آزمون اسید

 

"آزمون اسید" برای کانی های کربناتی و سنگ های کربناته

برای اغلب زمین شناسان اصلاح "آزمون اسید" به معنای قرار دادن یک قطره از اسید هیدروکلریک رقیق (5 تا 10 درصد) بر روی یک سنگ یا کانی و انتظار برای مشاهده ی آزاد شدن حباب های گاز دی اکسید کربن است. حباب ها نشانه ی وجود کانی های کربناتی مانند کلسیت٬ ‌دولومیت یا یکی از کانی های اشاره شده در جدول 1 است.

 


 

 

حباب های آزاد شده گاز دی اکسید کربن می تواند آنقدر ضعیف باشد که برای مشاهده تک حبابی که در اسید به آرامی در حال رشد است نیاز به ذره بین دستی (لوپ) باشد یا آنقدر شدید است که با جوشش تولید می شود. این تفاوت در حجم جوشش٬ حاصل و نتیجه ی نوع کانی های کربناتی٬‌ میزان وجود کربنات٬ اندازه ذرات کربنات و درجه حرارت اسید می باشد.

 

چه چیزی باعث صدای فش فش می شود؟

کانی های کربناتی در تماس با اسید هیدروکلریک ناپایدار می شوند. وقتی اسید شروع به جوشیدن می کند (صدای فش فش) اتفاق زیر رخ خواهد داد:

CaCO3 + 2HCl = CO2 + H2O + Ca++ + 2Cl- -

در سمت چپ این واکنش کانی کلسیت (CaCO3)  در تماس با اسید هیدروکلریک قرار می گیرد. این واکنش گاز دی اکسید کربن (CO2)، آب (H2O)، کلسیم حل شده (++Ca) و کلر محلول در آب (- -Cl)  را شکل می دهد. حباب های دی اکسید کربن نشان می دهد که واکنش در حال وقوع است. وقتی این اتفاق رخ می دهد که کلسیت و یا مواد معدنی کربنات دیگر وجود داشته باشد.  

 

 

 

بسیاری از کانی های کربناتی دیگر نیز با اسید هیدروکلریک واکنش نشان می دهند. هر کدام از این کانی ها از ترکیب یک یا چندین یون فلزی با یون کربنات (- -CO3)   تشکیل شده اند. فرمول این واکنش ها شبیه واکنش کلسیت است که در بالا آورده شد. حاصل واکنش کانی با اسید هیدروکلریک تولید گاز دی اکسید کربن٬ آب و یک یون فلزی  و یون کلر محلول است. فرمول واکنش منیزیت (MgCO3) و سیدریت (FeCO3) در زیر نشان داده شده است:

MgCO3 + 2HCl = CO2 + H2O + Mg ++ + 2Cl- -

- - FeCO3  + 2HCl = CO2 + H2O +  Fe ++ + 2Cl

 

توان واکنش کربنات ها:

مشاهده دقیق بسیار مهم است. زیرا برخی از کانی های کربناتی با اسید سرد به شدت واکنش نشان می دهند و برخی دیگر به سختی.

یکی از رایج ترین کانی های کربناتی که زمین شناسان اغلب با آن روبرو می شوند٬ کلسیت (CaCO3) است. کلسیت کانی است که در همه جا یافت می شود - در سنگ های آذرین٬ دگرگونی و سنگ های رسوبی – و در واقع رایج ترین کانی کربناتی است. اگر یک قطره اسید هیدروکلریک سرد روی کلسیت ریخته شود٬ تمام قطره اسید با حباب های فراوان و صدای فش فش فوران خواهد کرد که این حالت برای چند ثانیه طول خواهد کشید.

دولومیت ((Ca,Mg)(CO3)2) یکی دیگر از کانی های کربناتی رایج است. اگر یک قطره از اسید هیدروکلریک سرد روی یک تکه دولومیت ریخته شود واکنشی ضعیف رخ خواهد داد و یا اصلا واکنشی مشاهده نخواهد شد. در عوض شنیدن صدای فش فش آشکار٬ توجه را به مشاهده چند حباب گاز دی اکسید کربن که به آرامی بر روی سطح دولومیت و درون قطره اسید که بر روی سطح کانی ریخته شده٬ جلب می کند. 

