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 poniżejWłasności 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 ó 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 ó 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 – ,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. ...
Becks8