Минерали и минерална вода; Университет в Тюбинген
Минерали - минерали - минерална вода (въведение)
в Минерална вода са няма минерали включени (в противен случай ще имате сериозни проблеми с преглъщането!). Името минерална вода означава, че тази вода е разтворила някои минерали, докато тече през скалите (особено карбонатни и солени скали) и е абсорбирала някои от техните компоненти в разтворима форма (като катиони/аниони). Следователно съдържа повече неорганични компоненти от морската или чешмяна вода.
Кога Минерали обикновено се обозначават метални йони (Na +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Zn 2+, Se 2+, Mo 2+ и др.) и някои аниони (HSiO3 -, HCO3 -, SO4 2-, F -, Cl -), които се съдържат в храната или лекарствата и които са от съществено значение за човешкия живот. Така че има елементи и съединения, които също се срещат в минералите или се образуват, когато минералите се разтварят. Тези предимно разтворени компоненти (например в минерална вода) често са неправилно наричани „минерали“ („Nutella е богата на минерали“, вижте също етикетите на някои бутилки за вода).
Тъй като повечето алкални и алкалоземни халогениди и сулфати са лесно разтворими, минералните води имат съответно повишени нива на тези компоненти (киселина, калциев хидроген карбонат сулфатна вода и др.). Желязото (като Fe 2+) също присъства в естествените минерални води. Тъй като двувалентното желязо постепенно ще се окислява до тривалентно желязо във въздуха (което може да доведе до нежелана кафява флокулация), желязото е изкуствено отстранено от повечето води - те са обезледен (водата не е била размразенад!).
Особено при упражнения човешкото тяло губи до 1 литър вода на час в резултат на изпотяване. Потта има солен вкус заради съдържанието на NaCl и малко горчива заради останалите минерали (виж таблицата). Следователно загубата на пот винаги означава изчерпване на важни минерали, които трябва да бъдат заменени. Вместо скъпи „спортни напитки“, прости минерални води (например като ябълков шприц!) С относително високи нива на калий, магнезий и калций осигуряват добра компенсация за загубата на течности.
Въглероден диоксид във водата
Тъй като повечето минерални води съдържат относително малко въглеродна киселина (H2CO3) ("неподвижни" води), те впоследствие се смесват с въглероден диоксид (CO2). Докато содата (NaHCO3) преди е била използвана като добавка за въглероден диоксид (газирана вода!), в наши дни се добавя чист CO2, който напр. се добива като естествена суровина в Бад Нидернау от дълбочина няколко километра.
Разтворимостта на въглеродния диоксид във вода се увеличава при по-ниски температури и по-високо налягане. След енергично разклащане и затопляне (повишаване на температурата!) Бутилка с газирана минерална вода изпитвате внезапното изтичане на газообразен въглероден диоксид (H2CO3 -> CO2 + H2O), когато бутилката се отвори (намаляване на налягането!).
Съответният процес в природата е дегазирането на течна магма (чрез изкачване и облекчаване на налягането) във вулкани, при което в допълнение към газовете (вода, въглероден диоксид и др.) В атмосферата се хвърлят и огромни количества пепел. Преди няколко години филипинският вулкан Пинатубо даде впечатляващ пример.
