Физики смоделировали точение камня каплей

Ученые из Германии и США смоделировали процесс растворения горных пород и строительных материалов на молекулярном уровне. Подробности со ссылкой на статью в журнале Journal of Physical Chemistry C приводит университет Райса.

Исследователи изучили растворение кварца, диоксида кремния, SiO2. Этот минерал входит в состав очень большого количества горных пород (из него состоит больше половины массы земной коры) и, соответственно, строительных материалов минерального происхождения. Несмотря на то, что кварц считается практически нерастворимым в воде и из кварцевого стекла делают в том числе рассчитанную на агрессивные реактивы лабораторную посуду, минерал все-таки медленно вымывается даже при нормальном значении pH. При температуре в 25 градусов Цельсия и в нейтральной среде (pH=7) каждый квадратный метр чистого кварца теряет за секунду примерно несколько сотен миллиардов молекул, то есть 0,06 нанограмм.

Авторы исследования подчеркнули, что им удалось корректно описать поведение молекул оксида кремния в граничащем с водой слое. Растворение не сводится к случайному отрыванию отдельных молекул, а включает в себя несколько химических реакций, которые к тому же способны влиять на скорость протекания друг друга. Подобрать все параметры модели долгое время не удавалось, но новые результаты, как пишут авторы, согласуются с экспериментальными данными.

Моделирование растворения кварца необходимо для решения целого ряда разных задач как научного, так и инженерного характера. Геологам этот процесс интересен как играющий ключевую роль в формировании горных пород и эрозии, а инженеры и строители смогут лучше спрогнозировать стойкость различных конструкций к воздействию неблагоприятных условий.