Классификация элементов


Содержание

Геохимическая классификация элементов

Категории Геохимия | Под редакцией сообщества: Науки о Земле

Геохимическая классификация элементов, подразделяет химические элементы по признаку их геохимического сходства, т. е. по признаку их совместной концентрации в определённых природных системах. В основе Геохимической классификации элементов лежит периодический закон Д.И. Менделеева.

В предложенной В. М. Гольдшмидтом Геохимической классификации элементов выделяют 4 группы, в соответствии с устойчивостью различных типов их соединений в природе: литофильные, халькофильные, сидеросильные, атмофильные.

Литофильные (от греч. «литос» — камень и «фил» — люблю (имею склонность)) — элементы горных пород. С точки зрения строения атомов литофильные элементы имеют характерный общий признак: на внешней оболочке их ионов, располагаются по 8 электронов (в ряду Li — по два). Большинство этих элементов входит в состав силикатов, т.к. для них наиболее характерны соединения с кислородом. В природе встречаются также в виде окислов, галогенидов, фосфатов, сульфатов, карбонатов. Около 95% земной коры состоит из соединений литофильных элементов. Эти элементы трудно восстанавливаются до элементарного состояния. Преимущественно парамагнитны. К ним относятся 54 элемента (т. е. более половины элементов, существующих в природе): щелочные и щёлочноземельные, В, Al, Sc, лантаноиды и актиноиды (Ac, Th, Pa,U), С, Si, Ti, Zr, Hf, P,V, Nb, Та, О, Cr, W, галогены и марганец.

Халькофильные(от греч. «халькос»- медь) — элементы сульфидных руд. Свое название они получили в связи с определенными свойствами меди, на которую они похожи в своем геохимическом поведении. На внешней оболочке их катионов располагаются 18 электронов (S2—,Se2—, Те2— по 8 электронов). В природе встречаются в виде сульфидов, сульфосолей, теллуридов, селенидов, т.к. проявляют склонность образовывать природные соединения с серой и ее аналогами по группе менделеевской таблицы — селеном и теллуром. В простом (самородном) состоянии в природе встречаются Au, Ag, Cu, As, S, Bi и некоторые др. Преимущественно диамагнитны, располагаются на восходящих участках кривой атомных объёмов. Zn, Cd, Hg, Ca, In,Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, S, Se, Те.

Сидерофильные(от греч. «сидерос» — железо) — элементы с достраивающейся электронной оболочкой. Сюда относятся все элементы VIII гр. периодической системы: семейство железа и семейство платиновых металлов, а также молибден и рений — всего 11 элементов. Располагаются в минимумах кривой атомных объёмов, ферромагнитны и парамагнитны. В природе находятся преимущественно в элементарном состоянии, железо как в виде окислов и силикатов, так и в виде сульфидов, реже арсенидов и в самородном состоянии.

Атмофильные (от греч. «атмос»— пар, испарение) — элементы атмосферы. К этой группе относятся все инертные газы (от Не до Rn), азот и водород — всего 8 элементов. В природе для них характерно газообразное состояние. Большинство из них имеет атомы с заполненной электронной внешней оболочкой, располагаются в верхних частях кривой атомных объёмов; преимущественно диамагнитны. Для большинства характерно нахождение в природе в элементарном состоянии.

Геохимическая классификация элементов В. М. Гольдшмидта построена с учётом положения элементов в периодической системе элементов Д.И. Менделеева, типа электронного строения атомов и ионов, специфичности проявления сродства к тем или иным анионам, положения данного элемента на кривой атомных объёмов. Данная геохимическая классификация элементов помогает при изучении сложнейших процессов химической дифференциации различных веществ и соединений в толще земной коры и в метеоритах. Она объясняет распределение отдельных элементов по различным слоям Земли.

Другие наиболее известные Геохимические классификации элементов были предложены русскими геологами В. И. Вернадским (1927), А. Е. Ферсманом (1932) и А. Н. Заварицким (1950).

Классификация В.И. Вернадского (1927 г.) построена на присутствие или отсутствие в истории данного химического элемента химических и радиохимических процессов, обратимости или необратимости этих процессов, а также на присутствие или отсутствие в земной коре их химических соединений или молекул, состоящих из нескольких атомов. Согласно этим признакам, В. И. Вернадский выделил шесть геохимических групп:

  • благородные газы,
  • благородные металлы,
  • циклические элементы,
  • рассеянные элементы,
  • элементы сильнорадиоактивные
  • элементы редких земель.

Принцип классификации А.Е. Ферсмана (1932 г.) основан на развернутой таблице Д.И. Менделеева. А.Е. Ферсман выделил элементы, создающие концентрации в определенных магматических горных породах: кислых, средних и ультраосновных магм и сульфидных месторождений. В итоге было получено пять самостоятельных групп: благородные газы, металлы обычного поля, металлоиды обычного поля, элементы нижнего кислого поля и элементы сульфидного поля.

Классификация А. И. Заварицкого (1950 г.), как и принцип классификации А.Е. Ферсмана, также основана на развернутой таблице Д. И. Менделеева, но более детально по отношению к последней, и объединяет элементы, геохимически особенно близкие. По А. Н. Заварицкому, все элементы делится на 10 групп:

  • благородные газы,
  • элементы горных пород,
  • элементы магматических аномалий,
  • радиоактивные элементы,
  • редкие элементы,
  • элементы группы железа,
  • элементы группы платины,
  • металлические элементы,
  • металлоидные элементы,
  • галоидные элементы.

Литература:

Ферсман А. Е., Геохимия, т. 1, Л., 1933;

Щербина В. В., Геохимия, М. — Л., 1939;

GoIdschmidt V. М., Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente, Bd 1—8, Kristiania, 1923—27;

Воиткевич Г. В. и др. Справочник по геохимии, М., 1990.

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.

Основа геохимических классификаций элементов. Геохимическая классификация элементов Гольдшмидта.

В основе всех геохимических классификаций лежит периодическая таблица элементов открытая Д.И. Менделеевым. Периодическая таблица Д.И. Менделеева — это химическая класси­фикация элементов. Она учитывает общие особенности элементов, объ­ясняет возможности атомов образовывать неограниченное число раз­личных химических соединений в лабораторных условиях. Геохимику же нужно найти объяснение ограниченности природных соединений (немногим больше 4000 минералов!), их повторяемости.

Многие сочетания элементов в природе могут быть поняты только ис­ходя из строения их атомов, места их в периодической системе. Однако элементы одной группы периодической таблицы — химические аналоги, весдут себя по разному в различных условиях земной коры, при различ­ных температуре, давлении, рН, Eh и др. Необходимость геохимической классификации, таким образом, подсказана самой природой, что является принципиальной особенностью геохимической классификации.

В.М. Гольдишидтом в 1923 г. была предложена первая геохимиче­ская классификация элементов. Он обратил внимание на первичную дифференциацию элементов в жидких системах (расплавах), основыва­ясь на известных процессах разделения последних на металлическую, сульфидную (штейн), силикатную (шлак) и газовую фазы в доменном металлургическом процессе. По-видимому, аналогичным процессом о6условлено разделение метеоритов на каменные и металлические.


Геохимическая классификация В.М. Гольдшмидта учитывает элек­тронное строение атомов, положение элемента на кривой атомных объемов, магнитные свойства элементов и химическое сродство прежде всего к О и S, затем к As и другим элементам. Все химические элементы разделены им на пять геохимических групп: литофильные, халькофильные, сидерофильные, биофильные, атмофильные.

