Factorii ce influenteaza reactiile chimice

Factorii ce influenteaza reactiile chimice

In acest capitol vom lua in discutie parametrii unei reactii chimice, variabile care si influenteaza respectiva reactie. Parametrii ce pot influenta reactiile chimice se pot manifesta aditiv (prin insumarea factorilor, procesele de alterare se intensifica) sau substractiv (un factor inhiba actiunea unui alt factor). Din aceasta cauza, ansamblul de fenomene este complex. In continuare vor fi prezentati factorii cei mai importanti.

Temperatura.

Influenta temperaturii asupra ratei de solubilizare are caracter exponential. Cea mai simpla exprimare a efectului temperaturii asupra reactiilor chimice este data de legea lui Arrhenius (White, 1995):

k_j - rata de solubilizare la temperatura T

k⁰_j - rata de solubilizare la temperatura T₀

unde  E_a - energia de activare ( kJ/mol )

R - constanta gazelor ( 8,31451 J / Kmol )

T - temperatura absoluta ( K )

Mai multi autori au propus folosirea termenului de energie de activare aparenta (E_app) in locul energiei de activare (E_a ), deoarece uzual aceasta energie este calculata pentru toata reactia si nu pentru reactiile elementare descrise de catre teoria clasica a starilor tranzitorii.

Variatia E_a a caolinului cu temperatura (dupa Brady si Carroll, 1994)

Asa cum se observa in diagrama, cresterea energiei de activare a reactiei amplifica efectul pe care il are temperatura asupra ratei de disolutie a mineralelor. Energia de activare E_a pentru mineralele silicatice are valori cuprinse intre 30 si 90 kJ/mol (Knauss si Wolery, 1986; Brady si Carroll, 1994). Aceasta valoare nu este constanta pentru un mineral, ea poate varia atat datorita neomogenitatii compozitionale, a defectelor de retea, cat si datorita chimismului solutiilor, etc.

Temperatura este de asemenea un parametru care influenteaza activitatea microorganismelor. Astfel din punct de vedere termic, bacteriile pot fi impartite in:

psichrofile - temperatura optima de dezvoltare la 10-15ºC;

mesofile - temperatura optima de dezvoltare la 30ºC.

Apa.

Cantitatea de apa disponibila pentru reactiile chimice este data de fluxul meteoric net:

Pentru a realiza o alterare chimica pronuntata este nevoie de indepartarea produsilor de reactie care rezulta in urma reactiilor chimice. Spalarea produsilor de reactie are loc in perioadele cu precipitatii. S-a observat ca in timpul topirii zapezilor se inregistreaza      cele mai mari concentratii de sulfati ai metalelor dizolvate in efluentii proveniti din halde de steril ( Lin si Herbert, 1997).

O₂ si CO₂.

In mediile exogene, fierul apare ca oxizi , oxihidroxizi, oxihidroxi-sulfati,      carbonati, acestia formandu-se ca si compusi secundari, prin alterarea sulfurilor de fier si/sau a silicatilor; cel mai evident aspect al acestor transformari este cel de determinare al relatiilor dintre Eh, pH si p_CO2, p_O2.

Alterarea sulfurilor este controlata de rata transportului de oxigen (Blowes et al., 1991).

Diminuarea oxidarii sulfurilor se poate realiza prin limitarea patrunderii fazei gazoase in materialul depozitat, in special a O₂, cu ajutorul unor bariere introduse intre atmosfera si materialul depozitat. Metode eficiente de prevenire a oxidarii sulfurilor au fost prezentate de Dold B.,( 2000).

In cazul depozitarii materialului steril in lacuri, sulfurile sunt izolate de oxigenul atmosferic printr-o patura de apa. Cantitatea de oxigen dizolvat este de aproximativ 9mg / l sau 250 mol / l (8 mg / l) la 25˚C si 1 atm. Concentratia oxigenului dizolvat variaza cu temperatura si cu presiunea. In intervalul de temperatura cuprins intre 0 si 30˚C concentratia oxigenului dizolvat scade la jumatate (White, 1998).

Alti factori.

Fragmentarea materialului mareste foarte mult suprafata specifica si in acest fel rata de reactie creste.

Rezidenta in porii materialului depozitat un timp mai indelungat va determina suprasaturarea apei, compusii formati putand sa precipite. Sarurile pot exercita presiuni asupra peretilor porilor si fisurilor. Cristalizarea compusilor formati in porii materialului poate contribui la dezagregare.

Prezenta impuritatilor schimba rata de disolutie a mineralelor; mineralele zdrobite au reactivitate ridicata in zonele marginale, acestea dizolvandu-se preferential. Un alt factor care influenteaza reactivitatea mineralelor este precipitarea compusilor secundari pe suprafata mineralului alterat sau pe suprafata mineralelor din vecinatate.

Fenomenele biochimice au rol deosebit de important. Rolul activitatii bacteriene in alterarea mineralelor a fost recunoscuta de foarte multi autori ( Banks et al., 1997). Dintre bacterii, cea mai comuna in apele de mina este Thiobacillus ferrooxidans (Nordstrom si Southam, 1982).