『Abstract
Initial dissolution kinetics at orthoclase (001) and (010) cleavage
surfaces were measured for 〜2 to 7 monolayers as a function of
temprature using in situ X-ray reflectivity. The sensitivity of
X-ray reflectivity to probe mineral dissolution is discussed,
including the applicability of this approach for different dissolution
processes and the range of dissolution rates (〜10-12
to 10-6 mol/m2/sec) that can be measured.
Measurements were performed at pH 12.9 for the (001) surface and
at pH 1.1 for the (001) and (010) surfaces at temperatures between
46 and 83℃. Dissolution at pH 12.9 showed a temperature-invariant
process with an apparent activation energy of 65±7 kJ/mol for
the (001) cleavage surface consistent with previous powder dissolution
results. Dissolution at pH 1.1 of the (001) and (010) surfaces
revealed a similar process for both surfaces, with apparent activation
energies of 87±7 and 41±7 kJ/mol, respectively, but with systematic
differences in the dissolution process as a function of temperature.
Longer-term measurements (five monolayers) show that the initial
rates reported here at acidic pH are greater than steady-state
rates by a factor of 2. Apparent activation energies at acidic
pH differ substantially from powder dissolution results for K-feldspar;
the present results bracket the value derived from powder dissolution
measurements. The difference in apparent activation energies for
the (001) and (010) faces at pH 1.1 reveals an anisotropy in dissolution
kinetics that depends strongly on temperature. Our results imply
a projected 〜25-fold change in the ratio of dissolution rates
for the (001) and (010) surfaces between 25 and 90℃. The dissolution
rate of the (001) surface is higher than of the (010) surface
above 51℃ and is projected to be lower below this temperature.
These results indicate clearly that the kinetics and energetics
of orthoclase dissolution at acidic pH depend on crystal orientation.
This dependence may reflect the different manifestation of the
Al-Si ordering between the T1 and T2 tetrahedral sites at these
two crystal faces and can be rationalized in terms of recent theoretical
modelsof mineral dissolution. 』
『要旨
正長石の（001）と（010）劈開面における初期溶解カイネティックスを、現位置でのX線反射率法を用いて、温度の関数として約2〜7単分子層について測定した。鉱物溶解を探針する際のX線反射率法の感度について、このアプローチが異なる溶解過程および測定可能な溶解速度の範囲（約10-12〜10-6
モルl/m2/秒)にわたって適用できるかどうかを含めて、議論している。測定は、46〜83℃の温度において、（001）面に対してpH
12.9 で、（001）と（010）面に対してpH 1.1 で行った。pH 12.9での溶解は、（001）劈開面に対して65±7
kJ/モルの見かけの活性化エネルギーをもつ温度−不変過程を示し、従来の粉末試料溶解結果と一致する。（001）と（010）面のpH
1.1での溶解は、どちらの面も似た過程を示し、それぞれ87±7と41±7 kJ/モルの見かけの活性化エネルギーをもつが、温度の関数としては溶解過程に系統的な差がある。もっと長期間での測定では（5分子層）、酸性のpHにおいてここで報告された初期速度は定常状態速度より2倍ほど大きくなることが、示される。酸性のpHでの見かけの活性化エネルギーは、カリ長石に対する粉末試料の溶解結果とは実際に異なる；本結果は、粉末試料溶解測定から得られた値はひとまとめにしたものであることを示す。pH
1.1での（001）と（010）面に対する見かけの活性化エネルギーの違いは、温度に強く依存する溶解カイネティックスの異方性を示している。我々の結果は、25〜90℃で（001）と（010）面に対する溶解速度の比にすると約25倍の変化があることを意味している。（001）面の溶解速度は、51℃以上で（010）面よりも大きく、この温度以下では小さくなる。これらの結果は、酸性pHでの正長石溶解のカイネティックスとエネルギー収支が結晶の定向性に依存することを明らかに示している。この依存性は、これらの2つの結晶面でのT1とT2四面体サイト間のAl−Si秩序化の現われ方が異なることをおそらく反映しており、最近の鉱物溶解の理論モデルによって合理的に説明できる。』
1. Introduction
2. Experimental details
3. Results
3.1. Real-time measurements of dissolution using X-ray reflectivity
3.2. Dissolution kinetics of orthoclase (001) at pH 12.9
3.3. Dissolution kinetics at pH 1.1
3.3.1. Orthoclase (001)
3.3.2. Orthoclase (010)
3.4.Transient dissolution kinetics
3.5. Variation of the dissolution rate vs. temperature
4. Discussion
4.1. Comparison with powder dissolution results
4.2. Dissolution anisotropy at pH 1.1
4.3. Applicability of X-ray reflectivity as a probe of mineral
dissolution
5. Conclusion
Acknowledgments
References