با این حال٬ اگر اسید گرم بر روی دولومیت ریخته شود٬ ‌صدای فش فش آشکار رخ خواهد داد. این اتفاق به دلیل واکنش شدیدتر اسید و سنگ در دمای بالاتر است.

اگر یک قطره از اسید هیدروکلریک روی دولومیت پودر شده ریخته شود واکنش قابل ملاحظه ای رخ خواهد داد. به این دلیل که سطح و کانی دولومیت در دسترس اسید افزایش یافته است. (به راحتی می توان خاکه دولومیت را با خراشیدن یک نمونه از دولومیت بر روی یک چینی بدون لعاب تولید کرد. سپس خاکه را با ریختن یک قطره اسید هیدروکلریک بر روی آن آزمایش نمود. یکی دیگر از راه های آسان برای تولید مقدار کمی خاکه کانی خراشیدن آن به کمک ناخن است).

[ سختی چینی بدون لعاب در مقیاس موهس حدود ۷ است. بنابراین نمی‌توان از رنگ خاکه کانی‌هایی که سختی ۷ و بیشتر از ۷ دارند استفاده نمود].

کانی های کربناتی مختلف پاسخ های متفاوتی به اسید هیدروکلریک خواهند داشت. لیستی از کانی های کربناتی رایج و گاهاً متداول همراه با ترکیب شیمیایی آنها و واکنشی که با اسید هیدروکلریک سرد و گرم دارند٬ در جدول 1 آورده شده است.

 

جدول 1: فهرستی از کانی های کربناتی رایج و فرمول شیمیایی آنها و واکنشی که نسبت به اسید هیدروکلریک سرد و گرم در جدول آمده است. نتایج آزمون می تواند به دلیل هوازدگی٬ آزمون قبلی بر روی نمونه٬ آلودگی و خلوص نمونه متفاوت باشد.

.

کانی

ترکیب شیمیایی

واکنش با اسید سرد

واکنش با اسید گرم

آراگونیت

CaCO3

شدید

شدید

آزوریت

Cu3(CO3)2(OH)2

بله

شدید

کلسیت

CaCO3

شدید

شدید

دولومیت

(CaMg)(CO3)2

ضعیف

بله

منیزیت

MgCO3

خیلی ضعیف

ضعیف

مالاکیت

Cu2CO3(OH)2

بله

بله

رودوکروزیت

MnCO3

ضعیف

بله

سیدریت

FeCO3

خیلی ضعیف

ضعیف

اسمیتزونیت

ZnCO3

ضعیف

بله

استرونتیانیت

SrCO3

بله

بله

ویدریت

BaCO3

ضعیف

ضعیف

 

هنگامی که یک کانی پاسخ ضعیفی به اسید بدهد باید هوشیار بوده و با صبر و حوصله آن را مشاهده نمود. برای مثال٬ منیزیت واکنشی بسیار ضعیف با اسید هیدروکلریک سرد دارد. اگر مقداری از این کانی را بر روی یک چینی بدون لعاب خاک کرده و یک قطره اسید بر روی آن ریخته شود٬ ممکن است برای چند ثانیه هیچگونه واکنشی مشاهده نگردد. سپس حباب های کوچک بر روی ذرات منیزیت که اسید بر روی آنها ریخته شده شروع به شکل گیری نموده و بزرگتر و بزرگتر می شود. این حباب ها همان گاز دی اکسید کربن آزاد شده از کانی است و آب به جا می ماند. مشاهده شکل گیری حباب ها با یک ذره بین دستی (لوپ) می تواند مفید باشد.

