Строение и свойства простых солей.

Грунтоведение и петрофизика как науки.

Грунтоведение - научное направление в инженерной геологии. Под грунтами понимаются почвы, осадки и антропогенные геологические образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамические системы, исследуемые в связи с планированием, осуществленной деятельностью человека.

Грунт является многокомпонентной системой, включающей твердую, жидкую и газообразную компоненты (костную так и живую).

Основной закон грунтоведения в редакции Трофимова: состав, строение и свойство грунтов определяется их генезисом, характером постгенетических процессов и современным пространственным положением.

По мнению Трофимова этот закон следует называть законом Триклонского-Сергеева-Лонтадзе. Свойство является функцией состава, строения и состояния. Свойство – особенность, обуславливающая его различие или сходство с другими грунтами и проявляющееся во взаимодействии с ними или с различными полями и веществами (цвет, пластичность, пористость и другие). В грунтоведении выделяются физические, химические, физико-химические, биотические, физико-механические.

Петрофизика – это физика горных пород. В этой дисциплине рассматриваются различные физические свойства и петрофизические характеристики, а также следующие группы: емкостные, капиллярные, газо- и гидродинамические, плотностные, электрические, тепловые, магнитные, ядерные, упругие, прочностные, пластические. Каждая группа характеризуется комплексом петрофизических величин, например, емкостная группа. Она характеризуется коэффициентом общей пористости, открытой пористости, динамической пористости, эффективной пористости, полной влагоемкости, капиллярной влагоемкости, гидроскопической, максимальной гидроскопической влагоемкости и коэффициентом подвешенной влаги. Всего в петрофизике изучается более 60 величин.

Подразделение твердой компоненты при инженерно-геологическом изучении горных пород.

Твердую компоненту грунта можно подразделять по ее физическому состоянию. Выделяется два типа состояний: кристаллическое и аморфное. Кристаллы, как известно, характеризуются наличием в структуре дальнего и ближнего порядка в расположении составляющих их атомов. Ваморфных твердых компонентов дальний участок отсутствует. Согласно законам физики твердого тела кристаллическое состояние соответствует наименьшему энергетическому состоянию системе атомных частиц (молекул, атомов и ионов), то есть является равновесным. По характеру связей (В) в твердых компонентах выделяется 5 типов связей:

Ковалентные связи образуют атомы, на валентных орбиталях которых находятся неспаренные электроны. Эти связи очень прочные и характеризуются направленностью. Они свойственны для различных широко распространенных силикатных минералов.

Ионные связи образуются исключительно кулоновскими силами притяжения заряженных ионов: катионов и анионов. В отличие от ковалентыхионные не обладают направленность и насыщаемостью. Ионные связи характерны для многих солей (галоидов, сульфатов и частично карбонатов).

Металлические образуются в соединениях между элементами обладающими свободными валентными орбиталями и низкой энергией ионизации. Эту связь имеют сульфиды, самородные металлы, некоторые металлические руды и металлические соединения искусственного происхождения.

Водородные связи характерны для водородсодержащих твердых компонентов грунта: льда, кристаллогидратов, некоторых глинистых минералов. Сущность: водород, находящийся между двумя атомами и ковалентно соединенными между ними, может взаимодействовать с другим атомом с образованием водородный связи.

Если вещество состоит не из атомов, а из молекул, то связь может осуществляться по средствам молекулярных сил, возникающих вследствие поляризации взаимодействующих молекул. Такие связи возникают в органических твердых компонентах, инертных газов, газогидратов, в органически твердых компонентах и глинах.

В грунтоведении по преобладающему типу связи твердые компоненты классифицируются в следующие группы:

1) минералы с преобладанием ковалентных связей (первичные силикаты);

2) с преобладанием ионных связей (ионные минералы и соли);

3) с преобладанием металлической связи (металлические соединения);

4) твердая компонента с преобладанием ковалентной связи и наличием молекулярных и водородных связей (глинистые минералы);

5) компоненты с преобладанием молекулярных и наличием ковалентных связей (органическое вещество и органоминеральные комплексы);

6) твердые компоненты с преобладанием водородных, молекулярных и наличием ковалентных связей (лед и газогидраты);

Строение и свойства первичных силикатов.

Природные силикаты - это класс наиболее распространенных минералов, это химические соединения с комплексным кремнекислородным радикалом в форме тетраэдра. По характеру сочетания кремнекислородных тетраэдров выделяется 5 подклассов силикатов: островные, кольцевые, цепочные, каркасные, слоистые. К островным силикатам относятся силикаты с изолированными тетраэдрами, связанными посредством расположенных между ними октаэдрических катионов и диортосиликаты, которые возникли в результате соединения 2-х кремнекислородных тетраэдров. Оливин – типичный представитель. Он образуется из ультраосновной или основной магмы и является характерным минералом перидотитовой группы. Оливин характеризуется смешанным типом связи. В поверхностных условиях склонен к выветриванию и обладает хорошей спайностью. Кольцевые силикаты характеризуются типом структуры, в которой группы SiO­₄^4- не излированны, а соединяются общими ионами кислорода в кольца (простые и двойные). Цепочечные силикаты представлены непрерывными цепочками кремнекислородных тетраэдров, соединенных вершинами типа SiO₄^2- или сдвоенными цепочками лентами. К ним принадлежат амфиболы, пироксены и др. Слоистые силикаты характеизуются непрерывными в двух направлениях слоями кремнекислородных тетраэдров, образующими бесконечные двухмерные радикалы, которые в зависимости от пространственного положения кремнекислородных тетраэдров в слое имеют различную форму. Каркасные силикаты характеризуются трехмерным бесконечным каркасом кремнекислородных тетраэдров, соединенных всеми четырьмя вершинами друг с другом так, что каждый атом кислорода однвременно принадлежит только двум таким тетраэдрам.

Строение и свойства простых солей.

В простых солях преобладают связи более сложного типа (ионно-ковалентного). Причем прослеживается увеличение ковалентности солей с переходом от легких к тяжелым анионам или с заменой щелочных металлов на другие (кальций, магний). К данной группе относятся галлоиды (галит, сильвин, карналлит, бишофнит), сульфаты (гипс, ангидрит, барит), карбонаты (кальцит, доломит, магнезит), фосфаты, нитраты и др. Они широко распространены среди осадочных пород и несколько меньше среди магматических и метаморфических пород. Их объединяет слабая устойчивость в воде, обусловлена я особенностями строения и преобладание ионного типа связи в решетки. Для карбонатов характерна смешанная ионно-ковалентная связь. Структура галита состоит из атомов натрия и хлора, попеременно размещающихся по вершинам куба и образующих по отдельности гранецентрированную кристаллическую решетку.