Номер 12, страница 119 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 24. Соединения кремния. Глава 1. Неметаллы - номер 12, страница 119.

Условие.

12. Какая реакция лежит в основе процессов выветривания?

Решение.

Решение 2.

Процессы выветривания представляют собой сложный комплекс явлений, а не одну единственную реакцию. Выветривание подразделяется на физическое (механическое разрушение без изменения химического состава) и химическое (разрушение в результате химических реакций). В основе химического выветривания лежит взаимодействие минералов, слагающих горные породы, с агентами атмосферы и гидросферы, в первую очередь с водой, кислородом и углекислым газом.

Можно выделить несколько ключевых типов химических реакций, лежащих в основе выветривания:

1. Гидролиз и Карбонизация

Это, возможно, самый важный и распространенный процесс химического выветривания, особенно для силикатных минералов, которые составляют большую часть земной коры (например, полевые шпаты, слюды).

Гидролиз — это реакция обмена между ионами минерала и ионами воды ($H^+$ и $OH^-$).

Процесс значительно ускоряется, когда в воде растворен диоксид углерода ($CO_2$) из атмосферы. При этом образуется слабая угольная кислота ($H_2CO_3$):

$H_2O + CO_2 \rightleftharpoons H_2CO_3$

Эта кислота активно реагирует с минералами. Этот процесс называется карбонизацией.

• Для карбонатных пород (известняков, мраморов): Угольная кислота растворяет карбонат кальция ($CaCO_3$), переводя его в растворимый гидрокарбонат кальция ($Ca(HCO_3)_2$). Этот процесс лежит в основе развития карстовых пещер.

  $CaCO_3 \text{ (кальцит)} + H_2O + CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2 \text{ (растворим)}$

• Для силикатных пород: Происходит разрушение кристаллической решетки силикатов с образованием глинистых минералов и растворимых соединений. Это одна из ключевых реакций почвообразования. Например, выветривание полевого шпата (ортоклаза):

  $2KAlSi_3O_8 \text{ (ортоклаз)} + 2H_2CO_3 + H_2O \rightarrow Al_2Si_2O_5(OH)_4 \text{ (каолинит)} + 4SiO_2 + 2K^+ + 2HCO_3^-$

2. Окисление

Это реакция минералов с кислородом, обычно растворенным в воде. Процесс особенно важен для минералов, содержащих металлы с переменной валентностью, в первую очередь железо ($Fe^{2+}$). Окисление придает выветренным породам и почвам характерный красновато-бурый или желтоватый оттенок ("ржавчина").

Например, окисление пирита ($FeS_2$) или оливина, содержащего железо:

$4FeS_2 \text{ (пирит)} + 15O_2 + 8H_2O \rightarrow 2Fe_2O_3 \text{ (гематит)} + 8H_2SO_4 \text{ (серная кислота)}$

3. Гидратация

Это процесс присоединения молекул воды к минералу, что приводит к изменению его физических свойств и увеличению объема. Увеличение объема создает внутреннее напряжение в породе, способствуя ее механическому разрушению.

Классический пример — переход ангидрита ($CaSO_4$) в гипс ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$):

$CaSO_4 + 2H_2O \rightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O$

Ответ:

В основе процессов химического выветривания лежит не одна, а комплекс химических реакций. Наиболее фундаментальной и повсеместно распространенной является реакция гидролиза — химического взаимодействия минералов (в первую очередь силикатов) с водой. Этот процесс, как правило, значительно интенсифицируется под действием угольной кислоты, образующейся при растворении в воде атмосферного $CO_2$ (процесс карбонизации). Таким образом, ключевой можно считать реакцию взаимодействия минералов с водой и растворенными в ней газами ($CO_2$, $O_2$).