Литофильные накапливаются в силикатной оболочке Земли, они располагаются на нисходящих ветвях кривой атомных объемов – Na, Mg, Al, Si, K, Ca и др. Преобладают ионы с 8-электронными оболочками.

Халькофильные— это элементы 18-электронного типа,располагают­ся на восходящих участках кривой атомных объемов – Cu, Zn, Ag, Hg, Pb, Sb, As и др.

Сидерофильныеэлементы дают переходные ионы 9 — 17-электронной конфигурации на внешнем слое; обнаруживают сродство как к ки­слороду (ионные связи), так и к сере (ковалентные связи), образуют сульфиды (пирит, арсенопирит, миллерит и др.), оксиды (магнетит, ге­матит, ильменит и др.), силикаты (гарниерит, ревдинскит, пироксены, амфиболы, слюды и др.). Отмечается сродство к мышьяку (никелин, смальтин, хлоантит и др.). Имеют очень малые атомные объемы и за­нимают низкие места на кривой атомных объемов. Это ферромагнитные и парамагнитные элементы. Некоторые из них встречаются в самород­ном состоянии. К ним относят Fe, Co, Ni, платиноиды. Сосредоточены в центральном ядре Земли.

Атмофильные — это элементы, входящие в состав атмосферы: инертные газы Rn, Ar, Ne, He и др. (8-электронного типа), N и Н. На кривой атомных объе­мов занимают восходящие участки; с трудом вступают в соединения (кроме Н) и находятся в элементарном состоянии. Диамагнитны.

Биофильные –характерны для организмов –С, H, O, P, N и др.

Важно отметить, что некоторые элементы могут относиться к раз­ным группам, что связано с их способностью вступать в соединение с кислородом, серой или другими элементами, проявляя литофильные, халькофильные и сидерофильные свойства (Fe, Pt), халькофильные и литофильные (Sn, Pb, Bi), литофильные и сидерофильные (Р, Мп) и др.

Геохимическая классификация химических элементов

ГЕОХИМИЯ ГОРОДСКИХ ЛАНДШАФТОВ

Геохимическая классификация химических элементов

Классификация в любой науке обобщает и отражает современные взгляды и свидетельствует о развитии данного научного направления. Цель классификации объектов – суммирование знаний на определенном этапе развития науки, выявление взаимосвязей между объектами, отражение эволюции и на основе этого объединение изучаемых объектов по определенным критериям в таксоны.

В основе любой геохимической классификации элементов лежит Периодическая система Д. И. Менделеева. Положение элемента в таблице указывает на его геохимические свойства, т. е. способность мигрировать, рассеиваться или концентрироваться в определенных усло­виях ландшафта.

В настоящее время в геохимии известны классификации элементов В. М. Гольдшмидта, А. Е. Ферсмана, В. И. Вернадского, А. Н. Заварицкого, а в геохимии ландшафта – А. И. Перельмана, Е. В. Склярова и др. Классификации А. Е. Ферсмана и А. Н. Заварицкого основаны на поведении элементов в гипогенных условиях (магматических, метаморфических); В. М. Гольдшмидта и В. И. Вер­надского отражают поведение элементов в гипо- и гипергенных условиях [39].

По А. Н. Заварицкому [40], в Периодической системе выделено 10 блоков, в которые входят близкие в геохимическом отношении химические элементы: благородные газы; горных пород (Na, Mg, Si, Al, Ca, Li, Be, Rb, Sr, Cs, Ba); магматических эманаций (B, F, Cl, S, P, O, C, N); группы железа (Fe, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni); редкие (Nb, Ta, Sc, Y, Mo, Hf, W); радиоактивные; металлических руд (Cu, Zn, Sn, Hg, Ag, Au, Ga, Cd, In, Pb); металлоидные и металлогенные (As, Sb, Bi, Te, Se); группы платины; тяжелые галоиды (Br, J).

По способности создавать определенные химические соединения в природе и концентрироваться в среде В. М. Гольдшмидт [7] разделил элементы на пять групп: литофилы (оксифилы), халькофилы, сидерофилы, атмофилы, биофилы. Литофилы образуют кислородные соединения, их ионы имеют 8-электронную оболочку. К ним относятся (Si, Fe, Ti, Cl, Br, В, Al, Ca, Mg и др.) всего 54 элемента. Для халькофилов характерно взаи­модействие с серой и ее аналогами – селеном, теллуром. Внешняя оболочка катионов имеет 18-электронную конфигурацию (Сu, Zn, Pb, Cd, Fe, Co и др.). Природные соединения образуют сульфиды. Сидерофилы (Ni, Mo, Ni, Со, Os, Pd, Ir, Pt, Au Та и др.) в расплавах соединяются с железом. Они представлены атомами, которые образуют переходные ионы с внешней оболочкой 9–17-электронной конфигурации. Атмофилы характерны для атмосферы, их атомы имеют электронную конфигурацию инертных газов (2- и 8-электронную). Биофилы (С, Н, О, N, Р, S, Cl, Na, Ca, Mg, Fe и др.) концентрируются в живых организмах с образованием различных соединений. Однако в классификации В. М. Гольдшмидта некоторые элементы сочетают в себе свойства сидерофилов и халькофилов (Со), халькофилов и литофилов (Fe).

В основу геохимической классификации В. И. Вернадский [27] положил историю поведения химического эле­мента в земной коре. В соответствии с этим все элемен­ты разделены им на шесть групп: 1) благородные газы Не, Ne, Ar, Кг, Хе; 2) благородные металлы Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt; 3) циклические элементы Н, Be, В, С, N, О, F, Na, Mg и др. (всего 44); 4) рассеянные Li, Sc, Ga, Br, Rb, Y, In, I, Cs; 5) сильно радиоактивные Ро, Nt, Ra, Ac, Th, Pa, U; 6) редкие земли La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.

Классификация химических элементов, составленная А. И. Перельманом [41], соответствует их поведению в усло­виях зоны гипергенеза. В основу классификации поло­жены интенсивность, контрастность, виды миграции эле­ментов в различных геохимических обстановках, а так­же их свойства и кларки. Химические элементы разделе­ны на две основные группы по форме миграции: воздушные и водные. Из активных воздушных мигрантов в основном состоят живое вещество, природные воды. Поведение активных воздушных мигрантов определяется в значительной степени о рН и Eh природных вод. Пассивные воздушные мигранты не играют существенной роли в ландшафте, они не образуют химических соединений. Водные мигранты делятся на анионогенные и катионогенные, поведение которых в ландшафте определяются свойствами самих элементов и геохимическими условиями среды (Eh и pH). Каждая выделенная группа представляет собой парагенную ассоциацию элементов, осаждающихся на геохимических барьерах. В пределах групп химические элементы расположены по убыванию кларка. При сходных химических свойствах чем выше кларк, тем больше геохимическая роль элемента. Для групп химических элементов приведены коэффициенты водной миграции. Наиболее активно мигрируют хлор и бром, сера. На порядок ниже миграция у Ca, Na, Mg, Sr, Ra, F, B. Коэффициент водной миграции меньше единицы характерен у остальных химических элементов. Самые низкие коэффициенты водной миграции 0,1–0,01 у химических элементов Al, Ti, Cr, Ce, Nd, Y, La, Ga, Th, Sc, Sm, Gd, Dy, Tb, Fr, Tm, Ho, Eu, Lu Yb, In, Bi, Zn, Nb, Ta, W, Hf, Te. Практически не мигрируютэлементы группы платины и золота. Особенности миграции отражены в приведенной ниже схеме.

