Minerale și apă minerală; Universitatea din Tübingen
Minerale - minerale - apă minerală (o introducere)
în Apă minerală sunteți fără minerale inclus (altfel ai avea probleme serioase la înghițire!). Numele de apă minerală înseamnă că această apă a dizolvat unele minerale în timp ce curgea prin roci (în special roci carbonatice și sărate) și a absorbit unele dintre componentele lor într-o formă solubilă (ca cationi/anioni). Prin urmare, conține mai multe componente anorganice decât apa de mare sau de la robinet.
Cand Minerale în general se desemnează ioni metalici (Na +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Zn 2+, Se 2+, Mo 2+ etc.) și anioni anumiți (HSiO3 -, HCO3 -, SO4 2-, F -, Cl -), care sunt conținute în alimente sau medicamente și care sunt esențiale pentru viața umană. Deci, există elemente și compuși care apar și în minerale sau se formează atunci când mineralele se dizolvă. Aceste componente în mare parte dizolvate (de exemplu, în apa minerală) sunt adesea denumite în mod incorect ca „minerale” („Nutella este bogată în minerale”, vezi și etichetele de pe unele sticle de apă).
Deoarece majoritatea halogenurilor și sulfatelor alcaline și alcalino-pământoase sunt ușor solubile, apele minerale au niveluri crescute corespunzător ale acestor componente (acid, acid carbonat de calciu sulfat apă etc.). Fierul (ca Fe 2+) este prezent și în apele minerale naturale. Deoarece fierul divalent ar fi treptat oxidat în fier trivalent în aer (ceea ce poate duce la floculare maro nedorită), fierul a fost îndepărtat artificial din majoritatea apelor - acestea sunt dezghețat (apa nu a fost degivratăd!).
Mai ales atunci când faceți mișcare, corpul uman pierde până la 1 litru de apă pe oră ca urmare a transpirației. Transpirația are un gust sărat din cauza conținutului de NaCl și puțin amară din cauza celorlalte minerale (vezi tabelul). Prin urmare, pierderea transpirației înseamnă întotdeauna o epuizare a mineralelor importante care trebuie înlocuite. În loc de „băuturi sportive” scumpe, apele minerale simple (de exemplu, ca spritzer de mere!) Cu niveluri relativ ridicate de potasiu, magneziu și calciu oferă o bună compensare pentru pierderea de lichide.
Dioxid de carbon în apă
Deoarece majoritatea apelor minerale conțin relativ puțin acid carbonic (H2CO3) (ape „liniștite”), acestea sunt amestecate ulterior cu dioxid de carbon (CO2). În timp ce soda (NaHCO3) a fost folosită anterior ca aditiv de dioxid de carbon (apa minerala!), în zilele noastre se adaugă CO2 pur, care de ex. este extras ca materie primă naturală în Bad Niedernau de la o adâncime de câțiva kilometri.
Solubilitatea dioxidului de carbon în apă crește la temperaturi mai scăzute și la presiuni mai mari. După agitare puternică și încălzire (creșterea temperaturii!) O sticlă de apă minerală carbogazoasă, vă confruntați cu evacuarea bruscă a dioxidului de carbon gazos (H2CO3 -> CO2 + H2O) când sticla este deschisă (reducerea presiunii!).
Un proces corespunzător în natură este degazarea magmei lichide (prin ascensiune și reducerea presiunii) în vulcani, prin care pe lângă gazele (apă, dioxid de carbon etc.) sunt aruncate în atmosferă și cantități enorme de cenușă. În urmă cu câțiva ani, vulcanul filipinez Pinatubo a oferit un exemplu impresionant.