Важни минерали, съдържащи се в минералната вода
| натрий Неприложимо | 2-3 g | Поддържа напрежението в тъканите и регулира водния баланс на тялото. | Слабост, гадене, мускулни крампи, циркулаторен колапс. |
| калий К | 3-4 g | Регулира баланса на течностите. Регулира функционалността на мускулите и нервите и е необходима за киселинно-алкалния баланс. Активатор на различни ензими. | Мускулна слабост, спад на кръвното налягане, сърдечна недостатъчност и загуба на апетит. |
| Калций Прибл | 800 mg | Решаващо за структурата на костите и зъбите. Важна роля в съсирването на кръвта и предаването на нервните импулси към мускулните клетки. | Декалцификация на костите и зъбите, косата и увреждането на ноктите. Конвулсивни състояния. |
| магнезий Mg | Жени: 300 mg Мъже: 350 mg | Отговаря за предаването на нервните импулси към мускулните клетки. Многобройни метаболитни функции. Активира ензимите за производство на енергия. | Главоболие, замаяност, сърдечно сърце и склонност към гърчове. Лоша концентрация и лоша циркулация. |
| желязо Fe | Мъже: 12 mg Жени: 18 mg | Образуване на червени кръвни клетки. Обмен на кислород в кръвта. | Умора, бледност, разкъсани ъгли на устата. |
| цинк Zn | 15 mg | Функция в клетъчното делене, заздравяване на рани (цинкови мазила!) И за растеж | Забавя заздравяването на рани. Косопад и възпалителни кожни промени. |
| фосфор P | 800 mg | Структура на костите и зъбите. Градивен елемент на нуклеиновите киселини. | Дефицитът е рядък. |
| Силициев диоксид SiO2 | ? | Укрепва съединителната тъкан. Важно за изграждането на коса и нокти. | Лоша склонност към заздравяване на кожата. Нарушения на растежа в косата и ноктите. |
| хлорид Cl- | 2-5 g | Заедно с натрия той е отговорен за водния баланс (осмотичното налягане). Като компонент на стомашната киселина и следователно важен за храносмилането | Загуба на стомашна киселина. Диария, в екстремни случаи. Случаи на забавен растеж. |
| 1 | 2 | 3 | 4-ти | 5 | 6-то | |
| Калций (Ca 2+) | 651.3 | 44 | 40-80 | 49.3 | 12.6 | 4 400 |
| Магнезий (Mg 2+) | 79,0 | n/a. | 20-25 | 8.0 | 13.3 | n/a. |
| Натрий (Na +) | 30,0 | 278 | 230-460 | 4.5 | 8.6 | 152 000 |
| Калий (K +) | n/a. | 17-ти | 240 | 1.3 | 2.1 | 67 000 |
| Желязо (Fe) | 0,01 | n/a. | n/a. | 0,01 | 0,01 | 8000 |
| Манган (Mn) | n/a. | n/a. | n/a. | 0,01 | 0,01 | n/a. |
| Хлорид (Cl-) | 39,0 | 312 | n/a. | 5.5 | 16,0 | 295 000 |
| Флуорид (F -) | n/a. | 2.2 | n/a. | n/a. | n/a. | n/a. |
| Сулфат (SO4 2-) | 940,0 | n/a. | n/a. | 34,0 | 70,0 | 11 000 |
| Карбонат (HCO3-) | 1215,0 | 336,5 | n/a. | 2.75 | 7.6 | n/a. |
1 Löwen-Sprudel от Обернау (калциев хидроген карбонат сулфат вода)
2 минерална вода Bad Liebenzeller (натриев хидрогенкарбонат хлоридна вода)
3 пот
4 Вода на Боденско езеро
5 Тюбингенска чешмяна вода
6 Включване на течност в кварц от Bingham, Юта/САЩ
n/a: няма информация
Бутилирана минерална вода
Всяка година в Германия се изпиват 10 милиарда литра минерална вода, което съответства на консумация на глава от населението от 130 литра.
Потребителят може да избира между около 350 минерални води, около 65 лечебни води и няколко изворни и трапезни води от общо 1000 немски извора и дълбоки кладенци.
Естествена минерална вода
е единствената храна, подлежаща на одобрение в Германия. За да бъде „естествено чист“, както е предписано, той трябва да идва от подземни водоизточници, защитени от замърсяване, и да се бутилира при източника.
Изворна вода
идва от подземни резервоари, но за разлика от естествената минерална вода не трябва да съдържа минерални вещества или микроелементи в по-високи концентрации.
Трапезна вода
е промишлено произведена (надценена) смес от нормална вода от чешмата и естествена минерална вода. Може да се произвежда навсякъде и може да се сервира с помощта на дозиращо оборудване.
Лечебна вода
е лекарство без рецепта, използвано за профилактика или лечение на заболявания. Продуктът получава одобрение от Федералната служба за защита на потребителите само ако има минимално съдържание на минерали.