 

آزمون اسید بر روی سنگ ها

سنگ آهک٬ دولوستون و مرمر

برخی از سنگ ها حاوی کانی های کربناتی هستند و "آزمون اسید" می تواند برای کمک به شناسایی آنها استفاده شود. سنگ آهک تقریباً به طور کامل از کلسیت تشکیل شده است و می تواند با یک قطره از اسید هیدروکلریک صدای فش فش شدید تولید کند. دولوستون (Dolostone) سنگی است که تقریباً به طور کامل از کانی دولومیت تشکیل شده است. این سنگ زمانی که اسید هیدروکلریک سرد بر روی آن ریخته شود صدای بسیار ضعیف٬‌ زمانی که دولوستون پودر شده آزمایش شود صدای واضح تر و زمانی که اسید گرم استفاده شود صدای فش فش قوی تری خواهد داشت.

سنگ آهک و دولوستون می توانند کمی پیچیده تر باشند. آنها گاهی اوقات از مخلوطی از کلسیت و دولومیت تشکیل شده و واکنش های فریبنده با اسید می دهند. دولوستونی که به اندازه کافی کلسیت داشته باشد می تواند شما را به این اشتباه بیاندازد که آن را سنگ آهک بنامید. برای شناسایی این سنگ ها ممکن است "آزمون اسید" خیلی قابل اعتماد نباشد٬ اما حداقل شما خواهید دانست که سنگ حاوی مقدار کانی کربناتی قابل توجهی است.

سنگ مرمر٬ سنگ آهک یا دولوستونی می باشد که دگرگون شده است. واکنشی که این سنگ در برابر اسید دارد شبیه واکنش سنگ آهک یا دولوستونی است که سنگ مرمر از آن تشکیل یافته است.

 

سنگ های دیگری که فش فش می کنند

همیشه به یاد داشته باشید که: "کلسیت همه جا یافت می شود".

بسیاری از سنگ ها حاوی مقدار کمی کلسیت یا کانی های کربناتی دیگر هستند. همه ی آنها قادر اند در واکنش با اسید صدای فش فش ایجاد کنند٬ حتی اگر کربنات تنها بخش کوچکی از ترکیب سنگ باشد. این سنگ ها ممکن است حاوی رگه یا بلورهای کوچک کانی های کربناتی باشند که در تماس با اسید صدای فش فش تولید کنند. این رگه ها و بلورها می توانند آنقدر کوچک باشند که با چشم غیر مسلح قابل رویت نباشند. این مقدار کم کربنات می تواند با اولین قطره اسید تخلیه شده و برای بار دوم که اسید به همان محل بر روی سنگ ریخته می شود صدایی شنیده نشود.

برخی از سنگ های رسوبی در متن خود سیمان کلسیتی یا دولومیتی دارند. ماسه سنگ٬‌ فورش سنگ (siltstone) و کنگلومرا گاهی اوقات دارای سیمان کلسیتی هستند که در تماس با اسید هیدروکلریک سرد تولید صدای فش فش می کند. برخی کنگلومراها و برش ها حاوی قطعاتی از سنگ های کربناته یا کانی های کربناتی هستند که با اسید واکنش می دهند.

بسیاری از شیل ها که در محیط های دریایی نهشته می شوند حاوی مقدار کافی از کربنات کلسیم برای تولید صدای فش فش شدید هستند. این شیل ها در یک محیط مشابه یا در مجاورت محیطی که سنگ آهک در آن شکل گرفته است٬ نهشته شده اند. آنها از کانی های رسی رسوبی در اختلاط با مقدار کمی کلسیت تشکیل شده اند و "شیل آهکی" نامیده می شوند.

نباید اجازه داد صدای فش فش اسید٬ فرآیند شناسایی سنگ را کنترل کند. در بسیاری از موارد می توان آن را به عنوان جزئیات به مشاهدات خود اضافه کرد. مثلاً "شیل آهکی" یا "ماسه سنگ با سیمان کربناته". این اطلاعات ارزشمند است.