Minerale importante conținute în apa minerală
| sodiu n/A | 2-3 g | Menține tensiunea țesuturilor și reglează echilibrul apei din corp. | Slăbiciune, greață, crampe musculare, colaps circulator. |
| potasiu K | 3-4 g | Reglează echilibrul fluidelor. Reglează funcționalitatea mușchilor și nervilor și este necesar pentru echilibrul acido-bazic. Activator al diferitelor enzime. | Slăbiciune musculară, scăderea tensiunii arteriale, insuficiență cardiacă și pierderea poftei de mâncare. |
| Calciu Aproximativ | 800 mg | Decisiv pentru structura oaselor și a dinților. Rol important în coagularea sângelui și transmiterea impulsurilor nervoase către celulele musculare. | Decalcificarea oaselor și a deteriorării dinților, părului și unghiilor. Stări convulsive. |
| magneziu Mg | Femei: 300 mg Bărbați: 350 mg | Responsabil de transmiterea impulsurilor nervoase către celulele musculare. Numeroase funcții metabolice. Activează enzime pentru producerea de energie. | Cefalee, amețeli, inimă în cursă și tendință la convulsii. Concentrație slabă și circulație slabă. |
| fier Fe | Bărbați: 12 mg Femei: 18 mg | Formarea globulelor roșii din sânge. Schimb de oxigen în sânge. | Oboseală, paloare, colțurile sfâșiate ale gurii. |
| zinc Zn | 15 mg | Funcția în diviziunea celulară, vindecarea rănilor (unguente de zinc!) Și pentru creștere | Întârzie vindecarea rănilor. Căderea părului și modificări inflamatorii ale pielii. |
| fosfor P | 800 mg | Structura oaselor și a dinților. Bloc de construcție al acizilor nucleici. | Deficitul este rar. |
| Silice SiO2 | ? | Întărește țesutul conjunctiv. Important pentru construirea părului și a unghiilor. | Tendință slabă de vindecare a pielii. Tulburări de creștere a părului și a unghiilor. |
| clorură Cl- | 2-5 g | Împreună cu sodiul este responsabil pentru echilibrul apei (presiunea osmotică). Ca o componentă a acidului stomacal și, prin urmare, important pentru digestie | Pierderea acidului gastric. Diaree, extrem. Cazuri de creștere a creșterii. |
| 1 | 2 | 3 | Al 4-lea | 5 | Al 6-lea | |
| Calciu (Ca 2+) | 651.3 | 44 | 40-80 | 49.3 | 12.6 | 4.400 |
| Magneziu (Mg 2+) | 79.0 | n/A. | 20-25 | 8.0 | 13.3 | n/A. |
| Sodiu (Na +) | 30.0 | 278 | 230-460 | 4.5 | 8.6 | 152.000 |
| Potasiu (K +) | n/A. | 17 | 240 | 1.3 | 2.1 | 67.000 |
| Fier (Fe) | 0,01 | n/A. | n/A. | 0,01 | 0,01 | 8.000 |
| Mangan (Mn) | n/A. | n/A. | n/A. | 0,01 | 0,01 | n/A. |
| Clorură (Cl-) | 39.0 | 312 | n/A. | 5.5 | 16.0 | 295.000 |
| Fluor (F -) | n/A. | 2.2 | n/A. | n/A. | n/A. | n/A. |
| Sulfat (SO4 2-) | 940.0 | n/A. | n/A. | 34,0 | 70.0 | 11.000 |
| Carbonat (HCO3-) | 1215,0 | 336,5 | n/A. | 2,75 | 7.6 | n/A. |
1 Löwen-Sprudel de la Obernau (calciu-hidrogen carbonat-sulfat-apă)
2 apă minerală Bad Liebenzeller (apă clorură de sodiu hidrogen carbonat)
3 transpirație
4 Apa lacului Constance
5 Apa de la robinet din Tübingen
6 Includerea fluidului într-un cuarț din Bingham, Utah/SUA
n/a: fără informații
Apă minerală îmbuteliată
În fiecare an în Germania se beau 10 miliarde de litri de apă minerală, ceea ce corespunde unui consum pe cap de locuitor de 130 de litri.
Consumatorul poate alege între aproximativ 350 de ape minerale, aproximativ 65 de ape medicinale, precum și mai multe ape de izvor și de masă dintr-un total de 1000 de izvoare germane și fântâni adânci.
Apă minerală naturală
este singurul aliment supus aprobării în Germania. Pentru a fi „pur în mod natural” așa cum este prescris, acesta trebuie să provină din surse de apă subterane protejate de poluare și să fie îmbuteliat la sursă.
Apa de izvor
provine din rezervoare subterane, dar spre deosebire de apa minerală naturală nu trebuie să conțină substanțe minerale sau oligoelemente în concentrații mai mari.
Apa de masă
este un amestec de apă industrială de la robinet și apă minerală naturală (supraevaluat) produs industrial. Poate fi produs oriunde și poate fi servit și cu ajutorul echipamentului de distribuire.
Apă medicinală
este un medicament fără prescripție medicală utilizat pentru prevenirea sau vindecarea bolilor. Produsul primește aprobare de la Oficiul Federal pentru Protecția Consumatorilor numai dacă are un conținut minim de minerale.
