Náttúrufræðingurinn - 1981, Side 60

því bili, sem um ræðir í jarðhitakerfum,
hefur hverfandi áhrif á efnajafnvægi
milli uppleystra efna og steinda. I raun
hefur þrýstingur því ekki áhrif á þetta
kerfi.
UM EFNAJAFNVÆGI
I OPNUM KERFUM
Fasareglan svonefnda lýsir sambandi
milli fjölda efna, fjölda fasa og fjölda
óháðra breytistærða í opnum kerfum,
þar sem efnajafnvægi ríkir. Að efnakerfi
sé opið felur i sér, að flulningur efna geti
átt sér stað út úr kerfinu og inn í það.
Grundvöllurinn að útleiðslu fasaregl-
unnar er skýrgreining á efnisvirkni
(chemical potential). Efnisvirkni
ákveðins efnis, i, í einhverjum fasa
(steind eða vatni í því tilviki, sem hér
um ræðir) er skýrgreind sem breyting á
óbundinni efnaorku (8G) með breyt-
ingu á styrk (^n^) viðkomandi efnis í
fasanum við ákveðið hitastig (T) og
þrýsting (P) og óbreyttan styrk annarra
efna, j, eða
4i = (8G/8ni)T)P)n. (2)
Fyrir efnajafnvægi gildir almennt, að
ekkert flæði á sér stað á óbundinni
efnaorku, eða
dG = 0 (3)
Við ákveðið hitastig og þrýsting ein- kennist efnajafnvægi milli tveggja steinda, a og b, sem innihalda na og nb,
af ákveðnu efni, i, af því að
dG^-n + j + n1? ^ = 0 eða (4)
(4a)
Jafna (4a) felur í sér, að efnaflæði geti
ekki átt sér stað milli steinda, sem eru í
efnajafnvægi, og að fyrir kerfi í efna-
jafnvægi gildir, að efnisvirkni hvers
efnis í öllum steindum og vatninu hlýtur
að vera sú sama. Með öðrum orðum,
innihaldi nokkrar steindar í jarðhita-
kerfi ákveðið efni, sem líka finnst í
vatnslausn, hlýtur efnisvirkni þess efnis
að vera sú sama í öllum fösunum
(steindum og vatni), svo framarlega sem
almennt efnajafnvægi ríkir.
Fasareglan, sem áður var nefnd og
fyrst var leidd út af Gibbs árið 1875, er
þessi:
p + F = C + 2 (5)
P táknar fjölda fasa, C fjölda efna og F
fjölda jjeirra stærða (óháðra breyting-
arstærða), sem nauðsynlegt er að jDekkja
til þess að geta skýrgreint efnakerfið.
Fjöldi aðalefna í jarðhitakerfum er 13
(Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, C, S, H, F,
C1 og O). Athugun á efnasamsetningu
jarðhitavatnsins gaf til kynna, að fjöldi
þeirra stærða, sem þekkja jrarf til að
skýra kerfið, sé 3, þ. e. óháðar breyti-
stærðir eru 3 (nauðsynlegt er að telja
jn'ýsting með). Af þessu og fasareglunni
leiðir, að fjöldi [xúrra fasa, sem eru í
jarðhitakerfi, er 12. Einn j^essara fasa er
vatn. Verða steindirnar því 11. Þar sem
suða á sér stað í uppstreymisrásum
verða óháðar breytistærðir 2, svo lengi
sem jafnvægi ríkir. Við j^essar aðstæður
festir þrýstingur hitastig um leið og nýr
fasi, gufa, bætist við.
Það getur verið nokkurt vandamál að
finna út, hvaða frumefni skuli teljast
sjálfstæð efni samkvæmt fasareglunni.
Hegði eitthvert frumefni sér svo, að jaað
geti skipt fyrir annað í kristalgrind ein-
hverrar ummyndunarsteindar, hegðar
202