Вода в минерали
1. Течни включвания
Много минерали в земята се образуват чрез утаяване (кристализация) от водни разтвори (хидротермални разтвори), чрез понижаване на температурата от магматични стопилки и чрез трансформация на скалите в резултат на промени в температурата и налягането. Играйте във всички образователни процеси течни фази (Вода, газове, свръхкритични разтвори = общо Течности) голяма роля.
Много често, докато минералите растат, те затварят малки проби от тези течности под формата на заоблени Течни включвания а. Течните включвания са най-често срещани в кварца. Млечният кварц, помътнен от хиляди малки включвания, може да съдържа до 0,1% тегловно вода.
Течните включвания, които обикновено са с размер само няколко µm, предоставят на геолозите ценна информация за Образователни условия тези минерали и скали. Въз основа на изследванията за включване на течности (с помощта на отоплителни/охлаждащи маси) могат да се направят изявления за температурите и наляганията, които са преобладавали по време на образуването на скали и за състава (вж. Таблицата) и произхода на течната фаза.
2. Свързана вода, която принадлежи към кристалната решетка на минерали
А. Истински хидратирани минерали
Строго погледнато, сред водосъдържащите минерали може да се броят само тези, които съдържат електрически неутрални водни молекули. Това т.нар. Кристална вода заема много специфични решетъчни позиции под формата на молекули H2O. Тъй като е слабо свързан от силите на Ван дер Ваалше, той се изхвърля относително лесно и често на етапи при нагряване; кристалната решетка се срутва.
Карналит KMgCl3 * 6Н2О с 39% вода.
При нагряване кристалите се разтварят в собствената си кристална вода и се разлагат. Оттук и много нежелан минерал в солените куполи, които са предназначени за окончателно съхранение на радиоактивни отпадъци (топлина!).
гипс CaSO4 * 2Н2О с 21% H2O.
При нагряване до над 80 ° C, гипсът постепенно започва да губи вода и при температури от 120-140 ° C се превръща изцяло в полухидрата (CaSO4 * ½H2O), така наречения модел или мазилка.
Сепиолит (Meerschaum) Mg4 [(ОХ) 2 | Si6O15] * 2Н2О + 4 Н2О В допълнение към здраво свързаните хидроксилни групи, той съдържа координираща вода (* 2H2O), както и зеолит-подобна и следователно лесно заменяема вода (+ 4 H2O).
Филосиликати, чиито силикатни слоеве имат малък отрицателен заряд поради не съвсем стехиометричния си състав, съхраняват водни слоеве, които се държат като слаби катиони (малко съдържание на Na или Mg). Този така наречен вграден в междинните слоеве. Изворна вода, могат да бъдат освободени обратимо чрез внимателно нагряване без срутване на конструкцията, но със свиване на кристалографската c-ос.
Напр. в:
Монтморилонит (Al1.67, Mg0.33) [(OH) 2 | Si4O10] 0.33- * Na0.33 (H2O) 4, приблизително 12-24% вода.
Вермикулит (Mg, Fe 3+) 3 [(OH) 2 | Al1.25Si2.75O10] * Mg0.33 (H2O) 4 носи вода в неопределено количество (максимум 18%).
Б. Хидроксилсъдържащи минерали
Минерали, които съдържат хидроксилни групи ( [ОН] - ) в кристалната им решетка (като Гетеит Fe [OОХ], Антигорит Mg48 [(OH) 62,6 | Si34O85] или Тремолит Ca2Mg5 [(OH) 2 | Si8O22]) всъщност не съдържа истинска вода. Поради своя отрицателен заряд хидроксилните групи имат различни свързващи свойства, отколкото неутралната водна молекула, поради което заемат по-здраво свързано място в кристалната решетка. Следователно тези OH групи избягват само при нагряване до температури от няколкостотин градуса по Целзий под формата на т.нар. Конституционна вода.
Каолинит Al4 [(ОХ) 8 | Si4O10] с 14 тегл .-% вода. Съдържанието на вода не изтича до отгряването до 390-450 ° C.
Ако хидроксилните групи в земята се освободят от минералите при високи температури/налягания по време на метаморфоза, се създава това, което е известно като метаморфна вода. Две реакции от много:
1 Тремолит + 3 калцит -> 1 доломит + 4 диопсид + 1 CO2 + 1 H2O.
