Мінерали та мінеральна вода; Тюбінгенський університет

Мінерали - мінерали - мінеральна вода (вступ)

в Мінеральна вода є відсутність мінералів включено (інакше у вас будуть серйозні проблеми з ковтанням!). Назва мінеральна вода означає, що ця вода розчиняла деякі мінерали під час протікання через гірські породи (особливо карбонатні та соляні породи) та поглинала деякі їх компоненти у розчинній формі (як катіони/аніони). Тому він містить більше неорганічних компонентів, ніж морська або водопровідна вода.

Коли Мінерали загалом позначають іони металів (Na +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Zn 2+, Se 2+, Mo 2+ тощо) та деякі аніони (HSiO3 -, HCO3 -, SO4 2-, F -, Cl -), які містяться в їжі або лікарських засобах і які необхідні для життя людини. Отже, є елементи та сполуки, які також зустрічаються в мінералах або утворюються при розчиненні мінералів. Ці переважно розчинені компоненти (наприклад, у мінеральній воді) часто неправильно називають "мінералами" ("Нутелла багата мінералами", див. Також етикетки на деяких пляшках з водою).

Оскільки більшість лужних та лужноземельних галогенідів та сульфатів легко розчиняються, мінеральні води мають відповідно підвищений рівень цих компонентів (кислота, гідрокарбонатна кальцій сульфатна вода тощо). Залізо (як Fe 2+) також є в природних мінеральних водах. Оскільки двовалентне залізо поступово окислюється до тривалентного заліза у повітрі (що може призвести до небажаної флокуляції коричневого кольору), залізо штучно вилучається з більшості вод - вони зледенілий (вода не розмороженаd!).

Особливо під час фізичних вправ організм людини втрачає до 1 літра води на годину в результаті потовиділення. Пот має солоний смак через вміст NaCl і трохи гіркий через інші мінерали (див. Таблицю). Тому втрата поту завжди означає виснаження важливих мінеральних речовин, які потрібно замінити. Замість дорогих "спортивних напоїв" прості мінеральні води (наприклад, яблучний шприц!) З відносно високим вмістом калію, магнію та кальцію забезпечують хорошу компенсацію втрати рідини.

Вуглекислий газ у воді

Оскільки більшість мінеральних вод містять відносно мало вуглекислоти (H2CO3) ("нерухомі" води), вони згодом змішуються з вуглекислим газом (CO2). У той час як соду (NaHCO3) раніше використовували як добавку вуглекислого газу (газована вода!), сьогодні додається чистий СО2, який, наприклад, видобувається як природна сировина в Бад-Нідернау з глибини декількох кілометрів.

Розчинність вуглекислого газу у воді зростає при нижчих температурах і вищих тисках. Після енергійного струшування та нагрівання (підвищення температури!) Пляшка з газованою мінеральною водою відчуває раптовий вихід газоподібного вуглекислого газу (H2CO3 -> CO2 + H2O) при відкритті пляшки (зниження тиску!).

Відповідним процесом у природі є дегазація рідкої магми (шляхом підйому та зниження тиску) у вулканах, завдяки чому крім газів (води, вуглекислого газу тощо) в атмосферу викидається також величезна кількість попелу. Кілька років тому вражаючим прикладом став філіппінський вулкан Пінатубо.