ВОЗДУШНЫЕ МИГРАНТЫ
Активные (образуют химические соединения): O, H, C, N, I Пассивные (не образуют химических соединений): Ar, He, Ne, Kr, Rn
ВОДНЫЕ МИГРАНТЫ
Катионогенные Анионогенные
1. Очень подвижные (Kx = n (10 – 100)):
нет с постоянной валентностью: Cl, Br
нет с переменной валентностью: S
2. Подвижные с постоянной валентностью (Kx = n (1 – 10)):
Ca, Na, Mg, Sr, Ra F, B
3. Слабоподвижные с постоянной валентностью (Kx = n (0,1 – 1)):
K, Ba, Rb, Li, Be, Cs Si, P
с переменной валентностью:
Tl Ge, Sn, Sb, As
4. Подвижные и слабоподвижные в окислительной и восстановительной глеевой обстановках (Kx = n (0,1 – 1)) и инертные в восстановительной сероводородной обстановке (Kx

Химические элементы с близкими ионными радиусами и зарядами, как правило, одинаково ведут себя при воздействии геохимических процессов. Для практических целей Е. В. Скляров и др. [8] выделили четыре группы элементов:

1. Главные элементы – Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P; летучие компоненты – H2O, CO2, H2S, SO2.

2. Радиогенные изотопы – K-Ar, Ar-Ar, Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb-Th.

3. Стабильные основные изотопы – H, O, C, S– индикаторы процессов;

4. Элементы- примеси (содержание меньше 0,1%):

– крупноионные литофилы, наиболее подвижные в геологических системах (Cs, Rb, K, Ba, Sr);

– транзитные, слабо подвижные элементы (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn);

– благородные металлы (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Cu, Ni);

– высокозарядные и наименее подвижные элементы (Sc, Y, Th, U, Pb, Zr, Hf, Nb, Ta, редкоземельные элементы); редкоземельные элементы наиболее стабильны с четными номерами, их кларк более высокий. Они делятся на три группы: легкие (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu), промежуточные (Gd, Tb, Dy, Ho), тяжелые (Er, Tm, Yb, Lu).


Дата добавления: 2020-11-18 ; просмотров: 831 | Нарушение авторских прав

Геохимическая классификация элементов.

Периодическая таблица Д.И. Менделеева — это химическая классификация элементов. Она учитывает общие особенности элементов, объясняет возможности атомов образовывать неограниченное число различных химических соединений в лабораторных условиях.

Элементы одной группы периодической таблицы — химические аналоги ведут себя не одинаково в различных условиях земной коры, при различных температуре, давлении, pH, Eh и др.

В.М. Гольдшмидтом в 1923 г. была предложена первая геохимическая классификация элементов. Он обратил внимание на первичную дифференциацию элементов в жидких системах (расплавах), основываясь на известных процессах разделения последних на металлическую, сульфидную (штейн), силикатную (шлак) и газовую фазы в доменном металлургическом процессе. По-видимому, аналогичным процессом обусловлено разделение метеоритов на каменные и металлические.

Геохимическая классификация В.М. Гольдшмидта учитывает электронное строение атомов, положение элемента на кривой атомных объемов (отношение атомного веса к удельному весу), магнитные свойства элементов (влияние третьего квантового числа) и химическое сродство прежде всего к О и S, затем к As и другим элементам.

Все химические элементы разделены им на пять геохимических групп: литофильные, халькофильные, сидерофильные, биофильные, атмофильные.

В основе классификации В.И. Вернадского лежат геохимические факты: история химических элементов в земной коре, форма нахождения элементов, явления радиоактивности, обратимость или необратимость миграции (цикличность) элементов, способность элементов образовывать минералы, состоящие из нескольких разнородных атомов. Им выделено 6 групп.

Литофильные — это породообразующие элементы, имеющие 2- и 8-электронную достроенную оболочку по типу инертного газа; располагаются на верхних пиках и на нисходящих участках кривой атомных объемов; характеризуются сродством к кислороду (ионные связи), т.е. образуют преимущественно кислородные соединения (оксиды, гидрооксиды, силикаты, фосфаты и др.); элементы парамагнитные.

Халькофильные — это элементы 18-электронного типа; располагаются на восходящих участках кривой атомных объемов; характеризуются сродством к сере (к Se, Те-элементам 8-электронного типа), т.е. образуют сульфиды, селениды, теллуриды, благодаря ковалентной связи; диамагнетики. Многие из них встречаются в самородном виде.

Сидерофильные элементы дают переходные ионы 9 — 17-электронной конфигурации на внешнем слое; обнаруживают сродство как к кислороду (ионные связи), так и к сере (ковалентные связи), образуют сульфиды (пирит, арсенопирит, миллерит и др.), оксиды (магнетит, гематит, ильменит и др.), силикаты (гарниерит, ревдинскит, пироксены, амфиболы, слюды и др.). Отмечается сродство к мышьяку (никелин, смальтин, хлоантит и др.). Имеют очень малые атомные объемы и занимают низкие места на кривой атомных объемов. Это ферромагнитные и парамагнитные элементы. Некоторые из них встречаются в самородном состоянии.

Атмофильные — это элементы, входящие в состав атмосферы: инертные газы (8-электронного типа), N и Н. На кривой атомных объемов занимают восходящие участки; с трудом вступают в соединения (кроме Н) и находятся в элементарном состоянии. Диамагнитны.

Гидрофильные элементы — это наиболее характерные элементы для гидросферы.

Важно отметить, что некоторые элементы могут относиться к разным группам, что связано с их способностью вступать в соединение с кислородом, серой или другими элементами, проявляя литофильные, халькофильные и сидерофильные свойства (Fe, Pt), халькофильные и литофильные (Sn, Pb, Bi), литофильные и сидерофильные (Р, Мп) и др.

По классификации В.И. Вернадского, самая большая по числу элементов — циклическая группа, элементы которой слагают почти всю земную кору. Они участвуют в обратимых циклах, образуя химические соединения, отдельные молекулы. Каждый элемент в различных геосферах образует свои соединения, постоянно возобновляющиеся, но после каких-то изменений элемент возвращается к первичному соединению и начинает новый цикл. Важную роль в таком круговом процессе играет живое вещество, не только для таких элементов, как О, С, N, Н,S, но и для металлов (Fe, Си, Zn, Мп и др.). Однако круговой процесс не является вполне обратимым, так как часть элементов неизбежно и постоянно выходит из этого процесса.

Группа рассеянных элементов включает Li, Se, Ga, Br, Rb, Y, (Nb), In, I, Cs, Та. Некоторые из них не образуют своих соединений, другие — редко образуют, а все они чаще встречаются в состоянии свободных атомов, в виде «следов» в минералах и горных породах. Это тоже циклические элементы, однако в круговом процессе участвуют, чередуясь, их химические соединения и свободные атомы. Те же элементы, которые не образуют своих минералов, присутствуют только в свободном состоянии в живом или неживом веществе. Это элементы нечетные, с нечетными атомными числами, что, вероятно, тоже связано с особенностями их распространения, рассеяния.Рассеянные элементы — химические элементы, которые практически не встречаются в природе в виде самостоятельных минералов и концентрированных залежей, а встречаются лишь в виде примесей в различных минералах. Рассеянные элементы извлекают попутно из руд других металлов или полезных ископаемых (углей, солей, фосфоритов, природных вод и пр.). К рассеянным элементам принадлежат рубидий, таллий, галлий, индий, скандий, германий и др.

