Новосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографии Методы расчета минеральных равновесий

1. 
   детальный обзор факторов минеральных равновесий, действующих в природных процессах;
   
2. 
   рассмотрение разработанных на основе современной физической химии рациональных способов количественного описания главных типов природных химических реакций;
   
3. 
   демонстрация на конкретных примерах принципиального значения перехода от общего (качественного) уровня представлений об условиях и причинах минеральных превращений (фазовых реакций) к их описанию на количественном (цифровом) уровне;
   
4. 
   освоение навыков использования отдельных минералов и минеральных ассоциаций в качестве геобарометров и геотермометров природных процессов, а также индикаторов кислотно-основных, окислительно-восстановительных и других специфических химических условий минералообразования.
   

1. 
   Возможности физико-химического моделирования в геохимии и факторы минералообразования: типы базисов для природных систем.
   
2. 
   Кислотность-щелочность как фактор минеральных равновесий (растворы, флюиды, расплавы).
   
3. 
   Кислотно-основное взаимодействие и дифференциальная подвижность компонентов при породообразовании.
   
4. 
   Окислительно-восстановительные условия как фактор минерального равновесия.
   
5. 
   Парциальные давления летучих компонентов как фактор минерального равновесия.
   

6. 
   Основные равновесия в системе S-H₂S-H₂SO₄-MeO-H₂O.
   
7. 
   Основные равновесия в системе С-СO₂-CH₄-MeO-H₂O.
   
8. 
   Парагенезисы минералов железа как буферы условий минерало-, рудо- и породообразования.
   
9. 
   Самородные элементы как индикаторы условий рудообразования. Высокотемпературные системы с газовыми компонентами.
   
10. 
    Силикатные и алюмосиликатные системы. Возможности их термодинамического анализа.
    

11. 
    Способы учета влияния температуры на равновесия в минералообразующих системах.
    
12. 
    Способы учета влияния давления на константы равновесия в минералообразующих системах. Учет ионной силы растворов.
    

13. 
    Комплексообразование как фактор минерального равновесия.
    
14. 
    Катион-анионные отношения как фактор минерального равновесия.
    
15. 
    Влияние температуры, давления и полярности молекул газов на свойства высокотемпературных флюидов.
    
16. 
    Способы учета поверхностных свойств минералов в геохимических процессах.
    
17. 
    Отношение вода / порода как фактор минерального равновесия. Понятия о породо- и флюидодоминирующем режиме.
    
18. 
    Способы учета степени прохождения реакций минералообразования в реальных природных процессах.
    

1. 
   Способы записи природных химических реакций в разных базисах. Константа равновесия и закон действующих масс для некоторых минералообразующих реакций. Уравнение изотермы реакции.
   
2. 
   Способы расчета условий преобладания конкретных продуктов диссоциации кислот и оснований (на примере H₂CO₃, Ca(OH)₂).
   
3. 
   Примеры расчетов конкретных равновесий взаимодействия минералов с кислыми и щелочными растворами (на примере FeTiO₃).
   
4. 
   Область электрохимической устойчивости воды. Летучесть кислорода – универсальный способ описания окислительных условий в водных растворах и оксидных системах.
   

5. 
   Условия образования сульфидных минералов: построение диаграммы FeS-FeS₂. Отношение СО_2-СН₄ как возможный газообразный индикатор или буфер окислительно-восстановительных условий минералообразования.
   
6. 
   Расчет равновесий между главными минералами железа: Fe/FeO, FeO/Fe₃O₄, Fe₃O₄/ Fe₂O₃, Fe₂SiO₄/Fe₃O₄+ SiO₂.
   

7. 
   Диаграммы в координатах летучестей кислорода, газообразной серы и углекислоты как универсальный способ отражения высокотемпературных минеральных равновесий. Примеры диаграмм в координатах lgf_S2-lgf_O2 для системы Fe-S-O.
   
8. 
   Ступенчатый характер комплексообразования. Комплексы со смешанными лигандами. Универсальный характер функции закомплексованности (на примере растворимости PbS).
   

9. 
   Обобщающие диаграммы растворимости сульфидов, карбонатов и других оксисолей с учетом комплексообразования и гидролиза.
   
10. 
    Особенности катион-анионных отношений в растворах как фактор минеральных равновесий (решение обратных задач на примере кальцита, флюорита и шеелита).
    
11. 
    Способы оценки динамики и степени неравновесности природных процессов. Степени прохождения реакции, -реактор – перспективный метод учета динамики геохимических процессов. Метод последовательных реакторов как отражение принципа локального равновесия.
    
12. 
    Особенности моделирования процессов техногенного воздействия на окружающую среду, программа и база данных WATEQ4F.
    
