно, что механизм растворения ожелезненных глинистых минералов в восстановительной среде будет отличаться от механизма растворения «безжелезистых» минералов. Биологическая редукция Fe(III)-филлосиликатов в последние годы интенсивно изучается микробиологами.

Особенности редукции Fe(III)-филлосиликатов Филлосиликаты – современное название слоистых силикатов, к которым относятся слюды, хлориты, каолинит, смектиты, вермикулит, серпентины и др.

Модельные опыты. Наиболее заметно редукция Fe(III) в составе филлосиликатов проявляется при промывном режиме. Особенно ощутим вклад редукции Fe(III)филлосиликатов в легких почвах, где отношение содержания восстановителя к количеству Fe(III)-филлосиликатов достигает максимума. Очевидно, что редукция Fe(III)-филлосиликатов вместо (гидр)оксидов железа развивается в почвах, где оксидов железа мало.

Многочисленные исследования в последние годы достоверно доказали реальность микробной редукции структурного Fe(III) в глинистых минералах (Kostka et al., 1996; Kostka et al., 1999; Lovley, 2001; Lovley, Blunt-Harris, 1999; Lovley et al., 1996). В редукции участвуют бактерии видов Geobacter и Shewanella.

Таким образом, к известным механизмам распада слоистых силикатов: кислотному гидролизу и комплексообразованию с участием сильных комплексонов (Соколова и др., 2005), можно прибавить и биологическую редукцию структурного Fe(III), если она необратима.

Изучение микробной редукции Fe(III) в решетке глинистых минералах очень важно для биохимиков и почвоведов по нескольким причинам. Во-первых, редукция Fe(III) в окристаллизованных глинистых минералах ведет к фундаментальному изменению физикохимических свойств у глинистых почв, что влияет на их сельскохозяйственные и экологические свойства в период переувлажнения. Во-вторых, в результате редукционного обезжелезнения и распада филлосиликатов образуются новые, модифицированные и биогенные минералы, которые можно использовать для диагностики этого типа переувлажнения почв. В-третьих, эти исследования позволяют уточнить биогеохимический цикл Fe при редукционном метаморфизме Fe(III)-филлосиликатов.

Восстановление структурного Fe при сохранении частиц филлосиликатов изменяет многие физико-химические свойства почв. Химическая редукция структурного Fe(III) влияет на набухание (Gates et al, 1998; Stucki, Low et al., 1984), емкость катионного обмена (ЕКО) (Khaled, Stucki, 1991; Stucki, Golden, Roth, 1984), удельную поверхность, цвет и магнитное взаимодействие (Lear, Stucki 1987; 1990).

Рассмотрим опыты со слабоожелезненной фракцией 0.5–2 мкм монтмориллонита Уптон, содержащего 2.9% Fe вал (Kostka et al., 1999). Редукция структурного Fe(III) приводит к изменению физических свойств смектита. Давление набухания снизилось на 40% в бактериально редуцированном минерале по сравнению с исходными и реокисленными образцами. Снижение набухания согласуется с уменьшением удельной поверхности за счет изменения заряда минералов. Удельная поверхность уменьшилась на 366 м2/г (46%), а емкость катионного обмена возросла с 0.85 до 0.98 мг-экв/г. После повторного окисления все показатели образцов приблизились к таковым для исходных, хотя и не достигли исходного уровня, что говорит о необратимости эффектов.

Редукция структурного Fe3+ существенно изменяет цвет смектитов. В одном из опытов смектиты химически редуцировали путем обработки восстановителем – дитионитом Na в буферном растворе смеси цитрата и бикарбоната Na при температуре 70С в инертной атмосфере реактора (Fialips et al., 2002). В зависимости от времени редукции от 10 до 240 мин получены разные отношения Fe(II):[Fe(II) + Fe(III)] от 0.2 до 1.0. Часть этих восстановленных образцов была реокислена путем пропуска газа О2 через глинистую суспензию при температуре 70С в течение 8–12 ч. После редукции Fe3+ существенно менялся цвет смектитов.



По мере увеличения длительности редукции (т.е. по мере роста доли Fe2+) вплоть до 240 мин цвет смектита последовательно становился желтовато-зеленым, изумрудно-зеленым, синезеленым, темно-голубым, светло-голубым, серым и светло-серым (Fialips et al., 2002). Таким образом, цвет четко характеризует изменения уровня редукции Fe3+, и серый цвет отражает полную редукцию структурного железа (Komadel et al., 1990; Lear, Stucki, 1987).