Группа сильно радиоактивных элементов состоит из 7 элементов, два из которых (U и Th) дают химические соединения и входят в обратимые циклы. Часть их теряется в ходе кругового процесса, а часть (поеле распада) дает начало другим элементам, которые входят в другие классификационные группы (Не, РЬ).

Редкоземельные элементы, или группа лантаноидов, характеризуется особым строением атомов и поведением в условиях земной коры.

Благородные или инертные газы входят в состав атмосферы и не принимают участия в химических земных процессах. Но велико их геохимическое значение и велика роль в мироздании. Их роль в структуре нашей планеты только начинает открываться.

Благородные металлы встречаются в земной коре в самородном виде.

Классификация А.Е. Ферсмана построена с учетом геохимической миграции элементов в крупных системах на основе развернутой таблицы Д.И. Менделеева. А.Е. Ферсман разделил таблицу на поля, соответствующие распространению элементов в земной коре: поле металлов сульфидных руд, элементов гранитных пегматитов, средних магм, ультраосновных магм, кислых магм и пневматолитов

По А.Н. Заварицкому, нахождение химических элементов в земной коре зависит от строения атомов элементов. Таблицу Менделеева он разделил на 10 блоков: 1) благородные газы (от Не до Rn);

2) элементы горных пород (Na, Mg, Al, Si, К, Ca и др.); 3) элементы магматических эманаций (В, F, Р, Cl, S и др.); 4) элементы «семейства», группы железа (Ti, V, Сг, Mn, Fe, Со, Ni); 5) редкие элементы (Sc,

TR, Nb, Та и др.); 6 ) радиоактивные элементы (Ra, Th, U и др.); 7) элементы сульфидных руд (Си, Zn, Sn, Hg, Ag и др.); 8 ) элементы металлоидные и металлогенные (As, Sb, Bi, Se и др.); 9) платиноиды — элементы группы платины (Os, Ir, Pt и др.); 10) тяжелые галоиды (Br, I).

Еще одна геохимическая классификация, предложенная А.И. Перельманом, учитывает поведение элементов в зоне гипергенеза. В основе классификации лежат особенности миграции элементов и концентрация их на геохимических барьерах. Учтена также форма миграции (катионная или анионная), способность мигрировать в газообразном состоянии (в форме летучих соединений) или с водными растворами.

К.Ф. Браун и X. Паттерсон дали термодинамическое обоснование разделению элементов на литофильные, халькофильные и сидерофильные. В основе распределения элементов по этим группам лежат реакции равновесия: если теплота образования оксида больше, чем теплота образования FeO, то этот элемент литофильный, а разница между значениями этих теплот является мерой литофильности. Если теплота образования оксида меньше, чем теплота образования FeO, — элементы халькофильные. У сидерофильных элементов теплота образования оксидов близка к теплоте образования FeO.


А.А. Маракушевым предлагается геохимическая систематика, объясняющая закономерности ассоциаций (парагенезисы) химических элементов в различных эндогенных процессах. На основе данных потенциалов ионизации и сродства к электрону, обусловленных строением атомов вне химических связей, выводится расширенная периодическая система элементов, отражающая их свойства в различных окислительных состояниях. Предложенная систематика может быть использована при рассмотрении общих проблем образования горных пород и рудных месторождений.

В настоящее время при геохимических исследованиях используют группировки или группы элементов, выделенные ранее с учетом радиусов, зарядов, распространенности в природе, поведения в различных процессах и т.д.

Геохимические барьеры.

Этим термином А.И. Перельман в 1961 году предложил именовать участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация. Аналогично макро- и микроклимату, макро-, мезо- и микрорельефу выделяют макро-, мезо-и микробарьеры. Так, в дельтах зона смешения пресных речных вод и соленых морских представляет собой макробарьер шириной в сотни и тысячи метров (при длине рек и морских акваторий в тысячи километров). К мезобарьерам относятся краевые зоны болот, где накапливаются многие элементы, выщелоченные из почв водоразделов и склонов.

Явление, которое именуется геохимическим барьером, привлекало внимание исследователей и ранее, в частности, при изучении условий образования минералов и руд, при трактовке процессов осаждения элементов из вод. Однако ранее оно рассматривалось изолированно, как предмет разных наук — минералогии, литологии, почвоведения, науки о рудных месторождениях и т.д. Но в почвах, илах рек и озер, корах выветривания, горизонтах грунтовых вод, зонах разломов и других системах протекают сходные процессы концентрации элементов. Это и позволило установить общие типы таких процессов, сформулировать понятие о геохимическом барьере, которое относится к фундаментальным понятиям геохимии.

Главная особенность барьера — резкое изменение условий концентрации элементов, это зона, где одна геохимическая обстановка сменяется другой. Между понятием «геохимический барьер» и «геохимическая обстановка», следовательно, имеется глубокая связь: уменьшение пространства, занимаемого обстановкой, приводит к переходу количества в качество, превращению обстановки в барьер и наоборот.

На геохимических барьерах образуются руды большинства месторождений, различные геохимические аномалии, приводящие к загрязнению окружающей среды, другие практически важные виды концентрации элементов. Все это определяет важность изучения геохимических барьеров.

При совмещении в одном месте различных геохимических процессов формируются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов. Выделяются также двусторонние барьеры, которые формируются при движении различных элементов к барьеру с разных сторон. На двустороннем барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов. Различаются также латеральные барьеры, образующиеся при движении вод в субгоризонтальном направлении, например на границе элементарных ландшафтов, и радиальные (вертикальные) барьеры, формирующиеся при субвертикальной (снизу вверх или сверху вниз) миграции растворов в почвах, зонах разломов, корах выветривания и т.д.

В зависимости от способа массопереноса различаются диффузионные и инфильтрационные барьеры. B.C. Голубев разработал понятие о подвижном геохимическом барьере, когда барьер перемещается медленнее фильтрации вод.

В основу классификации геохимических барьеров положены виды миграции. Выделяется два основных их типа — природные и техногенные. Природные в свою очередь разделяются на три класса. Наиболее простые — механические барьеры — участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции.

К ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков. В местах резкого уменьшения интенсивности физико-химической миграции формируются физико-химические барьеры. Они возникают в местах изменения температуры, давления, окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных и других условий. Биогеохимические барьеры обязаны уменьшению интенсивности биогенной миграции — угольные залежи, торф, концентрации элементов в телах организмов и т.д.

Среди техногенных барьеров также выделяются механические, физико-химические и биогеохимические классы. Более сложные процессы образования геохимических барьеров обычно включают в себя менее сложные. Например, в образовании техногенных барьеров могут участвовать механические, физико-химические и биогенные процессы, но сущность данных барьеров не может быть понята без учета особенностей техногенной миграции. Главное внимание исследователей до сих пор привлекали природные и техногенные физико-химические барьеры. Изменение геохимических показателей m (t, р, Eh, pH и т.д) в направлении миграции химических элементов называется градиентом барьера G.

Контрастность барьера S характеризуется отношением величины геохимических показателей в направлении миграции до и после барьера: Интенсивность накопления элемента увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера.

Ореолы рассеяния.

