Температурная зависимость константы скорости реакции растворения гипса в воде
https://doi.org/10.55959/MSU0579-9406-4-2024-63-6-179-184
Аннотация
В результате анализа данных литературных источников определены средние значения константы скорости реакции растворения гипса в воде (kср = 1,48 × 10–5 ммоль/(см2с), 25 °C) и энергии активации (Eср I = 39 кДж/моль), характерные для условий кинетического и диффузионно-кинетического контроля. Рассчитанная температурная зависимость подчиняется уравнению Аррениуса в диапазоне 0–40 °C (lgkср = 1,95–2021/T, К). Повышение температуры раствора (T > 40 °C) вызывает диффузионное торможение гетерогенных химических реакций растворения гипса. Предположено, при T ≈ 40–42 °C граница между макрокинетическими областями процесса растворения гипса в воде соответствует зоне температурного перехода между равновесным состоянием гипса и ангидрита (CaSO4 · 2H2Os-CaSO4 s-H2O; Р = 0,1 МПа). Предложено подобный переход в растворах электролитов также определять с учетом диффузионного сопротивления скорости химических взаимодействий на реакционной поверхности гипса при повышении температуры раствора.
Об авторах
А. Л. Лебедев
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Алексей Львович Лебедев
Москва
И. В. Авилина
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Ирина Викторовна Авилина
Москва
Список литературы
1. Каражанов Н.А. Кинетика растворения сульфатов кальция // Тр. ВНИИГ.1959. № 36. C. 177–188.
2. Каршин В.П., Григорян В.А. Кинетика растворения гипса в воде // Журн. физ. химии. 1970. Т. 44, № 5. С. 1356.
3. Лебедев А.Л. Кинетика растворения гипса в воде // Геохимия. 2015. № 9. С. 828–841.
4. Лебедев А.Л., Лехов А.В. Процесс массоотдачи загипсованных трещиноватых пород в подземных водах // Водные ресурсы. 1999. Т. 26, № 3. С. 312–321.
5. Лебедев А.Л., Лехов А.В. Кинетика растворения природного гипса в воде при 5–25 °C // Геохимия. 1989. № 6. С. 865–874.
6. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 502 с.
7. Barton A.F., Wilde N.N. Dissolution rates of polycrystalline samples of gypsum and orthorhombic forms of calcium sulphate by a rotating disc method // Trans. Faraday. Soc. 1971. Vol. 67. P. 3590–3597.
8. Colombani J. Measurement of the pure dissolution rate constant of a mineral in water // Geochim. Cosmochim. Acta. 2008. Vol. 72. P. 5634–5640.
9. Davion M. Etude sur la vitesse de dissolution des selscristallises // Ann. de Chim. De Phys.1953. Vol. 12(8). P. 259–295.
10. Dewers T., Raines M. Reply to comment on: mixed transport/reaction control of gypsum dissolution kinetics // Chem. Geol. 2000. Vol. 168. P. 275–278.
11. Dutka F, Starchenko V., Osselin F., et al. Time-dependent shapes of a dissolving mineral grain: Comparisons ofsimulations with microfluidic experiments // Chemical Geology. 2020. Vol. 540. P. 119459. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.119459.
12. James A.N., Lupton A.R. Gypsum and anhydrite in foundations of hydraulic structures // Geotechnigue. 1978. Vol. 28(3). P. 249–272.
13. Jeschke A.A., Vosbeck K., Dreybrodt W. Surface controlled dissolution rates of gypsum in aqueous solutions exhibit nonlinear dissolution kinetics // Geochim. Cosmochim. Acta. 2001. Vol. 65(1). P. 27–34.
14. Jin Q., Perry L., Bullard J. Temperature dependence of gypsum dissolution rates // Cement and Concrete Research. 2020. January. Vol. 129(6). P. 105969. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105969.
15. Kontrec J., Kralj D., Brecevic L. Transformation of anhydrous calciumsulphate into calciumsulphate dihydrate in aqueous solutions // J. Crystal. Growth. 2002.Vol. 240. P. 203–211.
16. Liu S.-T., Nancollas G.H. The kinetics of dissolution of calcium sulfate dehydrate // J. Inorg. Nucl. Chem. 1971. Vol. 33(8). P. 2311–2316.
17. Mbogoro M.M., Snowden M.E., Edwards M.A. Intrinsic kinetics of gypsum and calcium sulfate anhydrite dissolution: surface selective studies under hydrodynamic control and the effect of additives // J. Phys. Chem. 2011. Vol. 115. P. 10147–10154.
18. Tang J., Bullard J.W., Perry L.N., et al. An empirical rate law for gypsum powder dissolution // Chemical Geology. 2018. Vol. 498. P. 96–105.
19. Van Driessche A.E.S., Stawski T.M., Benning L.G., Kellermeier M. Calcium sulfate precipitation throughout its phase diagram. In New perspectives on mineral nucleation and growth: from solution precursors to solid materials / Eds.: A.E.S. Van Driessche, M. Kellermeier, L.G. Benning, D. Gebauer. Springer International Publishing, 2017. Switzerland, 227–256.
20. Voigt W., Freyer D. Solubility of anhydrite and gypsum at temperatures below 100°C and the gypsum-anhydrite transition temperature in aqueous solutions: a re-assessment // Front. Nucl. Eng. 2023. 2: 1208582. doi: 10.3389/fnuen.2023.1208582.
21. Wang Z., Zhou J., Wu H., et al. Dissolution kinetics of calcium sulfate dehydrate // Ciesc Journal. 2015. Vol. 66(3). P. 1001–1006.
22. Zaier I., Billiotte J., Charmoille A., et al. The dissolution kinetics of natural gypsum: a case study of Eocene facies in the north-eastern suburbs of Paris // Environmental Earth Sciences. 2021. Vol. 80(8). https://doi.org/10.1007/s12665-020-09275-x
Рецензия
Для цитирования:
Лебедев А.Л., Авилина И.В. Температурная зависимость константы скорости реакции растворения гипса в воде. ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 4. ГЕОЛОГИЯ. 2024;(6):179-184. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9406-4-2024-63-6-179-184
For citation:
Lebedev A.L., Avilina I.V. Temperature dependence of the rate constant of the reaction of gypsum dissolution in water. Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2024;(6):179-184. (In Russ.) https://doi.org/10.55959/MSU0579-9406-4-2024-63-6-179-184
Просмотров:
92
Послать статью по эл. почте 
