Термодинамічні умови формування природного водню

1. Термодинамічні умови формування природного водню

Підготував студент групи ГЛХМ-11с
Слівінський Ігор

2. Є декілька природних механізмів утворення вільного водню в геологічних системах. До основних можна віднести:

- Гідротермальні (100-300°С) реакції мінералів, що, містять Fe2+ (олівін,
піроксени, амфіболи, біотит, сидерит) із водою
- Радіоліз води та хімічні реакції, індуковані розпадом
радіоактивних ізотопів U, Th, K
- Генерація водню в активних тектонічних зонах внаслідок
взаємодії поверхонь дроблення силікатних мінералів із водою
(сорбція гідроксильних груп)
- Утворення водню в результаті діяльності мікроорганізмів

3. 1. Геотермальна модель утворення водню

Ця модель грунтується на взаємодії гірських порід фундаменту і чохла
платформ з газово-рідинними флюїдами. Основною речовиною флюїду є
вода, з розчиненими в ній CO2, CH4, Cl, F, N2, O2 і деякими іншими
речовинами. Якщо в фундаментті платформи в великій кількості присутні
мінерали вмістом двовалентного заліза, то при взаємодії їх з водою
відбувається така реакція:

4.

В
результаті
реакції
виділяється
газоподібний
водень, який залежно від РТ
умов може розчинитись в
флюїді або утворити окрему
фазу. Залежність розчинення
водню у воді від РТ умов
відображено на графіку:
Далі відбувається рух флюїду
із зон з більш високим тиском
в зони з більш низьким. Часто
такий рух відбувається по
місцях дроблення порід в
розломних зонах.
При наявності структурних
пасток
відбувається
концентрація
водню
(аналогічно до вуглеводнів)

5.

1-Породи фундаменту,
які містять Fe2+
2-Зона проходження
окисно-відновної реакції
і насичення флюїду
воднем
3-Структурна пастка, в
якій концентрується
водень
4-Зона (відносно)
низького тиску, де
водень виходить на
денну поверхню
5-Водоупір
Сірими стрілками
позначено напрямка
руху флюїду в породах.

6. 2. Утворення водню в результаті радіолізу води

Під дією йонізуючого випромінювання
утворюється аніон або катіон води
Вони є нестійким і самовільно
розпадаються, формуючи активні вільні
радикали
Йон Н2О+ та електрон е- взаємодіють з
молекулою води, утворюючи стійкі у
воді йони Н3О+ та гідроксилу ОН-
Атомарний водень Н і гідроксильний
радикал ОН не стійкі, вони взаємодіють
між собою

7.

Так відбувається радіоліз з хімічної точки зору. В природі цей процес
проходить в зонах взаємодії води і руд радіоактивних металів, таких як U,
Th та інші. Цей процес призводить до утворення досить значних,
вимірюваних концентрацій водню навколо родовищ радіоактивних
елементів.
Інший спосіб утворення водню внаслідок радіолізу полягає в опроміненні
води у включеннях калієвмісних евапоритів. До них відносяться такі
мінерали як сильвін і карналіт. Калій має 29 ізотопів, два з яких(39К і 41К)
є стабільними, а 40К має період піврозпаду 1,248⋅109 років і при
наявності його у мінералах відбувається розпад ядер елемента з
виділенням β-променів. Ці промені ці промені впливають на воду, і в
результаті вищенаведених реакцій у водних включеннях з’являється
газоподібний водень.

8.

Дякую
за
Увагу