Geochimica applicata e ambientale

VEDERE DUREZZA ACQUA.SOLUBILITA' DEL QUARZO

Dissoluzione del quarzo a pH < 9:

SiO₂(qtz) + 2H₂O = H₄SiO₄

L'acido silicico è come l'acido carbonico e ad alti valori di pH si dissocia in H₃SiO₄⁻ e H₂SiO₄²⁻ e possono essere presenti polimeri di SiO₂.

A bassa temperatura la velocità di cristallizzazione del quarzo è così lenta che la solubilità della silice amorfa rappresenta il limite superiore di concentrazione della silice disciolta.

La silice amorfa presenta un grado di solubilità maggiore.

Le maggiori concentrazioni di silice nelle acque si osservano nel caso di alterazione di rocce mafiche, contenenti pirosseni ed olivine e plagioclasi calcici, od anche le sedimentarie di tipo arkose. Le minori concentrazioni si trovano nel caso di arenarie quarzifere o rocce carbonatiche.

SOLUBILITA' DELLA GIBBSITE

Costituisce il residuo finale di un processo spinto di alterazione dei silicati. La solubilità

La solubilità della gibbsite Al₂O₃ o Al(OH)₃ è complicata dal fatto che l'alluminio in soluzione può esistere in forme differenti e le più importanti sono Al³⁺, Al(OH)₂⁺ e Al(OH)₄⁻. Ognuna di queste predomina in un particolare intervallo di pH. Le concentrazioni di alluminio sono estremamente basse nelle acque naturali, tranne che a valori molto bassi o molto alti di pH.

La solubilità della goethite Fe(OH)₃. Il ferro (II, ferroso meno ossidato) inizia a precipitare a pH vicini alla neutralità, mentre il ferro (III, ferrico più ossidato) risulta già scarsamente solubile in condizioni di forte acidità. La scarsa solubilità degli idrossidi di ferro e alluminio fa sì che essi si accumulino nei suoli, dando luogo a suoli lateritici (ferro e alluminio) e bauxitici (alluminio).

Alterazione dei silicati. Processo lento. Osservando la composizione mineralogica di un suolo che si è sviluppato nell'arco di migliaia di anni su...

Interagiscono con le rocce ignee e metamorfiche presentano spesso un basso contenuto salino, anche inferiore a 100 mg/l, e le loro caratteristiche composizionali sono tali che il sodio ed il calcio rappresentano i cationi più abbondanti mentre gli ioni bicarbonato prevalgono sugli altri anioni.

I basalti e le altre rocce basiche, per la più facile alterabilità dei minerali presenti, tendono a produrre soluzioni a maggior salinità.

Le rocce carbonatiche si alterano più velocemente delle rocce ignee e metamorfiche e quindi producono soluzioni acquose più concentrate ricche di calcio, magnesio e ione bicarbonato.

Le arenarie si comportano in maniera simile alle rocce che le hanno prodotte, anche se la loro dimensione può accelerare il processo di alterazione.

Le argille, poco alterabili e con alta impermeabilità, possono contenere pirite e calcite, o anche cloruro di sodio, che contribuiscono al contenuto di ioni solfato, calcio, sodio e cloruri.

(acquistando elettroni, diminuendo, la sua carica positiva). L'E è un'espressione numerica che indica la capacità di un ambiente di svolgere attività ossidante o riducente. Come il pH indica la capacità di un sistema di fornire protoni, l'E indica la capacità di fornire elettroni. Più positivo è il valore del potenziale, più ossidante è il sistema considerato rispetto all'elettrodo ad idrogeno. Un valore negativo non significa necessariamente un potenziale riducente, ma soltanto che il potenziale è riducente rispetto all'elettrodo standard ad idrogeno.

Equazione di Nerst: La presenza di acqua sulla superficie terrestre indica che non vi sono condizioni ossidanti tali da ossidarla secondo la reazione: H₂O → ½ O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ con E°= 1,23 volt, né condizioni talmente riducenti da determinare la riduzione dell'acqua: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂ con E° = 0.00

In un diagramma con pH su asse x ed E su asse y abbiamo che al di sopra della linea E = 1.23 – 0.059 pH si svilupperebbe ossigeno e al di sotto della linea E = -0.059 pH idrogeno.

Nelle acque naturali il principale ossidante è l’ossigeno atmosferico mentre la sostanza organica è il principale agente riducente.

Le condizioni redox nelle acque naturali sono molto variabili perché controllate prevalentemente dall’attività biologica, in particolare dal bilancio fra fotosintesi e respirazione. Il carbonio è ridotto nella sostanza organica.

Quando non sono più disponibili molecole di ossigeno, la decomposizione della sostanza organica continua attraverso una serie di reazioni, mediate da batteri, che avvengono a valori di E sempre più bassi:

Denitrificazione: dopo che tutte le molecole di ossigeno sono state consumate essa è la prima reazione che avviene, la riduzione dei nitrati (N⁺⁵) ad azoto N₂:

2NO₃⁻ + ...

10e⁻ + 12H⁺ = N₂ + 6H₂O

Processo attuato da batteri per ossidare la sostanza organica e sfruttare l'energia liberata per le loro necessità vitali.

A valori di E ancora più bassi avviene la riduzione dei nitrati ad ammoniaca: NO₃⁻ +8e⁻ + 9H⁺ = NH₃ + 3H₂O

Deamminazione degli amminoacidi: a potenziali redox ancora più bassi il gruppo amminico degli amminoacidi viene ridotto ad ammoniaca. La protonazione dell'ammoniaca, ovvero la reazione con acqua e anidride carbonica, produce ioni ammonio, un aumento del pH e l'eventuale precipitazione di specie carbonatiche o sali di calcio.

Riduzione dei solfati: il processo di decomposizione prosegue, soprattutto negli ambienti anossici, con la riduzione dei solfati tramite batteri solfo-riducenti per ossidare la sostanza organica e produrre H₂S: SO₄²⁻ + 8e⁻ + 10H⁺ = H₂S + 4H₂O.

Fermentazione: avviene a diversi potenziali redox a seconda della sostanza organica coinvolta.

In generale un determinato composto organico viene convertito in un altro tipo di composto organico e viene liberata CO₂. Se noi studiamo la decomposizione della sostanza organica in un profilo di sedimenti marini osserviamo che i nitrati diminuiscono con la profondità a causa del processo di denitrificazione, gli ossidi di manganese e poi ferro vengono ridotti a ioni Mn²⁺ e Fe²⁺. Se noi studiamo una carota di sedimenti con abbondante sostanza organica osserviamo come già nei primi 40 cm i solfati vengono ridotti a solfuro ed il metano si forma nelle porzioni più profonde. Le elevate concentrazioni di ioni ammonio e fosfato dimostrano il rilascio di nutrienti, che tendono a diffondere verso la porzione superiore della carota, che accompagnano la decomposizione della sostanza organica.

CARATTERISTICHE FISICO-CHIMICHE DELLE ACQUE