『Abstract
Empirical rate equations such as R = k(1-c/ceq)n
in the dissolution of minerals are common in nature, e.g. limestone.
The quantity c is the concentration of a major ion contained in
the mineral, and ceq its concentration at
equilibrium. If experimental data obey such a rate equation, by
plotting log(R) versus log(1-c/ceq) straight
lines are found from which k and n can be determined. In many
experiments, however, especially for natural minerals ceq
is not known exactly. If one uses wrong values of ceq
that deviate only a few percent from true equilibrium such plots
are severely distorted and one may conclude that above some value
cs the true order n changes to a new value,
even when a rate equation as given above is valid. We present
an iterative computational procedure, which allows to find the
valid rate equation from experimental data, even when ceq
is not known. The method is applied to limestone and synthetic
calcite as well as to natural and synthetic gypsum. New experimental
data are given for the dissolution rates of anhydrite (CaSO4). By use of our new method, we find that this
mineral exibits a surface controlled rate equation with k = 5.0±1.0×10-6
mmol cm-2 s-1, n = 4.5±0.2 and ceq
= 23.5±0.1 mmol/l at T = 10℃.
Keywords: Kinetics; Dissolution; Gypsum; Limestone; Anhydrite』
『要旨
鉱物の溶解についてのR = k(1-c/ceq)nのような経験的速度式は、例えば石灰岩のように、天然では普通である。cという量は、鉱物に含まれる主要イオンの濃度であり、ceqはその平衡での濃度である。もし実験データがそのような速度式に従うならば、log(R) 対
log(1-c/ceq) にプロットすることにより、直線が見出され、それからkとnは決定できる。しかし、多くの実験では、特に天然の鉱物ではceqは正確には知られていない。もし真の平衡からたった数パーセントだけ偏っている間違ったceq値を使っても、それによるプロットは激しく歪められ、上に与えられた速度式がたとえ妥当なものであっても、ある値cs以上では真の次数nは新しい値に変わると結論づけてしまうだろう。 我々は繰り返し計算モデルを提案しており、これはceqが未知数であっても、実験データから妥当な速度式を見つけることができるものである。この方法は、天然および合成石膏に加えて石灰岩および合成方解石に適用されている。新しい実験データが硬石膏（CaSO4）の溶解速度に対して与えられている。我々の新しい方法を使用することにより、我々は、この鉱物が10℃で
k = 5.0±1.0×10-6 mmol/cm2/秒、n = 4.5±0.2、および
ceq = 23.5±0.1 mmol/l の値をもつ表面コントロール速度式を示すことがわかった。』
1. Introduction
2. Theory and method
3. Application to limestone
4. Application to anhydrite
5. Conclusion
Acknowledgements
References