Влияние температуры и давления на направление геохимического процесса

Твердые оболочки Земли, слагающие их горные породы, парагенетические ассоциации минералов и т.п., как правило, – сложные многокомпонентные силикатные системы. Процессы, в результате которых они образуются, идут с конечными скоростями и являются необратимыми.         В геохимии мы встречаемся с неравновесными системами, которые характеризуются массой, объемом, энтропией, давлением, температурой, химическими потенциалами.

Для применения термодинамики в геохимии необходимо знать поведение конкретных фаз, компонентов и систем в условиях геологической обстановки, в частности, в большом диапазоне давлений и температур. Так, например, общее представление о направлении геохимического процесса дает принцип Ле Шателье – Брауна, согласно которому в любой системе, находящейся под действием внешних сил, изменение какого-либо внешнего фактора вызывает превращение, направленное на компенсацию действия этого фактора. По закону действующих масс изменение активности одного из компонентов системы смещает равновесие. Например, в реакции

 равновесие смещается вправо, т. к. ангидрит выпадает из раствора. В реакции,

начинающейся при температуре выше 350 °С, равновесие сдвигается вправо, т.к. одновременно с отложением минерала волластонита CaSiO3 образуется углекислота, удаляющаяся из системы.      С повышением температуры в реакциях с участием газовой фазы равновесие смещается в сторону меньшего объема газовых компонентов. Например, в реакции  равновесие сдвигается вправо.

Высокое давление (газовое и литостатическое) изменяет направление и характер кристаллизации магмы.

Условия равновесия подчиняются также правилу фаз Гиббса, согласно которому число термодинамических степеней свободы системы:

f = k – n + 2, (5)

где n – число фаз в системе, k – число компонентов.

Поскольку в закрытой системе число степеней свободы f £ 2 (давление и температура), то число фаз n ³ k. Это минералогическое правило фаз, впервые в геохимии примененное В.М. Гольдшмидтом, оправдывается для разнообразных горных пород.

Если рассматривать вопрос влияния температуры и давления на протекание реакции, необходимо отметить, что с ростом температуры число активных молекул возрастает. Отсюда следует, что и скорость химической реакции должна увеличиваться с повышением температуры. Действительно, при возрастании температуры химические реакции протекают быстрее.

Возрастание скорости реакции с ростом температуры принято характеризовать температурным коэффициентом скорости реакции – числом, показывающим, во сколько раз возрастает скорость данной реакции при повышении температуры системы на 10 градусов.