Все знают простое явление: если часто кипятить в чайнике жесткую воду, то внутри него будет откладываться накипь – налет твердых солей, похожий на камень. Жесткая вода как раз подразумевает большое содержание в ней растворенных солей.
Но дело в том, что большинство солей либо нерастворимы или всегда растворимы в воде. В последнем случае соли должны обратно растворяться (как хлорид натрия), но такого в чайнике с накипью не происходит. Камень откладывается и не растворяется обратно. Вроде обывательская повседневная ситуация, но как из воды образуется камень – никто не задумывается.
Основные соединения в налете внутри чайника – это соли кальция. Изначально растворимые в воде соединения. А именно - гидрокарбонат кальция (Ca(HCO3)2). Это соединение находится всегда лишь в растворе. А если его нагреть, то превращается в нерастворимую в воде соль (карбонат кальция), углекислый газ и воду. При нагреве воды это и происходит.
Самое известное природное место, где водорастворимый гидрокарбонат кальция превращается в водонерастворимый карбонат кальция – Памуккале в Турции.
Другой пример отложения природной накипи (камня) – металлическая лестница, покрывшаяся каменным налетом в воде в местечке Бом-ле-Месье во Франции.
Подробнее про этот пример здесь:
Загадки геологии. Металлическая лестница, которая в воде покрылась каменной породой
Сталактиты в пещерах образуются аналогичным образом и на это не нужны миллионы лет. Существует масса примеров, когда они образовались в современных техногенных подземных объектах.
Но возможна и обратная реакция, когда налет превращается в водорастворимый гидрокарбонат кальция. Если карбонат кальция в присутствии большой концентрации углекислого газа и так же нагреть для ускорения реакции, то он превращается в гидрокарбонат и растворяется в воде. Поэтому, если у кого-то образовалась накипь в чайнике – прокипятите его с газированной водой (лучше не минеральной).
Обжиг извести тоже чем-то похож на превращение карбоната кальция в негашеную известь (СаО).
Многие должны заметить, что налет в чайнике не всегда белого или молочного цвета, а именно так должен выглядеть карбонат кальция. Налет часто имеет бурый или даже коричневый оттенок. Это еще одно соединение переходит из водорастворимого в водонерастворимое. Какое именно? Соединение железа.
Двухвалентное водорастворимое железо превращается в трёхвалентное при контакте с кислородом. Внешне это проявляется в изменении цвета воды, она приобретает цвет ржавчины.
Это происходит и в чайнике при контакте двухвалентного железа с кислородом (реакция ускоряется температурой) и может происходить и происходила ранее в природе. Например, это делают железобактерии.
Существует гипотеза, что именно железобактерии образовали многие месторождения железной руды и других металлов.
В природе существуют и другие реакции превращения водорастворимых солей в водонерастворимые. Если развивать эту мысль, то ряд осадочных горных пород могли образоваться достаточно быстро и не за счет осадконакопления (илонакопления) в древних водоемах, а за счет быстрого превращения растворимых солей в нерастворимые.
Когда бываю на озере Белё в Хакасии, то всегда задавался вопросом: как образовалась такая слоистая структура камня?
Точно так же, как и налет из жесткой воды в чайнике. Вытекал источник рядом с озером с высокой минерализацией (гидрокарбонат кальция плюс двухвалентный оксид железа) и на воздухе при повышении температуры раствора это все очень быстро превращалось в камень и откладывалось слоями.
Приведу еще интересную на мой взгляд аналогию. В особо сложных условиях работы с жесткой водой, водопроводные трубы в котельных могут почти полностью забиваться налетом карбоната кальция с другими водонерастворимыми примесями. Картина иногда выглядит так:
Это напоминает структуру жеоды аметиста, кристаллов кварца, если по-простому.
Скорее всего, при образовании жеоды был замкнутый объем воды с растворенными в ней соединениями кремния. Но кремний (или оксид кремния) - не растворим в воде. Зато растворима кислота на основе кремния - ортокремниевая кислота (HSiO4).
При рН1–8 в разбавленных растворах мономерная форма ортокремниевой кислоты HSiO4 – хорошо растворима в воде. При реакции выпадает осадок, начинает кристаллизовываться кварц или силикаты (соли кремниевой кислоты). А силикатные породы – одни из самых распространенных на Земле.
По этой логике и крситаллы кварца и других минералов – могли образоваться в граните. Есть мнение, что гранит – это не магматическая порода, а образованная из растворов. Точнее сказать, из водорастворимых растворов солей с переходом в водонерастворимые.
Не редки случаи нахождения кварцевых жил в граните.
Эту тему позволило бы развить более глубокое знание химии и кристаллографии. Многие науки должны объединиться, чтобы лучше понимать природные процессы.
Дзен: Наука наизнанку