Важливі мінерали, що містяться в мінеральній воді

Мінерал Рекомендований прийом для дорослих на добу дефіцит функції

натрію Не застосовується	2-3 г.	Підтримує напругу тканин і регулює водний баланс організму.	Слабкість, нудота, судоми в м’язах, колапс кровообігу.
калію К	3-4 г.	Регулює баланс рідини. Регулює функціональність м’язів і нервів і необхідний для кислотно-лужного балансу. Активатор різних ферментів.	М'язова слабкість, падіння артеріального тиску, серцева недостатність і втрата апетиту.
Кальцій Прибл	800 мг	Визначальний для будови кісток і зубів. Важлива роль у згортанні крові та передачі нервових імпульсів до м'язових клітин.	Декальцифікація кісток та зубів, пошкодження волосся та нігтів. Судомні стани.
магнію Mg	Жінки: 300 мг Чоловіки: 350 мг	Відповідає за передачу нервових імпульсів до м’язових клітин. Численні метаболічні функції. Активує ферменти для виробництва енергії.	Головний біль, запаморочення, прискорене серце та схильність до судом. Погана концентрація уваги та поганий кровообіг.
залізо Fe	Чоловіки: 12 мг Жінки: 18 мг	Утворення еритроцитів. Обмін киснем у крові.	Втома, блідість, розірвані куточки рота.
цинку Zn	15 мг	Функція поділу клітин, загоєння ран (цинкові мазі!) І для росту	Затримує загоєння ран. Випадання волосся та запальні зміни шкіри.
фосфор P	800 мг	Будова кісток і зубів. Будівельний блок нуклеїнових кислот.	Дефіцит трапляється рідко.
Діоксид кремнію SiO2	?	Зміцнює сполучну тканину. Важливо для нарощування волосся та нігтів.	Погана тенденція до загоєння шкіри. Порушення росту волосся та нігтів.
хлорид Кл-	2-5 г.	Разом з натрієм він відповідає за водний баланс (осмотичний тиск). Як компонент шлункової кислоти і тому важливий для травлення	Втрата шлункової кислоти. Діарея, в крайньому випадку. Випадки затримки росту.

Мінерали у воді (у мг/л або проміле) Мінеральна вода мінеральна вода піт питна вода питна вода рідина включення

1	2	3	4-й	5	6-й
Кальцій (Ca 2+)	651.3	44	40-80	49.3	12.6	4 400
Магній (Mg 2+)	79,0	н/д.	20-25	8,0	13.3	н/д.
Натрій (Na +)	30,0	278	230-460	4.5	8.6	152000
Калій (K +)	н/д.	17-й	240	1.3	2.1	67 000
Залізо (Fe)	0,01	н/д.	н/д.	0,01	0,01	8000
Марганець (Mn)	н/д.	н/д.	н/д.	0,01	0,01	н/д.
Хлорид (Cl-)	39,0	312	н/д.	5.5	16,0	295 000
Фтор (F -)	н/д.	2.2	н/д.	н/д.	н/д.	н/д.
Сульфат (SO4 2-)	940,0	н/д.	н/д.	34,0	70,0	11000
Карбонат (HCO3-)	1215,0	336,5	н/д.	2,75	7.6	н/д.

1 Левен-Спрудель з Обернау (кальцій-гідрогенкарбонат-сульфат-вода)
2 мінеральна вода Bad Liebenzeller (хлоридна вода гідрокарбонату натрію)
3 поту
4 Боденське озеро
5 Тюбінгенська водопровідна вода
6 Включення рідини в кварц із Бінгема, штат Юта, США
н/д: інформації немає

Мінеральна вода в пляшках

Щороку в Німеччині випивається 10 мільярдів літрів мінеральної води, що відповідає споживанню на душу населення 130 літрів.

Споживач може вибрати між приблизно 350 мінеральними водами, близько 65 лікувальними водами, а також кількома джерельними та столовими водами із загальної кількості 1000 німецьких джерел та глибоких криниць.

Натуральна мінеральна вода
є єдиною їжею, яка підлягає затвердженню в Німеччині. Для того, щоб бути «природно чистим», як це передбачено, він повинен надходити з підземних джерел води, захищених від забруднення, і бути розлитим у джерелі.

Мінеральна вода
походить із підземних водойм, але на відміну від природної мінеральної води, вона не повинна містити мінералів або мікроелементів у більшій концентрації.

Столова вода
є промислово виробленою (завищеною) сумішшю звичайної водопровідної води та природної мінеральної води. Його можна виготовити де завгодно, а також подати за допомогою дозатора.

Лікувальна вода
- це лікарський засіб, що продається без рецепта, і використовується для профілактики або лікування захворювань. Продукт отримує схвалення Федерального управління з питань захисту прав споживачів лише в тому випадку, якщо він містить мінімальний вміст мінеральних речовин.