13. 
    Методы расчета состава и свойств многокомпонентных флюидов: Термодинамические базы данных SUPCRT92, UNITHERM и др., постановка задачи, исходные данные, пакеты программ Селектор (Иркутск), HCh (МГУ).
    
14. 
    Эмпирические и теоретические модели при описании явлений адсорбции ионов на минеральной поверхности. Пример расчета степени адсорбции катиона Cu²⁺ на гематите Fe₂O₃ и гиббсите Al(OH)_3(s).
    

1. 
   К лекции 2: Рассчитать и построить функцию распределения () компонентов раствора как функцию  = f(pH) для t = 25°C.
   
2. 
   К лекции 7: Рассчитать моновариантные зависимости для равновесий сульфид-оксид в координатах lgf_O2-lgf_S2 при 25, 200 и 300 °C для разных пар минералов (Fe₂O₃/FeS₂, Fe₃O₄/FeS, CuO/CuS, Bi₂O₃/Bi₂S₃ и др.).
   
3. 
   К лекции 8: Рассчитать условия равновесия и растворения для пары сульфид / оксид в координатах lgf_O2 (lgf_Н2)-рН при 25 °С с учетом области устойчивости серосодержащих форм: lg C_S = –1 (моль/кг Н₂О), lg C_Ме = –4 (моль/кг Н₂О).
   
4. 
   К лекции 10: Расчет условий равновесия с участием газовой фазы. Определить направление реакции CaSiO₃ (волластонит) + CO_2(g) = CaCO₃ (кальцит) + SiO₂ (кварц) при 300 °С, давлении 1 000 бар и парциальных давлениях CO_2(g), равных 1 и 10 бар.
   
5. 
   К лекции 11: Рассчитать для 25 °C валовую растворимость сульфидов (ZnS, CoS, Bi₂S₃ и т.д.) с учетом комплексообразования в координатах lg [Me]-pH. Состав раствора задан как C_NaCl=1 моль/кг Н₂О, С_S = 10^-3 моль/кг Н₂О, рН = 0–14.
   
6. 
   К лекции 14: Рассчитать условия равновесия и растворения для пары карбонат / оксид (система Cu-CO₂-H₂O) при 25 °С в координатах lg C_СО2-рН. Граничные условия: logC_СО2= –1 (моль/кг Н₂О), lg C_Ме = –6 (моль/кг Н₂О).
   
7. 
   К лекциям 11–14: Задача с использованием программы WATEQ4F [Ball, Nordstrom, 1991], предназначенной для расчета равновесного распределения компонентов в природных водах и индексов насыщения растворов по отношению к минеральным фазам (25 °C). Модель природного раствора задается на основе химических анализов его валового компонентного состава.
   
8. 
   К лекции 13: Задача с использованием программного комплекса HCh [Шваров, 1976–1999]. Определить, при каких значениях рН протекают реакции серецитизации калиевого полевого шпата и каолинитизации мусковита при 100 и 200 °С и концентрации иона К⁺ = 10^-3 и 10^-1 моль/л. Все термодинамические данные заимствовать из базы данных UNITHERM.
   

1. 
   Основные факторы (параметры) минералообразования для природной системы, представляющей для вас особый интерес.
   
2. 
   Формы записи конкретных минеральных равновесий (реакций) в этой системе, выбранные для их дальнейшего термодинамического анализа.
   
3. 
   Обсуждение выбранных реакций минералообразования, особенно зависящих от влияния: а) температуры; б) давления; в) кислотности-щелочности среды; г) окислительных условий; д) определенных химических параметров (летучестей или концентраций компонентов).
   
4. 
   Примеры рядов дифференциальной подвижности компонентов и кислотно-основной зональности (взаимодействия) в породах.
   
5. 
   Ряды минеральных ассоциаций, определяющих изменение окислительно-восстановительных условий (примеры).
   
6. 
   Важнейшие индикаторные отношения в природных газовых фазах и растворах, отражающих химическую обстановку минералообразования (примеры).
   
7. 
   Важнейшие природные комплексообразователи, обеспечивающие подвижность рудных и петрогенных компонентов в природных процессах (примеры).
   
8. 
   Типы реакций и констант комплексообразования, открывающих возможности расчета корректной растворимости минералов.
   
9. 
   Индикаторные катионные и анионные отношения в процессах минералообразования (примеры).
   
10. 
    Возможности термодинамического описания и графического отображения важнейших минеральных равновесий в алюмосиликатных системах (примеры).
    
11. 
    Влияние температуры и давления на растворимость газов в природных системах (примеры, способы описания).
    
12. 
    Причины осложнения достижения равновесия минералообразующих систем в реальных условиях (заторможенные реакции; особенности породо- и флюидо-доминирующего режима, степени прохождения реакции и др.)
    

Обязательный

Дополнительный