ОРЕОЛЫ РАССЕЯНИЯ — зоны повышенных (реже — пониженных) содержаний химических элементов в природных образованиях, генетически связанные с месторождениями полезных ископаемых. Первичные ореолы рассеяния месторождений возникают в окружающих горных породах одновременно с формированием залежи полезных ископаемых. Вторичные ореолы рассеяния образуются в продуктах разрушения горных пород, в почвах, водах, растениях и подземной атмосфере в результате гипергенных процессов, протекающих на поверхности суши.

Это понятие возникло при разработке геохимических методов поисков рудных месторождений. Та часть месторождений, в которой содержание рудных элементов достигает величин, допускающих их эксплуатацию, называется рудным телом, или залежью полезного ископаемого, а само вещество с кондиционным содержанием элемента — рудой. Остальная часть поля концентрации — это первичный геохимический ореол месторождения. Он образовался одновременно с рудным телом и в результате тех же процессов. Граница между рудным телом и первичным ореолом определяется требованиями промышленности. Например, в конце XIX в. в США перерабатывались медные руды, содержащие более 5% Си, и прилегающие породы с первыми процентами Си представляли первичный ореол. В середине XX в. перерабатывались уже руды с 1% Си, и то, что ранее считалось первичным ореолом, стало рудой. Протяженность первичных ореолов измеряется десятками, сотнями и тысячами метров, причем нередко ореол достигает земной поверхности, в то время как рудное тело расположено на глубине.

В ландшафтах рудные тела и первичные ореолы подвергаются выветриванию и денудации. В результате почва, кора выветривания, континентальные отложения, подземная и надземная атмосфера вблизи месторождения обогащаются индикаторными элементами (рудными и их спутниками). При выщелачивании руд и ореолов элементы поступают в поверхностные и подземные воды. Растения также накапливают рудные элементы, повышается их содержание и в животных. Так возникает повышенная концентрация элементов в ландшафте, образующая вторичный (эпигенетический) ореол рассеяния.

Различают литохимические ореолы — в почвах, породах, гидрогеохимические — в водах, атмохимические — в атмосфере, биогеохимические — в организмах.

Размеры вторичных ореолов достигают сотен и тысяч метров. Содержание индикаторных элементов в литохимических ореолах местами лишь незначительно отличается от их содержания во вмещающих породах, причем искомые элементы в подавляющем большинстве случаев находятся в неминеральной форме (адсорбированы глинами и т.д.). Определяя содержание химических элементов в коренных горных породах, во всех компонентах ландшафта — почвах, рыхлых отложениях, водах, растениях, атмосфере, можно обнаружить первичный или вторичный ореол, а по нему и само месторождение.

Так как площади ореолов в десятки, сотни и тысячи раз больше площади рудного выхода, то понятно, что при поисках легче обнаружить ореол, чем руду. А если обнаружен ореол, то руду найти гораздо легче. Местами на поверхность выходит только ореол рассеяния, само же месторождение скрыто на глубине («слепое»). Искомый элемент не всегда является индикаторным. Иногда рациональнее искать месторождение по «элементам-спутникам». Так, многие рудные месторождения содержат непромышленные концентрации ртути. Летучесть ртути обусловливает образование очень широкого ореола рассеяния, более широкого, чем у свинца, цинка, меди. Поэтому искать свинцовые, цинковые, медные и другие месторождения в ряде случаев удобно на основе определения в породах элемента-спутника — ртути (А.А. Сауков, Н.А. Озерова, В.З. Фурсов).

Понятие об ореолах рассеяния имеет большое значение и для решения экологических задач — борьбы с загрязнением окружающей среды и мониторинга. Разрушающееся на земной поверхности рудное месторождение и образующиеся при этом вторичные ореолы рассеяния оказались хорошей моделью загрязнения среды от локального источника — города, горно-обогатительного комбината и т.д.

Последнее изменение этой страницы: 2020-07-16; Нарушение авторского права страницы

Геохимические классификации элементов

Геохимические классификации элементов — способы систематизации химических элементов в зависимости от их встречаемости в природе или просто классификации используемые в геохимии. Таких классификаций существует несколько.

Содержание

Классификация по распространенности: петрогенные и редкие элементы

С точки зрения термодинамики компоненты системы могут быть в зависимости от концентрации могут быть разделены на две группы:


  • главные, которые определяют фазовый состав системы
  • второстепенные компоненты, которых слишком мало для того, что бы образовать самостоятельные фазы или повлиять на систему, и они пассивно распределяются между существующими фазами.

В природных системах распространенность элементов накладывает на состав типичных систем определенные ограничения. Из 98 элементов периодической таблицы Менделеева, встречающихся в природе наиболее распространены 12 элементов, которые в подавляющем большинстве случаев породы слагают 99% массы горных пород. Эти элементы: O, Si, Ti, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K, P, H, C называются петрогенными (петро — порода, ген — происхождение).

Все остальные элементы относятся к редким или рассеянным элементам. Деление на редкие и петрогенные элементы достаточно условно. Большинство редких элементов при определенных условиях может концентрироваться до таких концентраций, что возникают их собственные минералы, то есть они влияют на фазовый состав системы. Однако такие системы играют ограниченную роль в важнейших геохимических процессах. Так, стронций даже в небольших количествах сильно влияет на устойчивость кальцит/арагонит. С другой стороны, при появлении в системе минералов, в которых редкий элемент основной, например, редкий элемент цирконий часто достигает концентрации достаточных для кристаллизации циркона или монацита, при этом его влияние на другие фазы всё равно остается весьма ограниченным.

Термин редкие элементы не совсем точен. Может показаться, что эти элементы встречаются реже чем другие, но одним из основных положений геохимии является наблюдение, что в любом природном веществе присутствуют все 98 элементов, однако в различных концентрациях (закон всюдности химических элементов). При этом содержание редких элементов в разных породах может различаться в сотни и тысячи раз и они часто оказываются очень чувствительными индикаторами геохимических процессов. Во многих случаях различные процессы приводя к возникновению пород с идентичным минеральным составом и содержанием петрогенных элементов, но концентрации редких элементов при этом могут различаться и позволять реконструировать историю породы.

Классификация по коэффициентам распределения: совместимые и несовместимые элементы

Редкие элементы по разному распределяются между фазами системы. Особенно важно их поведение в процессах разделение вещества, таких как плавление и кристаллизация.

Макро- и микроэлементы

В биогеохимии принято разделение элементов по их роли в строении живых организмов. Макроэлементами называются те элементы, содержание которых в живых организмах составляет больше 0,001%. Это кислород, водород, углерод, азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор, железо и др. Эти элементы слагают плоть живых организмов.

Микроэлементами называются элементы, содержание которых мало, но они участвуют в биохимических процессах и в значительной мере определяют самочувствие живых организмов. По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Среди них алюминий, цинк, кобальт, железо, йод, селен, медь, молибден, бром, фтор.

Гольдшмидтовская классификация элементов

Эта классификация была предложена Гольдшмидтом исходя из предположения, что Земля образовалась в результате разделения первично однородного вещества, аналогичного метеоритам, на четыре части: металл, серный расплав, силикатная часть и атмосфера с океаном. Каждый элемент имеет склонность концентрироваться в одной из этих сред, и соответственно разделены на сидерофильные, литофильные, халькофильные и атмофильные элементы. Иначе говоря, это классификация по наибольшему коэффициенту распределения элемента между четырьмя фазами.

