Minerály a minerálne vody; Univerzita v Tübingene
Minerály - minerály - minerálna voda (úvod)
v Minerálka sú žiadne minerály súčasťou balenia (inak by ste mali vážne problémy s prehĺtaním!). Názov minerálna voda znamená, že táto voda počas prúdenia horninami rozpustila niektoré minerály (najmä uhličitanové a soľné horniny) a absorbovala niektoré z ich zložiek v rozpustnej forme (ako katióny/anióny). Obsahuje teda viac anorganických zložiek ako morská voda alebo voda z vodovodu.
Kedy Minerály jeden všeobecne označuje kovové ióny (Na +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Zn 2+, Se 2+, Mo 2+ atď.) a určité anióny (HSiO3 -, HCO3-, SO4 2-, F -, Cl -), ktoré sú obsiahnuté v potravinách alebo liekoch a ktoré sú nevyhnutné pre ľudský život. Existujú teda prvky a zlúčeniny, ktoré sa tiež vyskytujú v mineráloch alebo sa tvoria pri ich rozpustení. Tieto väčšinou rozpustené zložky (napr. V minerálnej vode) sa často nesprávne označujú ako „minerály“ („Nutella je bohatá na minerály“, pozri tiež štítky na niektorých fľašiach s vodou).
Pretože väčšina halogenidov a síranov alkalických kovov a kovov alkalických zemín je ľahko rozpustná, minerálne vody zodpovedajúcim spôsobom zvýšili hladinu týchto zložiek (kyselina, voda, hydrogénuhličitan vápenatý, voda atď.). Železo (ako Fe 2+) je tiež prítomné v prírodných minerálnych vodách. Pretože dvojmocné železo by sa vo vzduchu postupne oxidovalo na trojmocné železo (čo môže viesť k nežiaducej hnedej flokulácii), bolo železo z väčšiny vôd umelo odstránené - sú to odmrazený (voda nebola odmrazenád!).
Najmä pri cvičení stráca ľudské telo v dôsledku potenia až 1 liter vody za hodinu. Pot chutí slane kvôli obsahu NaCl a trochu horko kvôli ostatným minerálom (pozri tabuľku). Strata potu preto vždy znamená vyčerpanie dôležitých minerálov, ktoré je potrebné vymeniť. Namiesto drahých „športových nápojov“ jednoduché minerálne vody (napr. Ako jablkový rozstrek!) S relatívne vysokou hladinou draslíka, horčíka a vápnika poskytujú dobrú kompenzáciu za stratu tekutín.
Oxid uhličitý vo vode
Pretože väčšina minerálnych vôd obsahuje relatívne málo kyseliny uhličitej (H2CO3) („stojaté“ vody), je následne zmiešaná s oxidom uhličitým (CO2). Zatiaľ čo sóda (NaHCO3) sa predtým používala ako prísada oxidu uhličitého (sódovka!), dnes sa pridáva čistý CO2, ktorý sa napríklad extrahuje ako prírodná surovina v Bad Niedernau z hĺbky niekoľkých kilometrov.
Rozpustnosť oxidu uhličitého vo vode rastie pri nižších teplotách a vyšších tlakoch. Po prudkom pretrepaní a zahriatí (zvýšenie teploty!) Fľaša sýtená minerálnou vodou pocítite pri otvorení fľaše náhly únik plynného oxidu uhličitého (H2CO3 -> CO2 + H2O) (zníženie tlaku!).
Zodpovedajúcim procesom v prírode je odplynenie kvapalnej magmy (výstupom a znížením tlaku) na sopkách, pričom do atmosféry sa okrem plynov (voda, oxid uhličitý atď.) Vrhá aj obrovské množstvo popola. Pred niekoľkými rokmi bola pôsobivým príkladom filipínska sopka Pinatubo.
