Hidrológiai tájékoztató, 1967

1. szám, május - Dr. Papp Ferenc-Mándy Tamás: Az ásványok és a víz

20H- = H

20 + 0

2vagyis H

20 keletkezésével a hidroxidos vegyület oxiddá alakul. Ez a folyamat mindig irreverzibilis, s az eredeti kristályrács összeroppanásával jár. Ennek hőmérséklete igen változatos. Némely ásványból már 200—300 C°-on lehasad a víz, másoknál 800—900 C° is szükséges. A szerkezeti vizet tartalmazó ásványok száma igen nagy: pl. a magmás kőzetek lényeges elegyrészeit képező szilikátok is ide tartoznak. Ilyenek az üledékes kőzetek agyagásványai, a kerámiai ipar nyersanyagai, a talajmechanikában oly gyakori problémát okozó kőzetek elegyrészei. Hidroxidtartalmú ásványok a bauxit legfontosabb elegyrészei: a gibbsit, a böhmit, a diaszpor. Az ún. barna vasérc (limonit) ásványa pedig vashidroxid, goethit (FeOOH). A „barnakő" néven ismert mangánérc egyik fontos alkatrésze a MnO (OH)-összetételű mangánit. A szilikátok, a földkéreg legfontosabb kőzetalkotói, vázát a SiO/,-csoportok képezik. Ezekre általában jellemző, hogy minél nagyobb fokú a SiO/,-csoportok egymáshoz kapcsolódása a rácsban, a víz az ásványba annál könnyebben épül be, ugyanakkor eltávolítása is annál könnyebb. Mindez a keletkezési körülményekkel van oksági kapcsolatban. A kisebbmérvű Si0

4—SiO/, kapcsolódást jelző ásványok nagyobb hőmérsékleten keletkeztek, ahol a víz még az extrém nagy nyomáson sem igen képes cseppfolyósodni (kritikus hőmérséklet felett). Csak kevés víz volt képes még OH- ion alakjában is beépülni a rácsba olyan ásványok esetében, ahol a legnagyobb energiájú kötés biztosítva volt. Szerkezeti vizet tartalmaz az epidot, zoizit, topáz, staurolit, vezuvián, valamint a hemimorfit nevű Znszilikát stb. A színes kőzetalkotók közül az amfibolok állandó alkotórésze a víz, így az amfibolazbeszt-nek is. A síkhálós szerkezetű, leveles felépítésű szilikátok víztartalma már nagyobb, könnyebben is eltávolítható. Idetartoznak a kiváló elektromos szigetelő csillámok, a hintőpor alapanyaga a talk (másnéven zsírkő), a szerpentin, kloritfélék, az agyagásványok: a kaolinit, illit. a montmorillonit stb. A szulfát-, foszfát-, karbonát-, stb. ásványcsoportokon belül igen sok olyan ásvány van, amely hidroxilionokat tartalmaz. Ezek nagyrésze nem nagy gyakorlati jelentőségű (pl. az azurit és malachit nevű bázisos rézkarbonátok stb.). 3.2 Kristályvíz Számos olyan sószerű ásványt és mesterségesen előállított vegyületet ismerünk, amelyek meghatározott stöchiometrikus arányban vizet tartalmaznak. Ez a víz — H

20 alakban — a kristályrács állandó alkotóeleme. A vízmolekulák némely esetben a kationfém körül helyezkednek el, más esetekben a rétegekben, vagy a kristályrács más, meghatározott helyein találhatók. Hevítéssel a víz kiűzhető, de ennek távozása a kristályrács átalakulásával jár. Az ilyen típusú víz a kristályvíz. Egy-egy ásvány kristályvíz-molekuláinak száma különböző. Vannak vegyületek, amelyek kristályvíz-molekula tartalma változó. Ezek szerkezete is különböző. Minél kisebb az ásvány keletkezési hőmérséklete, annál több vizet tartalmazó módosulat keletkezhet. Hevítéskor, meghatározott hőmérsékleten, a kevesebb vizet tartalmazó módosulat válhatik állandóvá (stabilissá), ekkor átkristályosodás történik, a felszabadult víz eltávozik. A különböző kristályvizet tartalmazó vegyületeket önálló ásványoknak kell tekintenünk. Ha a hevítést óvatosan, fokozatosan végezzük, s az ásvány súlyváltozását közben pontosan megmérjük, következtetéseket vonhatunk le az egyes vízmolekulák kötésmódjára vonatkozóan. A kristályvíz tartalmú ásványok stabilitási tartományainak ismeretében pedig a keletkezési hőmérsékletet lehet közelítő pontossággal lehatárolni. A leggyakoribb és egyben ipari jelentőségű ásvány ebben a csoportban a gipsz. Ennek példáján is jól megfigyelhető, hogy hevítés során miként távozik el fokozatosan a víz. 150—170 C°-on a kristályvíz 3/

