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沉积有机质演化的化学动力学

时间:2019-03-11 查看:53
内容摘要:实际上,有机质的整个演化历史可以以元素的变化来表示。成岩作用的生物地球化学改造阶段是元素氮的演化时期,微生物的作用主要是释放出肽链中的氮,氮以胺离子的形式损失掉。蛋白质和生物合成的主要物质都消失了。成岩作用的化学演化阶段是元素氧的演化时期...
实际上,有机质的整个演化历史可以以元素的变化来表示。成岩作用的生物地球化学改造阶段是元素氮的演化时期,微生物的作用主要是释放出肽链中的氮,氮以胺离子的形式损失掉。蛋白质和生物合成的主要物质都消失了。成岩作用的化学演化阶段是元素氧的演化时期,脱去糖苷和脂类等组成生命的成分。深成阶段则是元素氢的时期,生成富氢的烃类,直到形成主要是网状结构的物质。而变质作用则是元素碳的时期,其他杂原子都被排除了,碳芳构化成石墨,沉积有机质的演化历史至此终止。
 
三、沉积有机质演化的化学动力学
沉积有机质的演化是生物化学和物理化学作用的结果,各种地质营力包括微生物降解、热力作用(温度和压力)、催化作用(黏土矿物)、放射性元素等均不同程度地促进了有机质演化的化学反应的进行。有机化学反应受温度、时间、压力和催化剂等众多因素的控制,但事实证明,温度才是决定沉积有机质演化过程中有机化学反应进行的最重要因素,特别是在深成作111和变质作用阶段。因此,沉积有机质的演化同样受化学动力学规律的控制,并且主要与化学反应中的一级反应有关。
由于沉积有机质的演化实质上是一个有机化学反应过程,因此可以根据化学动力学的基本原理,通过研究沉积有机质的反应速度及其影响因素,来揭示沉积有机质演化的机理和地球化学过程。其中化学动力学的一级反应是最重要的化学反应之一。
 
在任何化学反应中,凡是反应的速度只与反应物浓度的二次方成正比时,称为一级反应。即化7反的瞬时速度仅与当时该物质所存在的量有关。一级反应可用下式表示1C一KCn (-J )
 
式中C为反应物的浓度;t为时间K为反应速度常数}负号表示生成物增加,反应物减少。
 
将上式移项并积分得等一K山——〉一Inc一xi+B(8-2)式中B为积分常数,如以C,表示开始时(t一O)反应物的浓度,以C表示时间为!时反应物的浓度,则得
 
从上式可以看出,若已知任何时刻t的反应物浓度为C,即可计算出反应速度常数K.反应物浓度是由参加反应的物质决定的,而反应速度则不仅与反应物质本身的性质有关,而且还与周围的环境有关,经验和实验都证明温度对反应速度有着明显的影响。阿仑尼乌斯通过对大量实验数据的归纳总结,提出了反应速度与温度的一般关系式K Ae-E/RT (8-h
式中K为反应速度;A为频率因子,即单位时间单位容积内粒子碰撞的速度,它与容积内粒子的大小、E为活化能是指反应发生所需要的最低能量·
T为反应时绝对温度(273十。C)。
反应的速度主要与能量因子(e-bIRT)有关,即反应速度主要取决于活化能和温度。活化能大,反序速度慢,反应往往需在较高温度下进行活化能小,反应速度快,反应可在常温下进行。活化能与断裂邃键能成正比,在简单的裂解反应中,活化能就是需破裂化学键的键能。升高温度或降解活化能或增加反应物浓度都可以使反应加快。