Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 42
Текст из файла (страница 42)
При этой температуре происходит дегидратация за счет потери конституционных групп ОН:Al4(OH)8(Si4O10)->2[Al2O3-2SiO2] +4H 2 0f.При дальнейшем нагревании около 970—980° происходит экзотермическая реакция, которая объясняется образованием нового минерала — муллита.Определение минералогического состава почв методами термического анализа имеет существенные ограничения, поскольку тонкодисперсная фракция почв представляет собой смесь минералов, многие из.которых характеризуются сходными термическими эффектами. Различить такие минералы по термограммам бывает нелегко (или даже невозможно), поэтому минералогический состав почв желательно изучатьдвумя (или более) независимыми методами.
Важнейшие термическиеэффекты почвенных минералов приведены в табл. 36.Инфракрасная спектрофотометрия почвенных минералов. В последние десятилетия методы инфракрасной спектрометрии (ИКС) всешире используются в почвоведении и во многих других областях наук»и техники. Этому способствует как совершенствование аппаратуры итехники исследования, так и возможности самого метода, дающего особенно ценные результаты при изучении органических компонентов почвы, гумусовых веществ, их генезиса, структуры и механизмов взаимодействия с минеральной частью почвы.Оценивая метод ИКС необходимо сказать, что большинство методов химических исследований связано с более или менее сильным воздействием на почвенные объекты, а значит, с их разрушением.
Метод.ИКС позволяет работать с почвой и ее компонентами без применениякаких-либо химических операций, т. е. без нарушения ее естественногосостояния, и исследовать любые фазы почвы — от твердой до газообразной.Эта особенность метода имеет исключительно важное значение, поскольку анализ вещества без его разрушения позволяет получить прямые сведения о его строении и свойствах, тогда как в других методахвыводы о строении приходится делать на основании косвенных данных. В этом отношении метод ИКС близок к рентгеноструктурномуанализу, но в отличие от него позволяет изучать не только кристаллические, но и аморфные вещества.
Метод ИКС требует для проведения анализа малых количеств вещества (обычно не более 0,5—2 мг).Инфракрасная спектрометрия позволяет установить присутствиев исследуемом объекте важнейших групп атомов (радикалов) и типовсвязей, сделать выводы о строении скелета молекул, о характерныхфункциональных группах.В почвоведении метод ИКС чаще использовался для изучения органических веществ почвы. Гораздо реже он применяется для изучения минеральных составляющих почвы, хотя исследования показалиприменимость метода и для изучения минеральных компонентов почвы.Метод ИКС основан на взаимодействии вещества с электромагнитными колебаниями в инфракрасном диапазоне длин волн от 0,75 до100 мкм.
Обычно используют узкий участок спектра от 2,5 до 15 мкм. Всеминералы тонкодисперсных фракций почв обладают способностью по157Т а б л и ц а 36Температуры важнейших экзотермических (экз) и эндотермических (энд)эффектов почвенных минераловМинералТемпературы фазовых превращений, ССОксиды и силикаты170 (энд), 920—1000 (экз)460 (энд)100 (энд), 550 (энд), 940 (экз)600 (энд)Бёмит Y - A I O O H1100 (энд)Биотит K(Mg, Fe)3[AlSi3O10](OH, F) 2910—1000 (превращение в Мп304)Браунит Мп 3 0 3Брусит Mg(OH) 2405—410 (энд)Вермикулит120—170 (энд), 270 (энд), 860 (энд)ЧСа, Mg)(Mg, FeH-) 3 (OH) 2 [(Si, Al) 4 O 10 ].4Н 2 0100—120 (энд), 560 (энд), 950 (экз)Галлуазит Al 4 (OH) s [Si 4 O, 0 ] -4Н 2 0675 (энд)Гематит a-Fe 2 0 33.00—360 (энд)Гетит a-FeOOH270—290 (энд)Гиббсит А1(ОН)3580—590 (энд)Диаспор а-АЮОН550—600 (энд), 960—980 (экз)Каолинит Al4(OH)8[Si4Oio]Кварц SiOa575 (энд)Монтмориллонит120—140 (энд), 650 (энд), 830 (энд)<Са, Mg, Na...)(Al, Mg)2(OH)2 [(Si, Al)4O10]•nH 2 0Нонтронит100—120 (энд) 560 (энд), 750 (экз)Fe 2 (OH) 2 [(Si, А1) 4 0ю]-4Н 2 0940 (экз)Опал Si0 2 -reH 2 0100 (энд), 900 (экз)740 (энд)Пирофиллит Al2(OH)2[Si4Oio]Минералы-солиАнгидрит CaS0 41190 (энд)Арагонит СаСОз450 (энд), 900 (энд, диссоциация)Астраханит Na 2 S0 4 MgS0 4 -4H 2 0150 (энд), 195 (энд), 620 (энд), 670 (энд)Галит NaCl810 (энд)Гипс CaS0 4 -2H 2 0150 (энд), 180 (энд), 1180 (энд)Глауберит Na 2 S0 4 -CaS0 4540 (энд), 890 (энд)Доломит CaC0 3 -MgC0 3740 (энд), 930 (энд)Кальцит СаСОз940 (энд)Сильвин К О770 (энд)Тенардит Na 2 S0 4270 (энд), 884 (энд)Аллофан /iSiCVmAhCVxI-bOАналышм NaAlSi 2 0 6 -H 2 0Бейделлит Al2[Si4Oio] (ОН) 2 -Н 2 0глощать электромагнитные колебания в указанном интервале длинволн, образуя характерные спектры.