4-ed része eltávozásával félhidrát, ún. „stukkogipsz" keletkezik, mely a vizet képes újra felvenni. Ezt a tulajdonságát használják fel az építőiparban. 200 C° felet a víztartalom teljes egészében eltávozik, vízmentes kalciumszulfát, anhidrit keletkezik, amely reverzibilis vízfelvételre már nem képes. Egyéb kristályvíz tartalmú ásványok: kalkantit (rézszulfát — rézgálic), melanterit (vasszulfát — vasgálic), epsomit vagy keserűsó (magnéziumszulfát), kálitimsó (kálium-alumíniumszulfát), szóda vagy sziksó (víztartalmú nátriumkarbonát). 3.3 Zeolitos víz A kristályvízhez némileg hasonló víz található a zeolitokban. A zeolitok Na—

Ca alumínium-szilikátok. Kristályszerkezetük lényege a SiO/, és AlO/,-csoportokból álló laza hálózat. Ez szerkezetileg szabályosan ismétlődő, meghatározott méretű csatornákat taralmaz, amelyek vízzel vannak kitöltve. A víz mennyiségét a rendelkezésre álló üregek térfogatán kívül a külső körülmények (pl. hőmérséklet, nyomás) határozzák meg. Hevítéssel a víz fokozatosan eltávozik, a kristályrács sértetlen marad, lehűlés után az ásvány a teljes vízmennyiséget képes visszavenni. A zeolitok többnyire a magmás kőzetek hidrotermális átalakulása során keletkeztek. Sajátos kristályszerkezetük miatt a vegyipar széles keretek között alkalmazza, azonban tömeges fellépésük a természetben nem gyakori, (ilyen a Szerencs közelében található klinoptilolit) ezért mesterségesen is előállítják. 3.4 Adszorptív víz A vegyelemzés olyan ásványokban is mutat ki vizet, amelyek képletében hiába keressük azt. Nem a „bányanedvességre" gondolunk, ez utóbbi 100—105 C°-os szárítással eltávolítható. Vannak ásványok, amelyeknek kristályai igen kicsinyek, felületük nagy (100 vagy több 100 m

2 grammonként), ahol a kristályszerkezeti rendezetlenségek és a kiegyenlítetlen vegyértékek miatt elektromos töltés lép fel. Az ilyen ásványok felülete a vizet sokkal erőteljesebben képes megkötni, mint a „jó" kristálymódosulatok. Az ilyen kristály tulajdonságait a felületén tapadó adszorbeált vízburokkal együtt kell vizsgálni, amely már a kolloidkémia — kolloidfizika területére tartozik. Az adszorptív víz a felületről hevítéskor fokozatosan eltávozik. Az eltávozás eleinte reverzibilis, a nagyobb hőmérsékleten is makacsul tapadó víz távozásával azonban a felületen olyan mélyreható folyamatok mennek végbe, amelyek az ásvány tulajdonságait, elsősorban fizikai, kolloidikai és ezzel együtt műszaki tulajdonságait maradandóan megváltoztatják. Az adszorptív víz az agyagásványok körében igen nagy jelentőségű. Az illitnél és különösen a montmorillonitnál tekintettel kell lennünk erre. A montmorillonit kristályait a víz olyan stabilis burokként veszi körül, amely megakadályozza a szemcsék összetapadását, s kedvező körülmények között már 4—5% ásványt tartalmazó szuszpenzió is szilárd kocsonya alakjában dermed. Ez a tulajdonsága teszi a montmorillonitot tartalmazó kőzetet (a bentonitot) olyan értékessé a vízépítő, mélyfúró, vasöntő, textil és kőolajfeldolgozó iparban. * * * Ügy gondoljuk e néhány sorban sikerült rámutatnunk arra, hogy a víz jelentősége földünkön nem korlátozódik a hidroszférára, hanem a szilárd kéreg építőköveinek, az ásványoknak világában is mindenütt jelenlevő, döntő tényező. Dr. Papp Ferenc — Mándy Tamás 36