Атмофильные элементы

Выделяются в газовую фазу и накапливаются в атмосфере. В природе для них характерно газообразное состояние. Большинство из них имеет атомы с заполненной электронной внешней оболочкой, располагаются в верхних частях кривой атомных объёмов; преимущественно диамагнитны. Для большинства (кроме водорода, близкого к литофильным элементам) характерно нахождение в природе в элементарном состоянии.

Халькофильные элементы

Обладают сродством к сере.

Литофильные элементы

Обладают сродством к силикатным минералам и расплавам.

Классификация элементов системы

Основание классификации Элемент
Тип Характеристика
Степень родства с другими элементами Гомогенный Однотипен с другими элементами
Гетерогенный Разнотипен с другими элементами
Степень самостоятель­ности элемента Программный Действует по жёсткой программе
Адаптивный Обладает способностью приспособления
Инициативный Обладает способностью изменять действительность
Длительность существования Постоянный Отличается относительно длительным временем существования
Временный Возникающий временно
Временная принадлежность Прошлого (атавизм) Остался от прошлых этапов жизни системы
Настоящего Характерен для настоящего времени существования системы
Будущего Свойственен для будущего данной системы (инновационный элемент)
Роль в системе Основной Играет главную роль в системе
Неосновной Играет второстепенную роль в системе
Активность в системе Активный Воздействующий на процессы
Пассивный Слабо воздействующий на процессы системы
Характер воздействия на систему Определенный или предсказуемый Оказывает вполне определенное воздействие на систему
Неопределенный или непредсказуемый Оказывает непредсказуемые воздействия на систему
Характер восприятия сигнала Отторгающий Не воспринимает сигнал, нередко отражает его
Преобразующий Преобразует поступивший на вход сигнал
Передающий Передает сигнал в том виде, в котором получил
Число входов – выходов С одним входом без выхода Система получает сигналы, но не отдает их
С одним выходом без входа Система отдает сигналы, но не получает их
С одним входом и одним выходом Система отдает и получает сигналы
С несколькими входами и одним выходом Система получает несколько сигналов, но отдает один сигнал
С одним входом и несколькими выходами Система получает один сигнал, но отдает несколько сигналов
С несколькими входами и несколькими выходами Система получает и отдает несколько сигналов

[44, с. 133]. Связи выполняют в системе несколько функций, наиболее важные из них:

системообразующая – связи выступают основой архитектоники системы, обеспечивают взаимодействие элементов, их взаимное влияние, участие в общесистемных процессах;

специфицирующая – связи задают конкретные свойства системы, ее специфику. Определенный набор, характер, направленность и другие характеристики связей системы предопределяют её свойства, функциональные возможности и развитие;

витальная – связи обеспечивают жизнедеятельность системы, они поддерживают обмен системы с окружающей средой, изменения в связях предопределяет характеристики различных этапов развития системы.

Проблема связей, как и проблема элементов, относится к числу недостаточно исследованных. Можно согласиться со В. Н. Спицнаделем в том, что предпринятые в литературе попытки прямо и сразу построить концепцию связи обнаружили относительно невысокую эффективность такого способа решения проблемы [39].

Классификация связей, предложенная И. В. Блаубергом, В. Н. Садовским, Э. Г. Юдиным, которые выделяют связи взаимодействия, порождения, преобразования, строения, функционирования, развития, управления, является слишком обобщенной. Это приводит к тому. что связь заслоняется более сложными явлениями (взаимодействие. строение, функционирование и т. п.).


В. В. Дружинин и Д. С. Конторов [10, с. 84-99] делят связи на прямые и обратные. При этом прямые связи бывают усиливающие (ослабляющие) сигнал, ограничивающие, запаздывающие и селектирующие (осуществляющие отбор), а обратные делятся: на положительные (усиливающие исходный процесс) и отрицательные (ослабляющие исходный сигнал); на гладкие (действуют во всем диапазоне изменений выходного процесса) и пороговые (действуют, когда процесс превышает некоторое значение, называемое нижним порогом и не превышает некоторое значение, выступающее как верхний порог); на двусторонние, реагирующие на увеличение и на уменьшение; связи первого, второго и старшего порядка; на связи мгновенные, запаздывающие и опережающие.

Связи представляют собой довольно сложное явление, они столь многоплановы, что требует осмысления с позиции нескольких подходов. По нашему мнению, связи между элементами системы нужно рассматривать с точки зрения четырех подходов:

формального – фиксирует наличие и направленность связи;

функционального – фиксирует наличие или отсутствие функциональности в связях;

логического – дается объяснение природы связей;

содержательного – анализируются содержание, природа связей.

Каждый из этих подходов сам по себе имеет ограниченные возможности для объяснения связей. Здесь требуется использование их в единстве как взаимодополняющих подходов (табл. 3).

При формальном подходе связи делятся на такие разновидности, как ненаправленные, направленные, прерывистые, односторонние, двусторонние, равноправные и неравноправные, внутренние и внешние. Кроме того, они различаются продолжительностью (долговременные и кратковременные), а также частотой (частые и редкие).

При функциональном подходе связи рассматриваются с точки зрения выполняемой ими функции. При этом выделим два вида: нейтральные, при которых действие и противодействие равны по величине. изменений не происходит (поэтому эти связи называют нейтральными или статическими [16, с. 303]); функциональные, характеризующиеся тем, что действие и противодействие не совпадают, и элемент начинает реализовывать в системе некоторую функцию.

В свою очередь, функциональные можно представить как связи:

· порождения, или причинно-следственные связи;

· преобразования – реализуются путем непосредственного взаимо­дей­ствия двух объектов с переходом их в новое состояние;

· строения, или структурные, – обеспечивают строение системы;

· функциональные (в узком смысле слова) – обеспечивают функцио­ни­ро­вание системы;

· развития – смена состояний отличается качественными изменениями;

· управления – обеспечивают процесс управления системой.

Кроме того, под функциональный подход подпадают прямые и обратные связи, каждая из которых выполняет свое назначение. Обратная связь информирует вход системы о состоянии её выхода, а прямая – связывает один элемент с другим. Обратным связям принадлежит исключительно важная роль в управлении, поскольку они несут для субъекта управления необходимую ему информацию об объекте управления.

При логическом подходе связи делятся в соответствии с основными типами детерминации: причинно-следственные – одно явление порождает другое (Причинная связь выступает как необходимая связь между явлениями А и В, где А – причина, а В – следствие (при этом под причиной чаще всего понимается совокупность необходимых и достаточных условий осуществления события).); корреляционные – изменение одного явления приводит к изменению другого, а это другое меняет, приводит к изменению первого; состояний – из одного состояния системы вытекает другое, а отношение порождения отсутствует.

При содержательном подходе связи подразделяются на: энергетические – процессы передачи энергии между элементами системы; материально-вещественные – характеризуются материально-вещественными преобразованиями; информационные – представляют собой информационные потоки.

6. Геохимические классификации элементов Гольдшмидта.

Для каждой из геосфер характерен тот или иной набор химических элементов. Гольдшмидт установил связь между составом различных геосфер и периодической системой элементов и в зависимости от атомного объема разделил элементы на четыре основные группы:

1. Сидерофильные, сосредоточенные по преимуществу в центральном ядре планеты, элементы с минимальными атомными объемами (Fe, Ni, Co и др.).

2. Халькофильные элементы накапливаются в окисно-сульфидной оболочке, они имеют сродство к сере и атомные объемы по сравнению с элементами предыдущей группы, увеличиваются (S, Zn, Pb, Sn, Cd, Ag, Au и др.).