Вода в мінералах

1. Рідкі включення

Багато мінеральних речовин у землі утворюються в результаті осадження (кристалізації) з водних розчинів (гідротермальні розчини), знижуючи температуру від магматичних розплавів і перетворюючи гірські породи в результаті змін температури і тиску. Грати у всіх навчальних процесах рідкі фази (Вода, гази, надкритичні розчини = загальне Рідини) велика роль.

Дуже часто, коли мінерали ростуть, вони закривають крихітні зразки цих рідин у вигляді округлих Рідкі включення a. Рідкі включення найчастіше зустрічаються в кварці. Молочний кварц, помутніний тисячами крихітних включень, може містити до 0,1% від маси води.

Включення рідини, розмір яких, як правило, становить лише декілька мкм, надають геологам цінну інформацію про Умови навчання ці мінерали та гірські породи. На основі досліджень включення рідини (за допомогою нагрівальних/охолоджувальних таблиць) можна зробити твердження про температури та тиски, що переважали під час формування гірських порід, а також про склад (див. Таблицю) та походження текучої фази.

2. Зв’язана вода, яка належить до кристалічної решітки мінералів

A. Справжні водні мінерали
Власне кажучи, серед вміщуючих воду мінералів можна зарахувати лише ті, що містять електрично нейтральні молекули води. Це т.зв. Кришталева вода займає дуже специфічні позиції гратки у вигляді молекул H2O. Оскільки він лише слабо зв’язаний силами Ван-дер-Ваальше, він витісняється відносно легко і часто поетапно при нагріванні; кристалічна решітка руйнується.

Карналіт KMgCl3 * 6Н2О з 39% води.
При нагріванні кристали розчиняються у власній кристалічній воді і розкладаються. Звідси дуже небажаний мінерал у соляних куполах, призначених для остаточного зберігання радіоактивних відходів (тепло!).

штукатурка CaSO4 * 2Н2О з 21% H2O.
При нагріванні до понад 80 ° C гіпс поступово починає втрачати воду, а при температурі 120-140 ° C повністю перетворюється на напівгідрат (CaSO4 * ½H2O), так звану модель або ліпну штукатурку.

Сепіоліт (Meerschaum) Mg4 [(ОХ) 2 | Si6O15] * 2Н2О + 4 H2O Окрім міцно зв’язаних гідроксильних груп, він містить координаційну воду (* 2H2O), а також цеолітоподібну і тому легкозамінну воду (+ 4 H2O).

Філосілікати, силікатні шари яких мають невеликий негативний заряд через не зовсім стехіометричний склад, зберігають шари води, які ведуть себе як слабкі катіони (малий вміст Na або Mg). Це так звані вбудовані в проміжні шари. Мінеральна вода, може вивільнятися оборотно шляхом обережного нагрівання без руйнування конструкції, але зі скороченням кристалографічної осі c.
Наприклад, у:
Монтморилоніт (Al1,67, Mg0,33) [(OH) 2 | Si4O10] 0,33- * Na0,33 (H2O) 4, приблизно 12-24% води.
Вермикуліт (Mg, Fe 3+) 3 [(OH) 2 | Al1.25Si2.75O10] * Mg0.33 (H2O) 4 несе воду у невизначеній кількості (максимум 18%).

B. Гідроксилвмісні мінерали
Мінерали, що містять гідроксильні групи ( [ОН] - ) у їх кристалічній решітці (як Гетеїт Fe [OОХ], Антигорит Mg48 [(OH) 62,6 | Si34O85] або Тремоліт Ca2Mg5 [(OH) 2 | Si8O22]) насправді не містить жодної справжньої води. Через свій негативний заряд гідроксильні групи мають інші властивості зв’язування, ніж нейтральна молекула води, саме тому вони займають більш міцно зв’язане місце в кристалічній решітці. Отже, ці групи ОН виходять лише при нагріванні до температури декількох сотень градусів Цельсія у вигляді так званих. Конституційна вода.

Каолініт Al4 [((ОХ) 8 | Si4O10] з 14 мас.% Води. Вміст води не виходить до відпалу до 390-450 ° C.

Якщо гідроксильні групи в землі звільняються від мінералів при високих температурах/тисках під час метаморфози, створюється така метаборічна вода. Дві реакції багатьох:
1 Тремоліт + 3 кальцит -> 1 доломіт + 4 діопсид + 1 CO2 + 1 H2O.
3 Антигорит + 20 кальцит -> 62 форстерит + 20 діопсид + 20 CO2 + 94 H2O.

3. Вільна вода, яка не бере безпосередньої участі в кристалічній структурі

А. Цеолітова вода
Цеоліти мають особливо широкі кристалічні каркасні каркаси, в порожнинах і каналах яких різні катіони та молекули води пов'язані, не фіксуючись у певному місці. Існує можливість безступінчастої доставки та повторного поглинання води (т. Зв. Цеолітова вода) без зміни кристалічної структури (позначено (+) у формулах):

Стильбіт (Desmin) NaCa2 [Al5Si13O36] + 14 H2O з 20 мас.% води
Натроліт Na2 [Al2Si3O10] + 2 H2O з трохи менше 10% ваги води.

B. колоїдна вода
Колоїдна вода широко поширений у гідрогелях, де він утримується на поверхні фаз дисперсії дуже слабкими силами зв’язування. Наявність цієї так званої адсорбційної води не залежить від сітки адсорбенту.
Прекрасним прикладом є опал з дорогоцінних каменів. Ця сполука оксиду кремнію записується як SiO2 + aq (aq - перші дві літери латинського слова aqua, вода); це твердий гідрогель з 1-21%, рідко до 34% адсорбційної води.

C. Капілярна вода
Капілярна вода ("Гірська волога") утримується в дрібних щілинах, порах і порошкоподібних масах силами поверхневого натягу. Здебільшого він легко видаляється нагріванням при температурі від 100 до 110 ° C. Неможливо чітко розмежувати капілярну та колоїдну води.

Підземні води

Підземні води виникають, коли дощ просочується в грунт та інші пухкі поверхневі відкладення або проникає в поверхню вздовж тріщин та щілин у породі. Шари, які несуть підземні води, а також передають їх, відомі як водоносні горизонти або резервуари підземних вод. За винятком печер, немає відкритих просторів для озер і річок під землею.

Єдине місце для зберігання води - це Пористий простір між піщинками та іншими частинками ґрунтів і гірських порід, а також щілинами та щілинами. Мірою загального пористого простору, що присутній у гірських породах, ґрунтах або відкладах, є пористість: Це відповідає частці, яку об'єм, зайнятий порами, складає по відношенню до загального обсягу. Пористість найвища у пухких піщано-гравійних шарах із значеннями 40% (водоносні шари). З великою кількістю пісковиків - як Тюбінген Будинок пісковик - це близько 15-30%. Більшість сланцевих глин мають низьку пористість менше 10%, саме тому вони виступають як горизонти зберігання.

Швидкість проникнення води в скелю залежить від Проникність або проникність від. Хоча рівень проникності зростає із збільшенням пористості, це головним чином залежить від того, наскільки великі пори відповідної породи, наскільки вони зв’язані між собою і наскільки криволінійний шлях води навколо частинок гірських порід.

Взаємодія між водою та мінералами/гірськими породами
Утворення та перетворення корисних копалин і гірських порід зазвичай відбувається за участю текучої фази (води, вуглекислого газу, метану тощо). Взаємодія між твердою та рідкою фазами є предметом поточної дослідницької діяльності. Спроба відповісти на такі запитання:

Який вплив має склад рідкої фази на кінетику та механізм метаморфічних та осадових мінеральних реакцій?
Як метали розчиняються з мінералів, у якому вигляді вони транспортуються в землі і як здійснюється випадання мінеральних опадів з гідротермальних розчинів?
Які рідини брали участь у формуванні магми у верхній мантії?
Як відрізняються процеси обміну між твердою та рідкою фазою для основних та мікроелементів, а також ізотопів?
Як реагують дощові/підземні води з антропогенними відходами та ущільненнями на поверхневих звалищах?
Які наслідки потепління сусідньої гірської породи, в тому числі води, коли радіоактивні відходи високого рівня скидаються в родовища солей або гранітів?