Apa în minerale
1. Incluziuni de lichide
Multe minerale din pământ se formează prin precipitare (cristalizare) din soluții apoase (soluții hidrotermale), prin scăderea temperaturii din topiturile magmatice și prin transformarea rocilor ca urmare a modificărilor de temperatură și presiune. Joacă în toate procesele educaționale faze fluide (Apă, gaze, soluții supercritice = general Fluide) un rol important.
Foarte des, pe măsură ce mineralele cresc, ele închid eșantioane mici din aceste fluide sub formă de rotunjite Incluziuni de lichide A. Incluziunile de lichide sunt cele mai frecvente în cuarț. Cuarțul lăptos, înnorat de mii de mici incluziuni, poate conține până la 0,1% din greutatea apei.
Incluziunile de lichide, de obicei cu o dimensiune de doar câțiva µm, oferă geoștiințificilor informații valoroase despre Condiții educaționale aceste minerale și roci. Pe baza investigațiilor privind includerea fluidelor (cu ajutorul meselor de încălzire/răcire), se pot face afirmații despre temperaturile și presiunile care au predominat în timpul formării rocilor și despre compoziție (vezi tabelul) și originea fazei fluide.
2. Apă legată care aparține rețelei cristaline a mineralelor
A. Minerale hidrate reale
Strict vorbind, dintre mineralele care conțin apă se pot număra doar pe cele care conțin molecule de apă neutre din punct de vedere electric. Acest așa-numit. Apă cristalină ocupă poziții de rețea foarte specifice sub formă de molecule H2O. Deoarece este legat doar slab de forțele van der Waalssche, este expulzat relativ ușor și adesea în etape atunci când este încălzit; rețeaua de cristal se prăbușește.
Carnalit KMgCl3 * 6H2O cu 39% apă.
Când sunt încălzite, cristalele se dizolvă în propria lor apă cristalină și se descompun. Prin urmare, un mineral foarte nedorit în cupolele de sare care sunt destinate stocării finale a deșeurilor radioactive (căldură!).
tencuială CaSO4 * 2H2O cu 21% H2O.
Când este încălzit la peste 80 ° C, gipsul începe să piardă treptat apă, iar la temperaturi de 120-140 ° C se transformă complet în hemihidrat (CaSO4 * ½H2O), așa-numitul model sau tencuială din stuc.
Sepiolit (Meerschaum) Mg4 [(OH) 2 | Si6O15] * 2H2O + 4 H2O În plus față de grupările hidroxil ferm legate, conține apă coordonativă (* 2H2O), precum și apă de tip zeolit și, prin urmare, ușor de înlocuit (+ 4 H2O).
Filosilicatele, Straturile lor de silicat au o sarcină negativă mică datorită compoziției nu tocmai stoichiometrice, stochează straturi de apă care se comportă ca niște cationi slabi (conținut mic de Na sau Mg). Acest așa-numit încorporat în straturile intermediare. Apa de izvor, poate fi eliberat reversibil prin încălzire atentă fără prăbușirea structurii, dar cu contracția axei c cristalografice.
De exemplu. în:
Montmorillonit (Al1,67, Mg0,33) [(OH) 2 | Si4O10] 0,33- * Na0,33 (H2O) 4, aproximativ 12-24% apă.
Vermiculit (Mg, Fe 3+) 3 [(OH) 2 | Al1.25Si2.75O10] * Mg0.33 (H2O) 4 transportă apă într-o cantitate nedeterminată (maxim 18%).
B. Minerale care conțin hidroxil
Minerale care conțin grupe hidroxil ( [OH] - ) în rețeaua lor de cristal (cum ar fi Goethite Fe [OOH], Antigorit Mg48 [(OH) 62,6 | Si34O85] sau Tremolit Ca2Mg5 [(OH) 2 | Si8O22]) nu conțin de fapt apă reală. Datorită încărcării lor negative, grupările hidroxil au proprietăți de legare diferite decât molecula de apă neutră, motiv pentru care ocupă un loc mai ferm legat în rețeaua cristalină. Prin urmare, aceste grupuri OH scapă numai atunci când sunt încălzite la temperaturi de câteva sute de grade Celsius sub forma așa-numitelor. Apa constituțională.
Kaolinit Al4 [(OH) 8 | Si4O10] cu 14% în greutate apă. Conținutul de apă nu scapă până la recoacere la 390-450 ° C.