3.Литофильные элементы накапливаются в силикатной оболочке (Si, Ti, V, Mg, Zr, Sc, Ca). Атомные объёмы элементов уменьшаются по сравнению с халькофильной группой.

4. Атмофильные элементы накапливаются в атмосфере и обладают максимальными атомными объёмами (N, He, Н, Ne, Ar, Ge и др.).

Таким образом, гипотеза Гольдшмидта предполагает, что первичное распределение вещества в Земле происходило главным образом под влиянием гравитационных сил. А основными компонентами ландшафтной оболочки являются атмофильные и отчасти литофильные элементы.

7. Геохимические классификации элементов Ферсмана.


Принцип основан на развернутой таблице Д.И. Менделеева. А.Е. Ферсман выделил элементы, создающие концентрации в определенных магматических горных породах: кислых, средних и ультраосновных магм и сульфидных месторождений. В итоге было получено пять самостоятельных групп:

1.благородные газы (от Не до Rh)

2.металлы обычного поля( Li, Be, Na, Mg, Ca, K и другие)

3.металлоиды обычного поля, ( B, C, N, O, P, Al, Si, и другие

4.элементы нижнего кислого поля (Pb, Ba, Nb, Mo, Ag)

5.элементы сульфидного поля(Zn, Cd, Hg, As, Te, I и др)

8. Геохимические классификации элементов Вернадского.

По классификации В.И. Вернадского выделяется 6 групп элеменетов. 1.Самая большая по числу эле­ментов — циклическая группа (44 элемента), элементы которой слагают почти всю земную кору. Они участвуют в обратимых циклах, образуя химические соединения, отдельные молекулы. Каждый элемент в различных гео­сферах образует свои соединения, постоянно возобновляющиеся, но по­сле каких-то изменений элемент возвращается к первичному соедине­нию и начинает новый цикл. Важную роль в таком круговом процессе играет живое вещество, не только для таких элементов, как О, С, N, Н, S, но и для металлов (Fe, Си, Zn, Мп и др.). Однако круговой процесс не является вполне обратимым, так как часть элементов неизбежно и по­стоянно выходит из этого процесса.

2.Группа рассеянных элементов включает Li, Se, Ga, Br, Rb, Y, (Nb), In, I, Cs, Та. Некоторые из них не образуют своих соединений, другие -редко образуют, а все они чаще встречаются в состоянии свободных атомов, в виде «следов» в минералах и горных породах. Это тоже цик­лические элементы, однако в круговом процессе участвуют, чередуясь, их химические соединения и свободные атомы. Те же элементы, кото­рые не образуют своих минералов, присутствуют только в свободном состоянии в живом или неживом веществе. Это элементы нечетные, с нечетными атомными числами, что, вероятно, тоже связано с особенно­стями их распространения, рассеяния.

3.Группа сильно радиоактивных элементов состоит из 7 элементов, два из которых (U и Th) дают химические соединения и входят в обра­тимые циклы. Часть их теряется в ходе кругового процесса, а часть (по­еле распада) дает начало другим элементам, которые входят в другие классификационные группы (Не, РЬ).

4.Редкоземельные элементы(La, Ce, Yb, Sm и др.), или группа лантаноидов, характеризует­ся особым строением атомов и поведением в условиях земной коры.

5.Благородные или инертные газы( 5 элементов- гелий, неон-аргон) входят в состав атмосферы и не принимают участия в химических земных процессах. Но велико их гео­химическое значение и велика роль в мироздании. Их роль в структуре нашей планеты только начинает открываться.

6.Благородные металлы (Pt, Au, Ir, Pd и др.) встречаются в земной коре в самородном виде.

Еще раз следует подчеркнуть важное значение строения атомов при объединении элементов в указанные группы

Геохимические классификации элементов Геохимическая классификация элементов

Геохимические классификации элементов

Геохимическая классификация элементов – ряд принципов группировки химических элементов в зависимости от подходов и цели исследователя. Геохимические классификации элементов — способы систематизации химических элементов в зависимости от их встречаемости в природе.

«Физические и химические свойства простых веществ, а также формы и свойства сложных соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атомов». Д. И. Менделеев (1869 г. ) так cформулировал периодический закон: «Свойства простых тел, а также формы и свойства (сложных) соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Атом (от греч. atomos — неделимый), частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Каждому элементу соответствует определённый род атома, обозначаемых символом элемента: Н, Fe, Hg, U. Рис. 1. Атом: а — электрон, б протон, в – нейтрон. Масса ядра атома приближённо равна массовому числу А — общему числу протонов и нейтронов в ядре.

Между величинами атомных весов и атомным номером (или зарядом ядра атома) имеется определенная связь: Атомный вес (А) примерно в 2 – 2. 5 раза больше величины атомного номера Z. Число нуклонов A = Z+N, где N – число нейтронов, относится к числу протонов Z как А/Z ≈ 2. Разность N-Z — избыток нейтронов. Для многих элементов начала периодической системы (от He до O) это отношение довольно точно равно 2, начиная с железа оно увеличивается от 2. 1 у Fe до 2. 5 у Hg и 2. 6 у U.

• Геохимия занимается изучением поведения и распространения химических элементов на Земле. • Поведение элементов определяется химическими и физическими свойствами их атомов. • Распространение элементов связано со строением и устойчивостью ядер атомов. • Миграция же атомов, их способность к перемещениям, определяется главным образом строением внешних электронных оболочек. • Основные понятия геохимии вытекают из физико-химических свойств элементов.

• Согласно периодическому закону, свойства химических элементов изменяются периодически, в зависимости от атомного порядкового номера элемента. • В первую очередь, это касается химических свойств элементов, их валентности, способности вступать в химические соединения с другими элементами, состава и свойств этих соединений. • Периодичность обнаруживают многие физические свойства (оптические спектры, потенциалы ионизации, радиусы атомов и ионов, атомные объемы и др). Они связаны со строением электронных оболочек атомов.

Агрегатное состояние элементов в обычн. условиях

Химическая классификация элементов

• Как писал В. И. Вернадский, “геохимические факты не были приняты во внимание при построении периодической системы химических элементов. Поэтому геохимическая классификация элементов не может быть заменена их химической классификацией”. • Это, вероятно, связано с тем, что общие химические свойства элементов в значительной степени отличаются от их особенностей в природных физико-химических и, в частности рудообразующих системах. • Близкие по химическим свойствам элементы нередко образуют обособленные концентрации (Na и K, I и Cl) и, наоборот, элементы, не имеющие черт сходства, в природных условиях, образуют совместные концентрации (Cu и Mo, Au и W).

Классификация по распространенности: главные (петрогенные) и редкие элементы


Половина земной коры состоит из O. Таким образом, земная кора – это «кислородная сфера». На втором месте стоит Si (кларк 29, 5), на третьем Al (8, 05). Если к ним добавить Fe (4, 65), Ca (2, 96), K (2, 50), Na (2, 50), Mg (1, 87), Ti (0, 45), то получится 99, 48. На остальные

75 элементов приходится менее 1%.