3 Антигорит + 20 калцит -> 62 форстерит + 20 диопсид + 20 CO2 + 94 H2O.
3. Свободна вода, която не участва пряко в кристалната структура
А. Зеолитна вода
Зеолитите имат особено широки мрежи от кристални рамки, в чиито кухини и канали са свързани различни катиони и водни молекули, без да са фиксирани на определено място. Съществува възможност за безстепенно доставяне и повторно усвояване на водата (т.нар. Зеолитова вода) без промяна на кристалната структура (маркирана с (+) във формулите):
Стилбит (Desmin) NaCa2 [Al5Si13O36] + 14 Н2О с 20 тегл .-% вода
Натролит Na2 [Al2Si3O10] + 2 Н2О с малко под 10% тегловно вода.
Б. колоидна вода
Колоидна вода Често се среща в хидрогелове, където се задържа на повърхността на дисперсионните фази от много слаби сили на свързване. Наличието на тази така наречена адсорбционна вода не зависи от решетката на адсорбента.
Хубав пример е опалът от скъпоценни камъни. Това съединение на силициев оксид е написано като SiO2 + aq (aq са първите две букви от латинската дума aqua, вода); това е твърд хидрогел с 1-21%, рядко до 34% адсорбционна вода.
В. Капилярна вода
Капилярна вода ("Планинска влага") се задържа във фини цепнатини, пори и прахообразни маси от силите на повърхностното напрежение. В по-голямата си част той лесно се отстранява чрез нагряване при 100 до 110 ° C. Не е възможно да се направи ясно разграничение между капилярна и колоидна вода.
Подземни води
Подземните води се появяват, когато дъждът проникне в почвата и други насипни повърхностни утайки или проникне в подземната повърхност по протежение на пукнатини и пукнатини в скалата. Слоевете, които пренасят подпочвените води и също ги предават, са известни като водоносни хоризонти или резервоари за подпочвени води. С изключение на пещерите, няма открити пространства за езера и реки под земята.
Единственото място за съхранение на вода е Бедно пространство между пясъчни зърна и други частици от почви и скали, както и цепнатини и пукнатини. Мярка за общото порно пространство, налично в скалите, почвите или утайките е порьозност: Съответства на пропорцията, която обемът, зает от порите, съставлява спрямо общия обем. Порьозността е най-висока в насипни пясъчни и чакълести слоеве със стойности 40% (водоносните слоеве). С много пясъчници - като Тюбинген Къща пясъчник - това е около 15-30%. Повечето шистови глини имат ниска порьозност под 10%, поради което те действат като хоризонти за съхранение.
Колко бързо водата прониква в скала зависи от Пропускливост или пропускливост от. Въпреки че нивото на пропускливост се увеличава с увеличаване на порьозността, то зависи главно от това колко големи са порите на съответната скала, колко добре са свързани помежду си и колко криволинейно е пътя на водата около скалните частици.
Взаимодействия между вода и минерали/скали (взаимодействия вода-скала)
Образуването и трансформацията на минерали и скали обикновено се извършва с участието на течна фаза (вода, въглероден диоксид, метан и др.). Взаимодействията между твърдата и флуидната фази са предмет на настоящите изследователски дейности. Така че човек се опитва i.a. за изясняване на следните въпроси:
- Какво влияние оказва съставът на течна фаза върху кинетиката и механизма на метаморфните и седиментни минерални реакции?
- Как се разтварят металите от минерали, под каква форма се транспортират в земята и как се извършва утаяване на минерални руди от хидротермални разтвори?
- Кои течности са участвали в образуването на магма в горната мантия?
- Как се различават процесите на обмен между твърда и течна фаза за основните и микроелементите, както и за изотопите?
- Как реагира дъждовната/подземната вода с антропогенните отпадъчни материали и уплътненията на повърхностните депа?
- Какви са последиците от затоплянето на съседната скала, включително водата, когато радиоактивни отпадъци с високо ниво се изхвърлят в солни находища или гранити?