Учебное пособие (курс лекций)


НазваниеУчебное пособие (курс лекций)
страница2/12
Дата публикации03.05.2013
Размер1.35 Mb.
ТипУчебное пособие
userdocs.ru > География > Учебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12
^

1.2 Плотность химических элементов и минералов


Плотность химических веществ тем выше, чем больше они содержат атомов значительной относительной атомной массы и чем плотнее они упакованы в единице объема.

Плотность химически чистых простых твердых веществ характеризуется постоянным, строго определенным значением. Наименьшую плотность имеют литий – 0,53 г/см3 и калий – 0,86; наибольшую – осмий и иридий – 22,5.

Для каждого ряда элементов, имеющих одинаковые главные квантовые числа, т. е. для каждого периода Периодической системы элементов, наблюдается возрастание плотности и уменьшение атомного радиуса элементов в первой половине ряда и понижение плотности и увеличение атомного радиуса во второй половине ряда (рис. 1.1). Максимальная плотность элементов в каждом ряду увеличивается от периода к периоду по мере повышения атомной массы.


Рисунок 1.1 – Характеристика физических свойств
и атомного строения элементов:

I – плотность; II – скорость распространения продольных волн;

^ III – атомный радиус; IV – относительная атомная масса;

26 – периоды Периодической системы элементов
Плотность минералов тем выше, чем больше они содержат атомов значительной относительной атомной массы и чем плотнее атомы упакованы в единице объема. Упаковку определяют атомные (ионные) радиусы, валентности и тип связи частиц. Основное влияние на плотность рудных минералов оказывает их средневзвешенная относительная атомная масса, а на плотность породообразующих минералов – упаковка.

Важнейшие породообразующие минералы (кальцит, кварц, олигоклаз, нефелин и др.) сравнительно мало отличаются по средневзвешенной относительной атомной массе, и она сравнительно невелика, поэтому плотностная дифференциация этих сред обусловлена в основном их структурой – плотностью упаковки частиц в монокристаллах. Влияние радиуса частиц легко показать, сравнивая плотность ионных кристаллов сильвина и галита. Хотя в состав сильвина входит атом калия с большей относительной массой, чем атом натрия, находящийся в молекуле галита, плотность сильвина (1,99 г/см3) меньше плотности галита (2,12,2 г/см3) за счет различия в ионных радиусах К и Na, равных соответственно 0,0133 и 0,098 нм.

Зависимость плотности от валентности ионов, входящих в состав минералов, объясняется так. Крупные ионы (например, О2-, S2-, Сl-) многих минералов образуют плотнейшие упаковки. Катионы меньшего радиуса располагаются между ними. Причем катионов между анионами может быть тем больше, а плотность минерала тем значительнее, чем меньше их валентность и выше валентность анионов.

Зависимость плотности от структуры минерала и плотности упаковки его атомов или молекул может быть показана на примере одинаковых по химическому составу, но различных по структуре минералов. Хотя графит и алмаз имеют идентичные химические составы, структура их резко различна. Графит характеризуется слоистой структурой при расстоянии между слоями 0,34 нм и расстоянии между атомами в слое 0,142 нм, а алмаз – более плотной структурой с расстоянием между атомами 0,154 нм, это сказывается на плотностях этих минералов, равных соответственно 2,2 и 3,5 г/см3. Различие в структуре обычно также для арагонита и кальцита. Арагонит имеет более плотную структуру, и это определяет его большую плотность (2,552,94 г/см3), чем плотность кальцита (2,73 г/см3).

Плотность минералов изменяется от 0,98 г/см3 для льда до 22,5 г/см3 для иридистого осмия.

Минералы классифицируются на плотные (т>4 г/см3), средней (т=2,54,0 г/см3) и малой (т<2,5 г/см3) плотности.

Большая часть всех минералов имеет среднюю плотность. Незначительное число минералов (1015 %) малой плотности.

К плотным минералам относятся: селен, теллур, самородные металлы (золото, серебро, медь и др.), сульфиды, за редким исключением, более половины из окислов и гидроокислов и др.