Dacă grupurile hidroxil din pământ sunt eliberate din minerale la temperaturi/presiuni ridicate în timpul metamorfozei, se creează așa-numita apă metamorfică. Două reacții de la mulți:
1 Tremolit + 3 calcit -> 1 dolomit + 4 diopsid + 1 CO2 + 1 H2O.
3 Antigorit + 20 calcit -> 62 forsterit + 20 diopsid + 20 CO2 + 94 H2O.
3. Apă gratuită care nu participă direct la structura cristalină
A. Apa zeolită
Zeoliții au rame cristaline deosebit de largi, în ale căror cavități și canale sunt legați diverși cationi și molecule de apă fără a fi fixați într-un anumit loc. Există posibilitatea livrării treptate și reabsorbției apei (așa-numitul. Apa zeolitică) fără a schimba structura cristalină (marcată cu (+) în formule):
Stilbit (Desmin) NaCa2 [Al5Si13O36] + 14 H2O cu 20% în greutate apă
Natrolit Na2 [Al2Si3O10] + 2 H2O cu puțin sub 10% din greutatea apei.
B. apa coloidală
Apă coloidală este răspândit în hidrogeluri, unde este ținut la suprafața fazelor de dispersie de forțe de legare foarte slabe. Prezența acestei așa-numite ape de adsorbție nu depinde de rețeaua adsorbantului.
Un exemplu frumos este opalul pietrei prețioase. Acest compus de oxid de siliciu este scris ca SiO2 + aq (aq sunt primele două litere ale cuvântului latin aqua, apă); este un hidrogel solid cu 1-21%, rareori până la 34% apă de adsorbție.
C. Apă capilară
Apă capilară ("Umezeala montană") este menținută în fisuri fine, pori și mase pulverulente de forțele tensiunii superficiale. În cea mai mare parte, este ușor de îndepărtat prin încălzire la 100 până la 110 ° C. Nu este posibil să se facă o distincție clară între apa capilară și cea coloidală.
Panza freatica
Apa subterană apare atunci când ploaia se scurge în sol și în alte sedimente libere de la suprafață sau pătrunde în subsol de-a lungul fisurilor și crăpăturilor din rocă. Straturile care transportă apă subterană și o transmit mai departe sunt cunoscute sub numele de acvifere sau rezervoare de apă subterană. Cu excepția peșterilor, nu există spații deschise pentru lacuri și râuri subterane.
Singurul spațiu de stocare pentru apă este Spațiul porilor între granule de nisip și alte particule de soluri și roci, precum și crăpături și crăpături. O măsură a spațiului total al porilor prezenți în roci, soluri sau sedimente este porozitate: Corespunde proporției pe care o formează volumul ocupat de pori în raport cu volumul total. Porozitatea este cea mai mare în straturi de nisip și pietriș slăbit, cu valori de 40% (straturi purtătoare de apă). Cu multe gresii - precum Tübingen Gresia casei - este de aproximativ 15-30%. Cele mai multe argile de șist au o porozitate scăzută de sub 10%, motiv pentru care acționează ca orizonturi de stocare.
Cât de repede pătrunde apa într-o piatră depinde de Permeabilitate sau permeabilitate din. Deși nivelul de permeabilitate crește odată cu creșterea porozității, acesta depinde în principal de cât de mari sunt porii rocii respective, de cât de bine sunt conectați între ei și de cât de curbată este calea apei în jurul particulelor de rocă.
Interacțiuni între apă și mineral/rocă (interacțiuni apă-rocă)
Formarea și transformarea mineralelor și rocilor au loc de obicei cu participarea unei faze fluide (apă, dioxid de carbon, metan etc.). Interacțiunile dintre fazele solide și cele fluide fac obiectul activităților actuale de cercetare. Deci se încearcă i.a. pentru a clarifica următoarele întrebări:
- Ce influență are compoziția unei faze fluide asupra cineticii și mecanismului reacțiilor minerale metamorfice și sedimentare?
- Cum se dizolvă metalele din minerale, în ce formă sunt transportate pe pământ și cum se desfășoară precipitațiile minerale din soluții hidrotermale?
- Ce fluide au fost implicate în formarea magmei în mantaua superioară?
- Cum diferă procesele de schimb între faza solidă și cea fluidă pentru elementele principale și oligoelemente, precum și pentru izotopi?
- Cum reacționează apa de ploaie/apa freatică cu deșeurile antropogene și sigiliile din depozitele de deșeuri de suprafață?
- Ce consecințe are încălzirea rocii adiacente, inclusiv a apei, atunci când aruncă deșeuri foarte radioactive în depozite de sare sau granite?