После реокисления почти все Fe(II) обратно конвертировалось в Fe(III), но цвет реокисленных образцов отличался от исходного смектита до редукции. Короткое время редукции мало изменило цвет вновь окисленного смектита по сравнению с цветом исходного образца, но после длительной (240 мин) редукции реокисленной смектит изменился и стал бурым. Это объясняется разрушением структуры кристаллов смектита в ходе редукции; бурый цвет отражает формирование тонких частиц (гидр)оксидов железа в ходе повторного окисления. Другими словами, произошло высвобождение части Fe из структуры глинистого кристалла при редукции и последующим окислении. Данные лабораторные опыты согласуются с полевыми наблюдениями Корнблюма, отметившего изменение оливкового летнего цвета пойменных глинистых почв поймы Ахтубы после зимнего окисления на бурый (Корнблюм, 1978). Интересно, что он это явление объяснял так же, как современные минералоги и микробиологи (Fialips et al, 2002).

Примеры превращения Fe(III)-филлосиликатов в переувлаженных почвах. Опыты показывают, что механизм редукции Fe(III), т.е. твердофазного превращения или полного растворения, зависит от содержания Fe в структуре филлосиликата: с увеличением содержания Fe вероятность растворения глинистого минерала возрастает. Последствия этого могут быть различными. При растворении ожелезненной глины все поллютанты, ассоциированные с ней, освободятся и перейдут в раствор или закрепятся в составе новых минералов-носителей. Эти процессы могут быть как полезными, так и вредными для человека. При твердофазной конверсии подвижность поллютантов изменяется слабо.

Растворение сильноожелезненных Fe-филлосиликатов заметно влияет на почву. Это подтверждают не только лабораторные опыты, когда распадаются и образуются новые обезжелезненные слоистые силикаты, но и исследования оксидогенеза железа в почвах.

Твердо установлено, что в большинстве почв доля (гидр)оксидов железа больше, чем в материнской породе, а доля силикатного Fe – меньше (Водяницкий, 2003; Murad, Fischer, 1988, Schwertmann, 1988). Эта закономерность проявляется наиболее сильно в гумидных регионах, за счет биологической редукции в период повышения влажности, а также под воздействием сильных органических комплексонов и за счет сильной кислотности почв, суммарно влияющих на деструкцию Fe-филлосиликатов.

В почве, где присутствуют разные источники Fe(III), как (гидр)оксиды железа, так Fe(III)содержащие слоистые силикаты, в первую очередь подвергаются редукции наименее упорядоченные и дисперсные Fe-минералы, независимо от их видовой принадлежности. Пока не выявлены ряды устойчивости к редукции Fe-минералов разных видов, будем пользоваться индексом выветривания минералов с размерами 2мкм, составленным Джексоном (Боул и др., 1977). В этом ряду первое место занимают неустойчивые соли (гипс, галит). Fe-содержащие слоистые силикаты по устойчивости занимают 7–10 места. (Гидр)оксиды железа (гематит и гетит) рассматриваются как более устойчивые и находятся на 12 месте. Железоредуцирующие бактерии в первую очередь восстанавливают такие неупорядоченные гидроксиды, как ферригидрит и рентгеноаморфная гидроокись железа Fe(ОН)3. Их положение в ряду Джексона не определено, но, вероятно, близко к положению Fe-смектитов. Таким образом, в глинистой почве сосуществуют минералогически разные, но биологически примерно одинаково доступные для редукции источники Fe(III): (гидр)оксиды железа и Fe(III)-содержащие слоистые силикаты. Следовательно, в гидроморфной почве можно ожидать потери как свободного, так и силикатного Fe(III). Модельные опыты это подтверждают.

Обратимся к модельному опыту Зайдельмана (1992) по оглеению двух видов суглинка и песка. Приведем результаты этих модельных опытов, дополнив их несколькими критериями (табл. 19).

Количество железа в составе силикатов мы подсчитывали из разницы (Fe2О3)сил = (Fe2O3)вал – (Fe2O3)дит, допуская в первом приближении, что ДЦБ не растворяет Fe(II)минералы. Кроме того, подсчитывали уменьшение количества разных форм Fe(III) в результате редукции. Снижение количества Fe(III) в составе (гидр)оксидов железа (Fe2О3)дит (%) мы определяли из разницы:

а в составе силикатов (Fe2О3)сил (%):

Сравнение величин этих двух приращений позволяет установить, какой из механизмов сильнее проявляется в различных породах и в условиях разной открытости системы: редукция (гидр)оксидов железа или редукция Fe(III) в составе силикатов.

Как видно из табл. 19, во всех вариантах оглеения теряется как свободное ((Fe2О3)дит 0), так и силикатное железо ((Fe2О3)сил 0). Но размеры этих потерь не одинаковы в разных опытах. Только при застойном режиме влажности у лёссовидного бескарбонатного суглинка потери свободного железа превышали силикатное (0.67% 0.40%). Значит в этих условиях редукция (гидр)оксидов железа доминирует. Но во всех остальных вариантах потеря силикатного Fe гораздо выше, чем свободного. Она достигает 5–6-кратного размера при промывном режиме обработки лёссовидного бескарбонатного суглинка и флювиогляциального песка. Это явление мы объясняем преимущественным распадом слоистых силикатов.



Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 39 |
 



Похожие работы:

«РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: академик B.C. Мясников (председатель) кандидат исторических наук Н. В. Бойко (ученый секретарь) академик Г. М. Бонгард-Левин академик В. И. Гольданский доктор исторических наук В. Д. Есаков кандидат технических наук Э. П. Карпеев член-корреспондент РАН В. П. Козлов доктор исторических наук А. В. Кольцов доктор исторических наук Б. В. Левшин академик И. М. Макаров академик Н. А. Платэ доктор исторических наук В. С. Соболев доктор исторических наук Е. В. Соболева академик...»

«Предисловие _ 4 Введение 7 Немного о пище натуральной и искусственной 13 Биологически активные препараты Каталисис 33 Косметика и космецевтики _ 57 Косметика – линия Каталисис 72 Гранекс _ 80 Сикатрикс _ 106 Меланил 122 Реторна _ 134 Блю Кап 146 Заключение 152 Список литературы _ 155 Приложения _ 167 3 Предисловие О многообразии растительных и животных продуктов, употребляемых человеком в пищу, написано очень и очень много, и, очевидно, это вечная тема, так как пища является не только...»

«ИЗВЕСТКОВЫЕ ПОГЛОТИТЕЛИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Москва, 2012 1 УДК 661.18366.074.7 ББК Л113.23-1 Г523 Рецензенты: Доктор химических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного технологического университета, Лауреат премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники Г.К. Ивахнюк Доктор химических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии Воронежского государственного университета Г.В. Семенова Гладышев Н.Ф., Гладышева Т.В., Путин Б.В., Путин С.Б. Известковые...»

«1. Общие положения. 1.1. Основная профессиональная образовательная программа (ОПОП) послевузовского профессионального образования, реализуемая вузом по специальности физическая химия, представляет собой систему документов, разработанную и утвержденную высшим учебным заведением с учетом требований рынка научных и научно-педагогических кадров на основе Федеральных государственных требований к структуре ОПОП послевузовского профессионального образования. ОПОП регламентирует цели, ожидаемые...»

«ОЧЕРКИ ПО ОЗЕРОВЕДЕНИЮ ВТОРАЯ ЧАСТЬ Ч f I Б И&Л и О Г Е КА | Лз^-КГР'-'.ДСНвГО | Гидрокея ор.;;:сгического Института гимиз ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕ'СКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛЕНИНГРАД. 1960 -АННОТАЦИЯ.. В книге рассматриваются некоторые вопросы общего озероведения, касающиеся озерного лОжа (морфология и морфометрия, донные отложения), химических свойств озерных вод, испарения, водного баланса, уровня, волнения и динамики прибрежной области. Книга предназначена для научных работников и инженеров,...»

«Утверждаю: Ректор И.А. Носков 2011_ г. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 020100.62 -Химия Квалификация Бакалавр Самара 2011 г. 1. Общие положения 1.1. Основная образовательная программа высшего профессионального образования (ООП ВПО) по направлению подготовки 020100.62 Химия (бакалавр) является системой учебно-методических документов, сформированной на основе положений Федерального закона № 309 – ФЗ О внесении изменений в отдельные...»

«ХИМИЯ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Лабораторный практикум по дисциплине Химии гетероциклических соединений Тольятти ТГУ 2013 Министерство образования и науки Российской Федерации Тольяттинский государственный университет Институт химии и инженерной экологии Кафедра химия и химические технологии ХИМИЯ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Лабораторный практикум по дисциплине Химия гетероциклических соединений Авторы А.С. Бунев, В.Е. Стацюк Тольятти Издательство ТГУ 2013 2 УДК 547.7:578.8(075ю8) ББК...»

«Разработка научного наследия пионеров освоения космического пространства НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО РАЗРАБОТКЕ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГДЛ И РНИИ) А.С. Козлов, В.Ф. Рахманин, В.С. Судаков НПО Энергомаш 15 мая 1929г в Газодинамической лаборатории начала работу небольшая группа под руководством В.П. Глушко. Эта группа стала заниматься разработкой ракетных двигателей (сначала электрических, затем и жидкостных) и ракет. Первая работа была связана с попыткой реализации идей Глушко, изложенных им...»

«Т хорошей иллюстрацией идей феноменологов, описывающих функции и соотношение обыденных и научных теорий. Алкоголизм – с одной сто роны, предмет анализа многих экспертов: химиков, биологов, психологов, вра чей, криминологов, социологов и проч., а с другой – тема повседневного теоре тизирования “человека с улицы”. Р.М. Фрумкина в рецензии на книгу Дж. Цалле ра “Происхождение и природа общественного мнения” обращает внимание на аксиомы Цаллера, описывающие взаимодействие “профанного” и “экспертно...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.