O, Si, Al, Fe, Ca, K, Na, Mg (Ti, P, Mn) • Главные, петрогенные элементы (>1 — 0. 1%). • Элементы, содержание которых не превышает 0. 1 -0. 0001%, называют редкими (уст. – малые). Если редкие элементы не образуют собственных минералов, то их называют «редкими рассеянными» (Br, In, Ra, U, Re, Hf, Se и др. ). Содержание в ppm, г/т. • Так, у U и Br кларки почти одинаковы (2, 5*10 -4 и 2, 1*10 -4), но U – редкий элемент, т. к. известно 104 урановых минерала и урановые месторождения, а Br – рассеянный (имеет лишь один минерал).

Принципиальная разница между петрогенными и редкими элементами заключается в том, что петрогенные элементы определяют фазовый (минеральный) состав системы, в то время как редкие элементы входят в эти фазы в виде примесей и пассивно распределяются между существующими фазами, но не влияют на их содержание и устойчивость. У этого правила есть исключения. Так, Sr даже в небольших количествах сильно влияет на устойчивость кальцита.

• В геохимии есть еще понятие микроэлементы, которое означает элементы, содержащиеся в малых количествах (

Классификация химических элементов

Одной из первых попыток систематизации химических элементов была их классификация, т. е. распределение по классам на основе общих свойств и признаков. Еще в конце XVIII в. элементы стали делить на две группы — металлы и неметаллы. Такая классификация была основана на различии свойств простых веществ.

Вспомним общие свойства простых веществ металлов и неметаллов. Металлы хорошо проводят электрический ток и теплоту, имеют характерный металлический блеск. Многие из них пластичны, т. е. легко расплющиваются, вытягиваются, поддаются обработке, особенно в нагретом состоянии. Все металлы (кроме ртути) — твердые кристаллические вещества.

Неметаллы, как правило, плохие проводники тока, не обладают блеском и пластичностью. При обычных условиях простые вещества неметаллы могут быть твердыми (сера, фосфор), жидкими (бром), газообразными (кислород, азот).

Эти две группы простых веществ существенно различаются и по химическим свойствам. Металлы взаимодействуют с кислородом и другими неметаллами, кислотами, солями, но газообразных соединений не образуют.

Неметаллы образуют с водородом летучие соединения; взаимодействуют с кислородом, часто с образованием газообразных оксидов. С разбавленными кислотами большинство из них не реагируют.

Как доказать, что оксид, соответствующий металлу, является основным его гидроксид проявляет свойства оснований?

Поместим в пробирку небольшое количество оксида кальция. Добавим к нему воды объемом 2 см3 и хорошо встряхнем. Внесем в полученный раствор 2—3 капли раствора фенолфталеина и по появлению окраски отметим наличие щелочи в растворе. Добавив 2 капли раствора соляной кислоты, отметим изменение окраски.

Не все основные оксиды взаимодействуют с водой, однако каждому из нисоответствует гидроксид, проявляющий свойства основания. Так, оксид FeOне реагирует с водой, но ему соответствует основание Fe(OH) 2. И оксид, и основание реагируют с кислотами:

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O;
Fe(OH) 2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O.

Кислородные соединения неметаллов обычно являются кислотными оксидами, а их гидроксиды — кислотами.

Доказательством кислотных свойств этих соединений неметаллов является их способность вступать в реакции со щелочами с образованием соли и воды:

Кислотные свойства гидроксидов неметаллов легко доказать с помощью индикаторов (лакмуса, метилоранжа или универсального индикатора) по характерной красной окраске.

Однако еще в ХIX в. выяснилось, что оксиды и гидроксиды некоторых элементов могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Например, простые вещества таких элементов, как цинк Zn и алюминий Al, по своим физическим свойствам являются металлами, но их гидроксиды Zn(OH) 2, Al(OH) 3 проявляют свойства как оснований, так и кислот, т. е. являются амфотерными соединениями. Слово «амфотерные» происходит от древнегреческого «амфи» — двойственный. Так, например, осадок гидроксида алюминия, взаимодействуя с кислотой, растворяется, т. е. ведет себя как основание. В то же время этот гидроксид может реагировать и со щелочью, проявляя свойство кислоты.

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ, основаны на особенностях миграции хим. элементов в земной коре и Земле в целом. При классификации обычно учитывается положение элементов в периодич. системе, строение их атомов.

Наиб, распространение получила классификация, предложенная В. М. Гольдшмидтом, к-рый по величине атомных объемов и др параметрам выделил четыре группы элементов: 1) атмофильные-Н, N и инертные газы; 2) литофильные, к-рые характерны для горных пород земной коры,-О, Si, А1, Са, Mg, Na, К, С1 и др.; 3) халькофильные, имеющие высокое сродство к S и встречающиеся в рудных жилах,-Сu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Pb, As, Sb и др.; 4) сидерофильные, преобладающие, вероятно, в земном ядре,-Ре, Со, Ni, Mo, платиновые (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

В. И. Вернадский классифицировал элементы по способности образовывать хим. соединения, концентрироваться, участвовать в циклич. процессах, по радиоактивности. Он выделил шесть групп: 1) благородные газы — Не, Ne, Ar, Кr, Хе, Rn; 2) благородные металлы-Au и платиновые; 3) циклич. элементы-Н, В, С, О, N, F, Na, Mg, A1 и др.; 4) рассеянные-Li, Sc, Ga, Br, Rb и др.; 5) сильно радиоактивные-Ро, Ra и др.; 6) элементы редких земель — Y, La и лантаноиды.

А. Е. Ферсман и А. Н. Заварицкий выделили ассоциации элементов — поля периодич. системы — в зависимости от поведения элементов в магматических и гидротермальных процессах. А. Е. Ферсман различал элементы магм: кислых (Н, Не, Li, Be, В, О, F, Al, Si, К, Rb, Y, Mo, W, РЗЭ и др.), средних (Na, С, Са, Mn, Sr и др.), ультраосновных (Mg, V, Сг, Fe, Co, Ni, Pt и др.) и элементы сульфидных месторождений (S, As, Se, Те, Sb, Си, Ag, Zn, Cd, Hg, Pb и др.). А. Н. Заварицкий разделил таблицу Д. И. Менделеева на 10 блоков: 1) благородные газы (от Не до Rn); 2) элементы горных пород — Na, Mg, Al, Si, К, Са и др.; 3) магматич. эманации — В, F, P, Cl, S и др.; 4) элементы группы железа — Ti, V, Сг, Mn, Fe, Co, Ni и др.; 5) редкие элементы — Sc, РЗЭ, Nb, Та и др.; 6) радиоактивные элементы — Ra, Th, U и др.; 7) металлические рудные элементы — Сu, Zn, Sn, Hg, Ag и др.; 8) металлоидные и металлогенные элементы — As, Sb, Bi, Se и др.; 9) платиновые элементы; 10) тяжелые галогены — Вr и I.

При классификации хим. элементов по условиям их миграции в биосфере учитываются их ионное состояние (катионогенные и анионогенные), интенсивность и контрастность миграции, способность концентрироваться на геохим. барьерах. Каждая группа элементов характерна для определенных систем биосферы. Обычно элементы разделяют на воздушные и водные миграйты. Для первых характерно газообразное состояние (хотя они мигрируют и с водными р-рами). Вторые мигрируют преим. в р-рах в виде ионов, молекул и коллоидных частиц.

===
Исп. литература для статьи «ГЕОХИМИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ» : Сауков А. А., Геохимия, М., 1975; Краткий справочник по геохимии, 2 изд., М., 1977. А. И. Перельман.

Страница «ГЕОХИМИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Илон Маск рекомендует:  Что такое код asp dirbrowseshowtime
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Кодинг, CSS и SQL