По набору полос в спектре и ихинтенсивности можно идентифицировать не только многие силикаты,но также карбонаты, сульфаты и другие минералы.Для качественной характеристики ИК-спектра пользуются илидлиной волны Я, которая выражается в микрометрах, 1 мкм=10 _6 м,или волновым числом v, выражаемым в обратных сантиметрах (см -1 ).Волновое число показывает, число волн, укладывающихся на протяжении 1 см.
Соотношение между X и v выражается уравнением1000Для количественной характеристики пользуются величинами пропускания, поглощения или оптической плотности. Пропускание Т равноотношению потока излучения, прошедшего через излучаемое вещество /, к величине исходного потока 10; Т=Т'или в процентах Т'а158_100%. ПоглощениесоответственновыражаетсявеличинойотрицательномулогарифмуЛ>—D~ .оптическаяплотность D равнапропускания:D=-lgJ_=lgA.'О'ИК-спектры изображают в виде графика, откладывая по оси ординат пропускание, поглощение или оптическую плотность, а по осиабсцисс — частоту колебаний, длину волны или волновые числа.
Чащевсего используют пропускание в процентах и волновые числа в см-*.Внешний вид спектра зависит от характера вещества, его чистоты иагрегатного состояния.Почвы в целом, глинистые минералы дают спектры, состоящие и*набора широких полос, и различать в них колебания отдельных атомных групп довольно сложно.
Кроме того, многие минералы обладаютблизко расположенными полосами поглощения в ИК-спектрах, что затрудняет, как и при использовании других методов, их идентификацию.В инфракрасных спектрах минералов выделяются три важнейшихинтервала: область от 4000 до 3000 см-1, интервал между 1800 и800 см - 1 и поглощение в области 700—400 см -1 .Полосы поглощения около 3700—3400 см - 1 обусловлены молекулами адсорбированной или гидратной воды, а также гидроксильнымигруппами октаэдров. В спектрах индивидуальных минералов полосыОН-группы довольно характерны, причем удается даже различатьОН-группы, находящиеся в неодинаковом окружении. Но почвы и ихтонкодисперсные фракции содержат большой набор минералов и поэтому отдельные полосы различных по положению ОН-групп сливаются в общую составную полосу, на которую накладывается широкаяполоса адсорбированной воды.Полосы поглощения, обусловленные адсорбированной водой, наблюдаются также около 1600 см -1 ; особенно интенсивны эти полосы унабухающих минералов группы монтмориллонита.Наиболее сильные полосы у всех силикатов обнаруживаются около*1000 см -1 .
Эти полосы обусловлены валентными колебаниями связейSi—О или —О—Si—О—, и они несколько различаются по частоте и интенсивности для отдельных минералов. Так, у кварца это двойная полоса с максимумами около 1150—1170 и 1090 см-1. Для каолинита характерны максимумы при 1090, 1030 и 1010 см - 1 (рис. 29), а для монтмориллонита — около 1050 и 1015 см -1 . Около 900 см - 1 проявляютсяполосы поглощения связей Н—О—А1 (или вообще Н—О—X3*). Так, укаолинита — это дублет при 910—935 см -1 . В области 600—400 см~1проявляются деформационные колебания —Si—О— и Si—О—А1. Кварц,сравнительно легко идентифицируется по дублету 770—795 см -1 .Характерным поглощением обладают многие соли. Карбонатыимеют очень интенсивные полосы при 1450—1410 и 880—850 см -1 ; ионN0 3 ~ поглощает при 1410—1340 и 860—800 см -1 , сульфаты — приИЗО—1080 и 680—610 см -1 .
Практически не поглощают электромагнитные колебания и не дают полос поглощения в обсуждаемой областиспектра хлориды и вообще галогениды.На рис. 30 приведен ИК-спектр смеси минералов, часто встречающихся в почвах. Полосы поглощения средней интенсивности при695 см- 1 и более сильные при 775 и 795 см - 1 свидетельствуют о наличии в образце кварца.
Это подтверждается сильной полосой поглоще159Рис. 29. Инфракрасные спектры кварца и каолинитаРис. 30. Инфракрасный спектр смесиминераловния при 1095 см - 1 и уступом при 1150 см -1 . Полоса поглощения при€95 см - 1 характерна и для каолинита. Его присутствие подтверждают-сильные полосы поглощения в области 915—935 см -1 , очень сильныеполосы при 1010 и 1095 см -1 , а также слабая полоса при 1625 см -1 .Широкая полоса поглощения при 1430 см - 1 свидетельствует о наличии в образце кальцита, что подтверждается полосой поглощенияпри 875 см -1 .
Кроме каолинита полосу поглощения средней интенсивности при 1625 см - 1 дает CaSO,}. Для него также характерны полосыпоглощения при 1150 и 1010 см -1 .Следовательно, по данным ИК-спектроскопии, в исследуемом образце присутствуют кварц, каолинит, кальцит и сульфат кальция. Каквидно из приведенного примера, расшифровка ИК-спектров должнапроводиться творчески; она требует навыков работы с ИК-спектрамиразличных минералов.В табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