К минералам малой плотности принадлежат следующие: из самородных неметаллов – графит и сера; некоторые из окислов и гидроокислов (лед, опал); многие минералы класса силикатов (галлуазит, монтмориллонит); некоторые из боратов (бура); водные карбонаты (сода); водные сульфаты (мирабилит), из хлоридов – галит, сильвин.
Таблица 1.1 – Значения плотности породообразующих и рудных минералов

Минерал

, г/см3

Минерал

, г/см3

Лед

0,98

Кварц

2,67

Каменные угли

1,252,27

Кальцит

2,7

Сильвин

2,0

Мусковит

2,83,1

Галит

2,1

Ангидрит

2,96

Графит

2,2

Магнезит

2,97

Гипс

2,3

Роговая обманка

3,13,2

Ортоклаз

2,53

Халькопирит

4,1

Микроклин

2,55

Пирит

4,5

Каолинит

2,58

Магнетит

4,7


1.3 Плотность горных пород

1.3.1 Плотность осадочных пород

Плотность песчанистых, алевролитовых и глинистых пород изменяется от 1,6 до 2,8 г/см3. Величина плотности этой группы осадочных пород очень сильно зависит от их пористости и в меньшей степени от их минерального состава.

Плотность и пористость песчано-алевролитовых и глинистых пород связаны линейной зависимостью: плотность возрастает с уменьшением пористости. Естественно, что плотность газонасыщенных пород больше зависит от пористости, чем водонасыщенных. Поскольку пористость обломочных пород зависит от их минерального состава, формы обломков и их отсортированности, то и на плотность очень влияют эти факторы. Так как пористость в значительной степени уменьшается с ростом давления, то и плотность пористых пород (особенно, глин) повышается с увеличением глубины. Например, на глубине 182 м плотность глинистых сланцев олигоцена составляет 2,0 г/см3, а на глубине 1859 м – до 2,52 г/см3.

Плотность карбонатных пород изменяется в широких пределах и также значительно зависит от пористости. Например, наименьшую плотность (1,53 г/см3) имеют мел, ракушечник и водогазонасыщенные известняки. Глубокозалегающие и неразрушенные известняки характеризуются плотностью до 3,0 г/см3, доломиты с плотно-кристаллической структурой, содержащие тяжелые минералы (пирит, например) – самой высокой плотностью среди карбонатных пород – 3,04 г/см3. Чаще всего плотность известняков составляет 2,4–2,7 г/см3.

Широкие пределы изменения плотности в рамках даже одной литологической разности свидетельствуют о необходимости выделения более дробных петроплотностных групп. Например, по плотности среди песчаников можно выделить группы песчаников от рыхлых до сильносцементированных. Группа известняков может вмещать 45 разностей от известняка рыхлого с плотностью 1,8–2,25 г/см3 до известняка кристаллического с плотностью 2,7–3,0 г/см3.

Гидрохимические осадки, различающиеся по мине­ральному составу, имеют также разную плотность. Например, плотность ангидрита 2,9 г/см3, гипса 2,3 г/см3 и каменной соли 2,1 г/см3. Галит характеризуется очень выдержанной плотностью (2,12–2,22 г/см3), что обусловливает эффективное применение гравиразведки при поисках соляных куполов и структур, над которыми образуются локальные минимумы силы тяжести.

Осадочные породы складчатых регионов отличаются от пород платформенного чехла более высокой минеральной плотностью, почти вдвое меньшей пористостью и более высокой плотностью.

Плотность ископаемых углей (0,82,0 г/см3) и торфа (0,72 г/см3) ниже плотности пород осадочного комплекса. На плотности углей сильно сказывается степень метаморфизма: плотность лигнита 0,81,23 г/см3, плотность антрацита 1,42,0 г/см3.
Таблица 1.2 –Плотность (в г/см3) осадочных горных пород

Порода

Наиболее часто встречающееся значение

min–max

Порода

Наиболее часто встречающееся значение

min–max

Глина

2,2–2,5

1,21–2,8

Известняк

2,4–2,6

1,8–2,9

Аргиллит

2,3–2,4

1,7–2,9

Доломит

2,5–2,6

1,9–3,0

Песок

1,5–1,7

1,3–2,0

Соль

2,15

2,1–2,3

Алевролит

2,1–2,5

1,8–2,6

Гипс

2,4–2,5

2,1–2,5

Песчаник

2,1–2,4

2,0–2,9

Ангидрит

2,6–2,8

2,4–2,9

Мергель

2,2–2,4

1,5–2,8

Почва

2,1–2,2

1,5–2,4


1.3.2 Плотность магматических пород

Плотность магматических горных пород возрастает от кислых к основным разностям от 2,4 до 3,35 г/см3. Это объясняется увеличением в составе пород тяжелых железисто-магнезиальных минералов  оливина, пироксена, роговых обманок, биотита, мусковита и др., которые характеризуются высокой плотностью (3,23,5 г/см3).