 

بیشینه واکنش با اسید

سنگ های کمی هستند که می توانند یک واکنش شدید با اسید هیدروکلریک تولید کنند. اینها معمولا سنگ های تشکیل شده از کلسیت یا آراگونیت با تخلخل فراوان و دارای بیشترین سطح تماس با اسید هستند. برخی نمونه های گچ٬ کوکویینا (coquina)٬‌ اُاُلیت و توف از این دسته اند. هنگامی که یک قطره از اسید هیدروکلریک رقیق شده بر روی این نمونه ها قرار داده شود یک فوران کف اسیدی از سنگ آغاز و به قطر غیر منتظره ای رشد می یابد. این واکنش بسیار کوتاه (و ممکن است تکرار ناپذیر باشد) اما بسیار ناگهانی  و شدید است که می تواند شخص آزمایش کننده را متعجب کند. این اتفاقات برای یک قطره اسید رخ می دهد و اگر از اسید بیشتری استفاده شود واکنش شدیدتر خواهد بود.

[ کوکوئینا (coquina) یک سنگ رسوبی است که کاملاً یا تقریباً بطور کامل از قطعات حمل شده٬ فرسوده شده و با جورشدگی مکانیکی پوسته نرم تنان٬ ‌تریلوبیت ها٬ ‌براکیوپودها و یا بی مهرگان دیگر تشکیل شده است.]

بیشینه واکنش شدید اسید هیدروکلریک سرد با این نمونه ها به این دلیل رخ می دهد که سنگ ها بسیار متخلخل هستند یا سطح وسیعی از سنگ در تماس با یک قطره اسید قرار گرفته است.

 

آزمایش نمونه سالم و هوانزده

کلسیت و دیگر کانی های کربناتی دارای مقاومت کمی نسبت به هوازدگی هستند و می توانند توسط اسید در آب ها و خاک های طبیعی مورد هجوم قرار بگیرند. هنگامی که موادی را آزمایش می شود که در سطح زمین رخنمون یافته اند٬ بسیار مهم است که سطوح تازه و هوانزده ی آنها مورد آزمایش قرار گیرد. سطح تازه معمولاً می تواند با شکستن سنگ بدست آید.

 

فریب خوردن بوسیله ی تخلخل

برخی از سنگ ها متخلخل و دارای هوای محبوس شده می باشند. ورود مقدار کمی هوای آزاد شده از درون خلل و فرج به درون قطره اسید می تواند ظاهر یک واکنش اسیدی ملایم را از خود نشان دهد. نبایدفریب خورد. اگر یک قطره اسید بر روی برخی ماسه سنگ ها ریخته شود٬ حباب های کمی از خلل و فرج سنگ خارج می شود. این حباب ها حاصل واکنش اسید با سیمان کربناته نیست. برای جلوگیری از این مشکل٬ می توان سنگ را بر روی چینی بدون لعاب کشیده و پودر آن و یا دانه هایی که تولید می شود را آزمایش کرد.

 

آزمون سرکه

سرکه محلول رقیق اسید استیک (حدود 5 تا 10 درصد) است که واکنش جوشان ضعیفی با کلسیت و دولومیت می دهد. در نبود اسید هیدروکلریک می توان از سرکه استفاده نمود. دسترسی به سرکه آسان تر٬ ارزان تر و ایمن تر است.

برای مشاهده ی واضح جوشش سرکه معمولاً نیاز به یک ذره بین دستی (لوپ) می باشد. واکنش کانی های کربناتی تنها با اسید هیدروکلریک است که به دلیل واکنش قوی با چشم غیر مسلح قابل رویت می باشد.

 

احتیاط

در هنگام "آزمون اسید" استفاده از دستکش های حفاظتی٬ عینک٬ حوله کاغذی و فراهم نمودن امکان دسترسی فوری به مراکز پزشکی توصیه می شود.

 

منبع:

http://geology.com/minerals/acid-test.shtml

مترجم: سید مجید میرکاظمیان

---

انتشار مطلب فوق با ذکر منبع و نام مترجم بلامانع است.

   + سید مجید میر کاظمیان - ۱٠:٢۳ ‎ق.ظ ; سه‌شنبه ٤ شهریور ۱۳٩۳