Dôležité minerály obsiahnuté v minerálnej vode
| sodík N/A | 2 - 3 g | Udržuje napätie tkanív a reguluje vodnú rovnováhu tela. | Slabosť, nevoľnosť, svalové kŕče, obehový kolaps. |
| draslík K | 3-4 g | Reguluje rovnováhu tekutín. Reguluje funkčnosť svalov a nervov a je nevyhnutný pre acidobázickú rovnováhu. Aktivátor rôznych enzýmov. | Svalová slabosť, pokles krvného tlaku, zlyhanie srdca a strata chuti do jedla. |
| Vápnik Približne | 800 mg | Rozhodujúce pre štruktúru kostí a zubov. Dôležitá úloha pri zrážaní krvi a prenose nervových impulzov do svalových buniek. | Odvápnenie kostí a zubov, vlasov a nechtov. Kŕčové stavy. |
| horčík Mg | Ženy: 300 mg Muži: 350 mg | Zodpovedá za prenos nervových impulzov do svalových buniek. Početné metabolické funkcie. Aktivuje enzýmy na výrobu energie. | Bolesť hlavy, závraty, búšenie srdca a sklon ku kŕčom. Zlá koncentrácia a zlý obeh. |
| železo Fe | Muži: 12 mg Ženy: 18 mg | Tvorba červených krviniek. Výmena kyslíka v krvi. | Únava, bledosť, roztrhané kútiky úst. |
| zinok Zn | 15 mg | Funkcia pri delení buniek, hojení rán (zinkové masti!) A pre rast | Odďaľuje hojenie rán. Vypadávanie vlasov a zápalové zmeny pokožky. |
| fosfor P | 800 mg | Štruktúra kostí a zubov. Stavebná jednotka nukleových kyselín. | Nedostatok je zriedkavý. |
| Kremičitý SiO2 | ? | Posilňuje spojivové tkanivo. Dôležité pre stavbu vlasov a nechtov. | Zlá tendencia k hojeniu pokožky. Poruchy rastu vlasov a nechtov. |
| chlorid Cl- | 2-5 g | Spolu so sodíkom je zodpovedný za vodnú bilanciu (osmotický tlak). Ako zložka žalúdočnej kyseliny, a preto dôležitá pre trávenie | Strata žalúdočnej kyseliny. Extrémne, hnačka. Prípady spomaleného rastu. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6. | |
| Vápnik (Ca 2+) | 651,3 | 44 | 40-80 | 49.3 | 12.6 | 4 400 |
| Horčík (Mg 2+) | 79,0 | n/a. | 20-25 | 8.0 | 13.3 | n/a. |
| Sodík (Na +) | 30.0 | 278 | 230-460 | 4.5 | 8.6 | 152 000 |
| Draslík (K +) | n/a. | 17 | 240 | 1.3 | 2.1 | 67 000 |
| Železo (Fe) | 0,01 | n/a. | n/a. | 0,01 | 0,01 | 8 000 |
| Mangán (Mn) | n/a. | n/a. | n/a. | 0,01 | 0,01 | n/a. |
| Chlorid (Cl-) | 39,0 | 312 | n/a. | 5.5 | 16.0 | 295 000 |
| Fluorid (F -) | n/a. | 2.2 | n/a. | n/a. | n/a. | n/a. |
| Síran (SO4 2-) | 940,0 | n/a. | n/a. | 34.0 | 70,0 | 11 000 |
| Uhličitan (HCO3-) | 1215,0 | 336,5 | n/a. | 2,75 | 7.6 | n/a. |
1 Löwen-Sprudel z Obernau (voda-hydrogenuhličitan-síran-voda)
2 minerálna voda Bad Liebenzeller (voda s obsahom hydrogénuhličitanu sodného)
3 pot
4 Voda v Bodamskom jazere
5 Tübingenská voda z vodovodu
6 Tekutá inklúzia do kremeňa z Binghamu v Utahu/USA
n/a: žiadne informácie
Balená minerálna voda
V Nemecku sa každý rok vypije 10 miliárd litrov minerálnej vody, čo zodpovedá spotrebe na obyvateľa 130 litrov.
Spotrebiteľ si môže vybrať z približne 350 minerálnych vôd, okolo 65 liečivých vôd a niekoľkých pramenitých a stolových vôd z celkovo 1 000 nemeckých prameňov a hlbokých studní.
Prírodná minerálna voda
je jediná potravina podliehajúca schváleniu v Nemecku. Aby bol predpísaný „prírodne čistý“, musí pochádzať z podzemných vodných zdrojov chránených pred znečistením a plniť do fliaš pri zdroji.
Pramenitá voda
pochádza z podzemných nádrží, ale na rozdiel od prírodnej minerálnej vody nemusí obsahovať žiadne minerály ani stopové prvky vo vyšších koncentráciách.
Stolová voda
je priemyselne vyrobená (predražená) zmes normálnej vody z vodovodu a prírodnej minerálnej vody. Môže sa vyrábať kdekoľvek a môže sa tiež podávať pomocou výdajného zariadenia.
Liečivá voda
je voľne predajný liek používaný na prevenciu alebo liečbu chorôb. Výrobok získava schválenie Federálnym úradom pre ochranu spotrebiteľa, iba ak má minimálny obsah minerálov.
Voda v mineráloch
1. Inklúzie tekutín
Mnoho minerálov v zemi vzniká zrážaním (kryštalizáciou) z vodných roztokov (hydrotermálne roztoky), znížením teploty z magmatických tavenín a transformáciou hornín v dôsledku zmien teploty a tlaku. Hrajte vo všetkých vzdelávacích procesoch tekuté fázy (Voda, plyny, superkritické roztoky = všeobecne Tekutiny) veľkú rolu.
Ako minerály rastú, veľmi často uzatvárajú malé vzorky týchto tekutín vo forme zaoblených Inklúzie tekutín a. U kremeňa sú najbežnejšie tekuté inklúzie. Mliečny kremeň zakalený tisíckami drobných inklúzií môže obsahovať až 0,1% hmotnosti vody.
Tekuté inklúzie, obyčajne veľké iba niekoľko µm, poskytujú geovedcom cenné informácie o Podmienky vzdelávania tieto minerály a horniny. Na základe výskumov inklúzie tekutín (pomocou tabuliek vykurovania/chladenia) je možné urobiť výroky o teplotách a tlakoch, ktoré prevládali počas formovania hornín, a o zložení (pozri tabuľku) a pôvode tekutej fázy.
2. Viazaná voda, ktorá patrí do kryštálovej mriežky minerálov
A. Skutočné vodnaté minerály
Presne povedané, medzi minerály obsahujúce vodu sa dajú počítať iba tie, ktoré obsahujú elektricky neutrálne molekuly vody. Tento tzv. Krištáľová voda zaujíma veľmi špecifické mriežkové polohy vo forme molekúl H2O. Pretože je len slabo viazaný van der Waalsscheho silami, je vyhrievaný pomerne ľahko a často po etapách zahrievaním; kryštalická mriežka sa zrúti.
Karnallit KMgCl3 * 6H20 s 39% vody.
Po zahriatí sa kryštály rozpustia vo vlastnej kryštalickej vode a rozložia sa. Preto je veľmi nežiaduci minerál v soľných kupolách, ktoré sú určené na konečné skladovanie rádioaktívneho odpadu (teplo!).
omietka CaSO4 * 2H20 s 21% H2O.
Pri zahriatí na viac ako 80 ° C začne sadra postupne strácať vodu a pri teplotách 120 - 140 ° C sa úplne zmení na hemihydrát (CaSO4 * ½H2O), takzvaný model alebo štukovú omietku.
Sepiolit (Meerschaum) Mg4 [(OH) 2 | Si6O15] * 2H20 + 4 H2O Okrem pevne viazaných hydroxylových skupín obsahuje koordinačnú vodu (* 2H2O), ako aj zeolitovú, a preto ľahko vymeniteľnú vodu (+ 4 H2O).
Fylosilikáty, ktorých silikátové vrstvy majú malý záporný náboj kvôli svojmu nie celkom stechiometrickému zloženiu, ukladajú vodné vrstvy, ktoré sa správajú ako slabé katióny (malý obsah Na alebo Mg). Tento takzvaný vstavaný do medzivrstvy. Pramenitá voda, sa môžu uvoľniť reverzibilne opatrným zahriatím bez zrútenia štruktúry, ale s kontrakciou kryštalografickej osi c.
Napr. V:
Montmorillonit (Al1,67, Mg0,33) [(OH) 2 | Si4O10] 0,33- * Na0,33 (H2O) 4, asi 12-24% vody.
Vermikulit (Mg, Fe 3+) 3 [(OH) 2 | Al1,25Si2.75O10] * Mg0,33 (H2O) 4 nesie vodu v nezistenom množstve (maximálne 18%).
B. Minerály obsahujúce hydroxylové skupiny
Minerály, ktoré obsahujú hydroxylové skupiny ( [OH] - ) v ich kryštálovej mriežke (ako Goethite Fe [O.OH], Antigorit Mg48 [(OH) 62,6 | Si34O85] alebo Tremolit Ca2Mg5 [(OH) 2 | Si8O22]) neobsahujú v skutočnosti žiadnu skutočnú vodu. Vďaka svojmu negatívnemu náboju majú hydroxylové skupiny odlišné väzbové vlastnosti ako molekula neutrálnej vody, a preto zaujímajú pevnejšie viazané miesto v kryštálovej mriežke. Tieto OH skupiny preto unikajú iba pri zahriatí na teploty niekoľko sto stupňov Celzia vo forme tzv. Ústavná voda.
Kaolinit Al4 [(OH) 8 | Si4O10] so 14% hmotnostnými vody. Obsah vody uniká až po žíhaní na 390 - 450 ° C.
Ak sa hydroxylové skupiny v zemi uvoľňujú z minerálov pri vysokých teplotách/tlakoch počas metamorfózy, vytvára sa takzvaná metamorfná voda. Dve reakcie z mnohých:
1 Tremolit + 3 kalcit -> 1 dolomit + 4 diopsid + 1 CO2 + 1 H2O.
3 Antigorit + 20 kalcit -> 62 forsterit + 20 diopsid + 20 CO2 + 94 H2O.
3. Voľná voda, ktorá sa nezúčastňuje priamo na kryštálovej štruktúre
A. zeolitová voda
Zeolity majú obzvlášť kryštalické rámce so širokými okami, v ktorých dutinách a kanáloch sú rôzne katióny a molekuly vody viazané na konkrétne miesto bez toho, aby boli fixované. Existuje možnosť plynulého dodania a opätovného vstrebania vody (tzv. Zeolitová voda) bez zmeny kryštalickej štruktúry (vo vzorcoch označené (+)):
Stilbit (Desmin) NaCa2 [Al5Si13O36] + 14 H20 s 20% hmotn. vody
Natrolit Na2 [Al2Si3O10] + 2 H2O s menej ako 10% hmotnostnými vody.
B. koloidná voda
Koloidná voda je bežný v hydrogéloch, kde je držaný na povrchu fáz disperzie veľmi slabými väzbovými silami. Prítomnosť tejto takzvanej adsorpčnej vody nezávisí od mriežky adsorbentu.
Dobrým príkladom je drahokam opál. Táto zlúčenina oxidu kremičitého sa píše ako SiO2 + aq (aq sú prvé dve písmená latinského slova aqua, voda); je to tuhý hydrogél s 1-21%, zriedka až 34% adsorpčnej vody.
C. Kapilárna voda
Kapilárna voda („Horská vlhkosť“) je udržiavaná v jemných štrbinách, póroch a práškových hmotách silami povrchového napätia. Väčšinou sa ľahko odstráni zahriatím na 100 až 110 ° C. Nie je možné jasne rozlišovať medzi kapilárnou a koloidnou vodou.
Podzemná voda
Podzemná voda sa vytvára, keď dážď presakuje do pôdy a iných voľných povrchových sedimentov alebo preniká pod povrch pozdĺž trhlín a štrbín v hornine. Vrstvy, ktoré prenášajú podzemnú vodu a tiež ju odovzdávajú ďalej, sú známe ako zvodnené vrstvy alebo zásobníky podzemnej vody. S výnimkou jaskýň nie sú v podzemí otvorené priestory pre jazerá a rieky.
Jediným skladovacím priestorom pre vodu je Pórový priestor medzi zrnkami piesku a inými časticami pôd a hornín, ako aj štrbinami a štrbinami. Miera celkového pórovitého priestoru prítomného v horninách, pôdach alebo sedimentoch je pórovitosť: Zodpovedá to podielu, ktorý tvorí objem obsadený pórmi, vo vzťahu k celkovému objemu. Pórovitosť je najvyššia vo voľných vrstvách piesku a štrku s hodnotami 40% (vodonosné vrstvy). S mnohými pieskovcami - napríklad Tübingen Domový pieskovec - je to asi 15-30%. Väčšina bridlicových ílov má nízku pórovitosť menej ako 10%, a preto pôsobia ako horizonty ukladania.
To, ako rýchlo voda prenikne do skaly, závisí od Priepustnosť alebo priepustnosť od. Aj keď sa úroveň priepustnosti zvyšuje so zvyšujúcou sa pórovitosťou, závisí to hlavne od toho, aké veľké sú póry horniny, ako dobre sú navzájom spojené a aká je krivočiara dráha vody okolo častíc horniny.
Interakcie medzi vodou a minerálmi/horninami (interakcie voda-hornina)
Tvorba a premena minerálov a hornín sa zvyčajne uskutočňuje za účasti tekutej fázy (voda, oxid uhličitý, metán atď.). Interakcie medzi pevnou a tekutou fázou sú predmetom súčasných výskumných aktivít. Jeden sa snaží odpovedať okrem iného na tieto otázky:
- Aký vplyv má zloženie tekutej fázy na kinetiku a mechanizmus premeny metamorfovaných a sedimentárnych minerálov?
- Ako sa rozpúšťajú kovy z minerálov, v akej forme sa transportujú v zemi a ako sa vykonáva zrážanie rudných minerálov z hydrotermálnych roztokov?
- Ktoré tekutiny sa podieľali na tvorbe magmy v hornom plášti?
- Ako sa líšia procesy výmeny medzi pevnou a tekutou fázou pre hlavné a stopové prvky, ako aj pre izotopy?
- Ako reaguje dažďová/podzemná voda s antropogénnymi odpadovými materiálmi a uzávermi na povrchových skládkach?
- Aké dôsledky má otepľovanie priľahlej horniny vrátane vody pri ukladaní vysoko rádioaktívneho odpadu do usadenín solí alebo žúl?