Интрузивные породы обладают невысокой пористостью: монолитные граниты 0,22 %, габбро 0,11,5 %, гипербазиты 0,10,3 %.

Плотность эффузивных пород в целом ниже плотности интрузивных пород, а широкий диапазон изменения плотности эффузивных пород близкого минерального состава связан с изменением первоначальной структуры и текстуры и последующим диагенезом. Быстрое остывание лав приводит к образованию пористых текстур (пемзовые и т. п.) и стекловидных структур, медленное остывание  более плотных кристаллических пород. В результате этих процессов протекающих в одном лавовом потоке, происходит дифференциация эффузивных пород по плотности.

Рудные полезные ископаемые обладают, как правило, высокой плотностью (до 5,0 г/см3), за исключением окисленных, например сульфидных, руд (1,53,0 г/см3).
Таблица 1.3 – Плотность (в г/см3) магматических горных пород

Порода

ср

minmax

Порода

ср

minmax

Интрузивные породы

Эффузивные породы

Гранит

2,59

2,562,68

Липарит

2,50

2,402,60

Гранодиорит

2,69

2,622,78

Порфир

2,60

2,552,65

Диорит кварцевый

2,75

2,652,81

Андезит

2,60

2,452,65

Диорит

2,81

2,672,92

Порфирит

2,75

2,602,80

Габбро

2,95

2,853,05

Базальт

2,75

2,602,80

Пироксенит

3,19

2,903,40

Диабаз

2,85

2,753,10

Перидотит

3,19

2,883,29











1.3.3 Плотность метаморфических пород

Метаморфические горные породы обладают в целом более высокой (2,53,3 г/см3), чем осадочные и магматические породы, плотностью. Их плотность определяется типом и сте­пенью метаморфизма, а также первоначальным составом породы и ее структурно-текстурными особенностями.

Изменение плотности связано с изменением химического состава и струк­туры пород. Вследствие малой пористости плотность метаморфизованных пород в значительной степени зависит от минерального состава.

Разуплотнение пород наблюдается при ультраметаморфизме, серпентинизации, серицитизации, хлоритизации, амфиболизации. При этом процесс карбонатизации серпентинитов приводит к увеличению плотности пород. Возрастание плотности происходит также при скарнировании и ороговиковании пород.

Изменение плотности магматических пород в результате метаморфизма в среднем составляет около 0,1 г/см3, но может достигать величин порядка 0,8 г/см3 (при серпентинизации основных пород).

Резкое понижение плотности пород происходит в зоне гипергенеза, что связано с разрушением пород и увеличе­нием пористости до 2030 %. Породы кислого состава подвергаются выветриванию значительно интенсивнее, чем основные. Плотность гранитов, например, понижается до 2,22,5 г/см3. Следствием гипергенных процессов является возникновение коры выветривания глинисто-слюдистого или хлористо-гидрослюдистого состава с содержанием гидроокислов железа, обломков кварца, микроклина, чешуек биотита.
Таблица 1.4 – Плотность (в г/см3) метаморфических горных пород

Фация

Порода

ср

minmax

Зеленых сланцев

Филлит

2,70

2,60–2,80

Кварцит серицитовый

2,58

2,56–2,60

Сланец микрокристаллический:







кварцево-серицитовый

2,64

2,60–2,66

кварцево-хлоритовый

2,70

2,62–2,75

кремнистый

2,60

2,58–2,65

хлоритовый

2,76

2,72–2,80

Сланец слюдистый

2,65

2,60–2,75

Известняк мраморизованный

2,67

2,65–2,68

Эпидот-амфиболитовая

Кварцит

2,64

2,62–2,65

Мрамор

2,70

2,68–2,72

Сланец кристаллический:







биотитовый

2,63

2,62–2,63

биотит-роговообманковый

2,70

2,68–2,75

роговообманковый

2,77

2,75–2,80

Амфиболитовая

Гнейс:







двуслюдяной

2,60

2,58–2,62

биотитовый

2,63

2,60–2,68

амфиболовый

2,85

2,75–2,90

пироксеновый

2,87

2,80–2,99

Амфиболит:

3,00

2,95-3,10

Гранулитовая

Гранулит кислого состава

2,72

2,60–2,85

Гиперстеновый сланец

3,05

2,90–3,25

Эклогитовая

Эклогит

3,30

3,20–3,40


1.3.4 Плотность газовой и жидкой фаз

В зависимости от концентрации солей плотность вод увеличивается от 1 (пресная вода) до 1,26 г/см3 (предельно крепкий раствор). С увеличением давления (глубины) она увеличивается. Рост температуры приводит к ее уменьшению, так как температурный коэффициент расширения, изме­няясь от 6,510-5 при 410 °С до 5810-5 при температуре 6570°С, также растет.



Рисунок 1.2 – Зависимость плотности растворов NaCl
от объемной концентрации Cv и температуры t.

1 – зависимость от температуры, 2 – зависимость от концентрации
Нефть является смесью жидкости (С5Н2С16Н34), газа (углеводороды СН4С4Н34) и твердых веществ (С17Н36С15Н72 – парафины и церезины).

Плотность нефтей колеблется в пределах 0,750,98 г/см3 (t=20 °С), чаще всего в пределах 0,820,92.

Она зависит:

во-первых, от содержания в ней легких низкокипящих – бензиновых и лигриновых – фракций;

во-вторых, от содержания асфальтово-смолистых компонентов, обладающих плотностью порядка 1 и выше;

в-третьих, от химической при­роды углеводородов, составляющих основную массу нефти. Метановые нефти (ряд алканов СnН2n+2) легче нафтеновых (ряд циклоалканов СпН2n-2), а последние в свою очередь легче ароматических (СnН2n-p, р= 6, 12...36).

Плотность воздуха при температуре 20°С и давлении 0,1 МПа равна 0,0012 г/см3.

Плотность углеводородных газов находится в пределах от 0,000715 (метан) до 0,00317 (пентан) г/см3 и в среднем близка к плотности воздуха.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие Курс лекций Для студентов высших учебных заведений...
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, но может быть полезно и тем, кто самостоятельно изучает экономическую теорию
Учебное пособие (курс лекций) iconЛитература: Философия: Курс лекций: учебное пособие для студентов./...
Философия: Курс лекций: учебное пособие для студентов./ Под общей ред. В. Л. Калашникова. М. 1999. с. 6 – 17
Учебное пособие (курс лекций) iconКурс лекций для иностранных студентов харьков
К 78 Политология: курс лекций для иностранных студентов. Учебное пособие. – Харьков: хнму, 2012. – 154 с
Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие по дисциплине «Экономика»
В. В. Янова. — 4-е изд., стереотип. — М: Издательство «Эк­замен», 2008. — 382, [2] с. (Серия «Курс лекций»)
Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие 032700 «Филология»
История зарубежной литературы Средних веков и эпохи Возрождения. Конспекты лекций: Учебное пособие / Авт сост. Я. В. Погребная. –...
Учебное пособие (курс лекций) iconКраткий курс менеджмент а. Большаков учебное пособие санкт-Петербург...
Б79 Менеджмент / Учебное пособие. — Спб.: «Издательство "Питер"», 2000. — 160 с.: ил. — (Серия «Краткий курс»)
Учебное пособие (курс лекций) iconКонспект лекций по дисциплине: «методика преподавания театральных дисциплин»
Учебное пособие предназначено для студентов Театрального отделения локкиИ. Это учебное пособие представляет собой очень очень краткое...
Учебное пособие (курс лекций) iconМареев С. Н., Мареева Е. В. История философии (общий курс): Учебное пособие
История философии (общий курс): Учебное пособие. — М.: Академический Проект, 2004. — 880 с. — («Gaudeamus»)
Учебное пособие (курс лекций) iconКраткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии...
Рудаков Н. В. Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. Часть Частная микробиология и вирусология:...
Учебное пособие (курс лекций) iconКурс лекций по древней философии
Фрагменты публикуются по источнику: Чанышев А. Н. Курс лекций по древней философии: Учеб пособие для филос фак и отделений ун-тов....
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница