 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( январь 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Классификации Гольдшмидта , [1] , разработанный Виктор Goldschmidt (1888-1947), является геохимической классификацией , которая группирует химические элементы в пределах Земли в соответствии с их предпочтительными фазами хозяина , в литофильный ( породе -loving), сидерофильный ( железо -loving), халькофил ( любящий сульфидную руду или любящий халькоген ) и атмофил (любящий газ) или летучий (элемент или соединение, в котором он присутствует, является жидким или газообразным в условиях окружающей поверхности).
Некоторые элементы имеют сходство более чем с одной фазой. Основная аффинность приведена в таблице ниже, и обсуждение каждой группы следует за этой таблицей.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Группа → | |||||||||||||||||||
| ↓ Период | |||||||||||||||||||
| 1 | 1 ч | 2 Он | |||||||||||||||||
| 2 | 3 Ли | 4 Be | 5 млрд | 6 С | 7 с.ш. | 8 O | 9 F | 10 Ne | |||||||||||
| 3 | 11 Na | 12 мг | 13 Al | 14 Si | 15 P | 16 ю.ш. | 17 Cl | 18 Ar | |||||||||||
| 4 | 19 К | 20 Ca | 21 сбн | 22 Ti | 23 В | 24 Кр | 25 Мн | 26 Fe | 27 Co | 28 Ni | 29 Cu | 30 Zn | 31 Га | 32 Гэ | 33 As | 34 Se | 35 руб. | 36 кр | |
| 5 | 37 руб. | 38 Sr | 39 Y | 40 Zr | 41 Nb | 42 Пн | 43 Тс | 44 руб. | 45 Rh | 46 Pd | 47 Ag | 48 кд | 49 В | 50 Sn | 51 Сб | 52 Те | 53 я | 54 Xe | |
| 6 | 55 Cs | 56 Ba |  | 71 Лю | 72 Hf | 73 Та | 74 Вт | 75 Re | 76 Ос | 77 Ir | 78 Пт | 79 Au | 80 рт. | 81 тл | 82 Pb | 83 Би | 84 По | 85 В | 86 Rn |
| 7 | 87 Пт | 88 Ra |  | 103 Лр | 104 Rf | 105 Дб | 106 Сг | 107 Bh | 108 часов | 109 тонн | 110 Ds | 111 Rg | 112 Cn | 113 Nh | 114 эт | 115 мк | 116 Ур. | 117 Цс | 118 Ог |
| 57 Ла | 58 CE | 59 Пр | 60 Nd | 61 вечера | 62 см | 63 Eu | 64 Gd | 65 Тб | 66 Дн | 67 Ho | 68 Er | 69 тм | 70 Yb | |||||
| 89 Ас | 90 чт | 91 Па | 92 U | 93 Np | 94 Pu | 95 утра | 96 см | 97 Bk | 98 Кф | 99 Es | 100 Фм | 101 мкр | 102 Нет | |||||
Классификация Гольдшмидта: Литофил Сидерофил Халькофил Атмофил Синтетический
Технеций (Tc) и прометий (Pm), два радиоактивных элемента, которые больше не присутствуют на Земле в естественных условиях, наряду со следовыми радиоактивными элементами (а именно, Po, At, Rn, Fr, Ra, Ac, Pa) и второстепенными актинидами (Np, Pu, Am , Cm и другие короткоживущие искусственные элементы) показаны как синтетические, поскольку их появление в природе мимолетно и полностью зависит от их долгоживущих родителей Th и U, и они не очень подвижны. Например, химия полония предсказывает, что он является халькофилом, но на самом деле он имеет тенденцию возникать вместо литофила вместе со своим родительским ураном ; даже радон, который является газом, обычно не успевает улететь очень далеко от исходного источника урана перед распадом. При необходимости эти элементы обычно производятся синтетическим путем в ядерных реакторах вместо утомительного и трудоемкого процесса извлечения из урановых руд .
Литофильные элементы [ править ]
Литофильные элементы - это те элементы, которые остаются на поверхности или близко к ней, потому что они легко соединяются с кислородом, образуя соединения, которые не проникают в ядро Земли . К литофильным элементам относятся: Al , B , Ba , Be , Br , Ca , Cl , Cr , Cs , F , I , Hf , K , Li , Mg , Na , Nb , O , P , Rb , Sc., Si , Sr , Ta , Th , Ti , U , V , Y , Zr , W и лантаноиды или РЗЭ (редкоземельные элементы).
Литофильные элементы в основном состоят из высокореактивных металлов s- и f-блоков . Они также включают небольшое количество химически активных неметаллов и более реакционноспособные металлы d-блока, такие как титан , цирконий и ванадий . Литофил происходит от «lithos», что означает «рок», и «phileo», что означает «любовь».
Большинство литофильных элементов образуют очень стабильные ионы с электронной конфигурацией благородного газа (иногда с дополнительными f-электронами). Те немногие, которые этого не делают, такие как кремний, фосфор и бор, образуют чрезвычайно прочные ковалентные связи с кислородом - часто с участием пи-связи . Их сильное сродство к кислороду заставляет литофильные элементы очень прочно связываться с кремнеземом, образуя минералы с относительно низкой плотностью, которые, таким образом, всплывают в земную кору . Более растворимые минералы, образованные щелочными металлами, имеют тенденцию концентрироваться в морской воде или в чрезвычайно засушливых регионах, где они могут кристаллизоваться. Менее растворимые литофильные элементы сосредоточены на древних континентальных щитах. где все растворимые минералы были выветрены.
Из-за их сильного сродства к кислороду большинство литофильных элементов обогащены в земной коре относительно их содержания в Солнечной системе. Известно, что наиболее реакционноспособные металлы s- и f-блока, которые образуют солевой раствор или металлические гидриды , чрезвычайно обогащены на Земле в целом по сравнению с их солнечным содержанием. Это связано с тем, что на самых ранних этапах формирования Земли реакцией, которая контролировала стабильную форму каждого химического элемента, была его способность образовывать соединения с водородом. В этих условиях металлы s- и f-блока сильно обогатились при формировании Земли. Наиболее обогащенные элементы - рубидий , стронций и барий., на долю которых приходится более 50 процентов по массе всех элементов земной коры тяжелее железа.
Неметаллические литофилы - фосфор и галогены - существуют на Земле в виде ионных солей с металлами s-блока в пегматитах и морской воде. За исключением фтора , гидрид которого образует водородные связи и поэтому имеет относительно низкую летучесть, эти элементы значительно снизили свои концентрации на Земле из-за утечки летучих гидридов во время образования Земли. Хотя они присутствуют в земной коре в концентрациях, довольно близких к их солнечному содержанию, фосфор и более тяжелые галогены, вероятно, значительно обеднены на Земле в целом по сравнению с их солнечным содержанием.
Некоторые переходные металлы, включая хром , молибден , железо и марганец , проявляют как литофильные, так и сидерофильные характеристики и могут быть обнаружены в обоих этих двух слоях. Хотя эти металлы образуют прочные связи с кислородом и никогда не встречаются в земной коре в свободном состоянии, считается, что металлические формы этих элементов, скорее всего, существуют в ядре Земли как реликвии того времени, когда атмосфера не содержала кислорода. Как и «чистые» сидерофилы, эти элементы (кроме железа) значительно обеднены в коре относительно их солнечного содержания.
Из-за их сильного сродства к кислороду литофильные металлы, хотя и составляют основную массу металлических элементов земной коры, никогда не были доступны как свободные металлы до развития электролиза . Благодаря этому развитию многие литофильные металлы имеют значительную ценность как структурные металлы ( магний , алюминий , титан , ванадий ) или как восстановители ( натрий , магний , кальций ). Процесс плавки этих металлов чрезвычайно энергоемкий. С выбросами парниковых газов, предположительно способствующихизменение климата , использование этих элементов в качестве промышленных металлов ставится под сомнение, несмотря на то, что истощение более редких и менее реактивных халькофильных металлов оставляет мало заменителей.
Неметаллы, фосфор и галогены также не были известны ранним химикам, хотя производство этих элементов менее сложно, чем металлических литофилов, поскольку электролиз требуется только с фтором. Элементарный хлор особенно важен как окислитель - обычно его получают электролизом хлорида натрия .
Сидерофильные элементы [ править ]
Сидерофильные (от « сидерон» , «железо» и « филео» , «любовь») элементы - это переходные металлы, которые имеют тенденцию погружаться в ядро, потому что они легко растворяются в железе либо в виде твердых растворов, либо в расплавленном состоянии, хотя некоторые источники [2] включают элементы, не являющиеся переходными металлами, в свой список сидерофилов, такие как германий . Список других источников также может отличаться в зависимости от обсуждаемой температуры - ниобий , ванадий , хром и марганец могут считаться сидерофилами или нет, в зависимости от предполагаемой температуры и давления. [3] Также сбивает с толку тот факт, что некоторые элементы, такие как вышеупомянутый марганец , а также молибден , образуют прочные связи с кислородом, но в свободном состоянии (как они существовали на примитивной Земле, когда свободный кислород не существовал) могут так легко смешиваться. с железом, что они не концентрируются в кремнистой коре, как истинные литофильные элементы. Железо же просто везде .
Сидерофильные элементы включают высоко сидерофильный рутений , родий , палладий , рений , осмий , иридий , платину и золото , умеренно сидерофильные кобальт и никель , в дополнение к «спорным» элементам, упомянутым ранее - некоторые источники [2] даже включают вольфрам. и серебро . [4]
Большинство сидерофильных элементов практически не имеют сродства к кислороду: действительно, оксиды золота термодинамически нестабильны по отношению к элементам. Они образуют более прочные связи с углеродом или серой , но даже они недостаточно прочны для разделения с халькофильными элементами. Таким образом, сидерофильные элементы связаны металлическими связями с железом в плотном слое ядра Земли, где давление может быть достаточно высоким, чтобы железо оставалось твердым. Марганец, железо и молибден делаютобразуют прочные связи с кислородом, но в свободном состоянии (как они существовали на примитивной Земле, когда свободный кислород не существовал) могут настолько легко смешиваться с железом, что не концентрируются в кремнистой коре, как истинные литофильные элементы. Однако руды марганца находятся почти в тех же местах, что и руды алюминия и титана, из-за большой реакционной способности марганца по отношению к кислороду.
Поскольку они так сконцентрированы в плотном ядре, сидерофильные элементы известны своей редкостью в земной коре. Из-за этого большинство из них всегда называли драгоценными металлами . Иридий - самый редкий переходный металл, встречающийся в земной коре, с массовым содержанием менее одной части на миллиард. Извлекаемые месторождения из драгоценных металлов , как правило , образуются в результате эрозии из ультраосновных пород , но не высококонцентрированные даже по сравнению с их коровыми содержаниями , которые обычно на несколько порядков ниже их солнечных содержаний. Однако, поскольку они сосредоточены в мантии Земли иядро , сидерофильные элементы, как полагают, присутствуют на Земле в целом (включая ядро) в чем-то, приближающемся к их солнечному содержанию.
Халькофильные элементы [ править ]
К халькофильным элементам относятся: Ag , As , Bi , Cd , Cu , Ga , Ge , Hg , In , Pb , S , Sb , Se , Sn , Te , Tl и Zn . [5]
Халькофильные элементы - это те элементы, которые остаются на поверхности или близко к ней, потому что они легко соединяются с серой и некоторыми другими халькогенами, кроме кислорода, образуя соединения, которые не проникают в ядро Земли.
Халькофильные элементы - это те металлы и более тяжелые неметаллы, которые имеют низкое сродство к кислороду и предпочитают связываться с серой как малорастворимые сульфиды . Халькофил происходит от греческого слова khalkós (χαλκός), что означает « руда » (это также означало « бронза » или « медь », но в данном случае «руда» является релевантным значением), и употребляется как «любящий халькоген» различными способами. источники. [ требуется разъяснение ]
Поскольку эти сульфиды намного плотнее силикатных минералов, образованных литофильными элементами, халькофильные элементы отделились под литофилами во время первой кристаллизации земной коры. Это привело к их истощению в земной коре относительно их солнечного содержания, хотя из-за того, что минералы, которые они образуют, неметаллические, это истощение не достигло уровней, обнаруженных с помощью сидерофильных элементов.
Однако, поскольку они образовывали летучие гидриды на примитивной Земле, когда управляющей окислительно-восстановительной реакцией было окисление или восстановление водорода, менее металлические халькофильные элементы сильно истощены на Земле в целом по сравнению с космическими содержаниями. Это наиболее особенно верно в отношении халькогены селена и теллура (который образуется летучий селенида водорода и водорода теллурида , соответственно), которые по этой причине являются одними из самых редких элементов содержится в земной коре (для иллюстрации, теллур только о столь же изобилии , как платина ).
Большинство металлических халькофильных элементов (из групп меди, цинка и бора) могут до некоторой степени смешиваться с железом в ядре Земли. Маловероятно, что они будут истощены на Земле в целом по сравнению с их солнечным содержанием, поскольку они не образуют летучих гидридов. Цинк и галлий являются в некоторой степени «литофильными» по своей природе, потому что они часто встречаются в силикатах или родственных минералах и образуют довольно прочные связи с кислородом. Галлий, в частности, получают в основном из бокситов , руды гидроксида алюминия, в которой ион галлия заменяет химически подобный алюминий.
Хотя в земной коре нет халькофильных элементов в большом количестве, халькофильные элементы составляют основную часть коммерчески важных металлов. Это связано с тем, что, в то время как литофильные элементы требуют энергоемкого электролиза для извлечения, халькофилы могут быть легко извлечены путем восстановления с помощью кокса и геохимической концентрации халькофилов, которая в крайних случаях может превышать среднее содержание в земной коре в 100000 раз. Эти наибольшие обогащения происходят на высоких плато, таких как Тибетское плато и Боливийское альтиплано, где большие количества халькофильных элементов были подняты в результате столкновений плит . Побочным эффектом этого в наше время является то, что редчайшие халькофилы (например,ртуть ) эксплуатируются настолько полно, что их ценность как полезных ископаемых почти полностью исчезла.
Атмофильные элементы [ править ]
Атмофильные элементы: [ цитата ] H , C , N и благородные газы .
Атмофильные элементы (также называемые «летучими элементами») определяются как те, которые остаются в основном на поверхности или над ней, потому что они находятся или встречаются в жидкостях и / или газах при температурах и давлениях на поверхности. Благородные газы не образуют стабильных соединений и встречаются как одноатомные газы , в то время как азот , хотя и не имеет стабильной конфигурации для своих отдельных атомов, образует двухатомную молекулу, настолько прочную, что все оксиды азота являются термодинамически нестабильными по отношению к азоту и кислороду. . Следовательно, с развитием свободного кислорода через фотосинтез , аммиакбыл окислен до молекулярного азота, который составляет четыре пятых атмосферы Земли. Углерод также классифицируется как атмофил, потому что он образует очень прочные множественные связи с кислородом в монооксиде углерода (медленно окисляющемся в атмосфере) и диоксиде углерода . Последний является четвертым по величине компонентом атмосферы Земли, в то время как окись углерода естественным образом встречается в вулканах и находится в атмосфере в течение нескольких месяцев.
Водород, содержащийся в сложной воде, также считается атмофилом. Вода классифицируется как летучая, потому что большая ее часть - жидкость или газ, даже если она существует в виде твердого соединения на поверхности.
Поскольку все атмофильные элементы являются газами или образуют летучие гидриды, атмофильные элементы сильно обеднены на Земле в целом по сравнению с их солнечным содержанием из-за потерь из атмосферы во время образования Земли. Более тяжелые благородные газы ( криптон , ксенон ) - самые редкие стабильные элементы на Земле.
См. Также [ править ]
- Изобилие химических элементов
- Виктор Гольдшмидт
- Фактор толерантности Гольдшмидта
Ссылки [ править ]
- ↑ Гольдшмидт, Виктор (17 марта 1937 г.). «Принципы распределения химических элементов в минералах и горных породах. Седьмая лекция Хьюго Мюллера перед Химическим обществом». Журнал химического общества : 655–673. DOI : 10.1039 / JR9370000655 .
- ^ a b Ограничения сидерофильных элементов на происхождение Луны , 2014 г., Ричард Дж. Уокер, Philosophical Transactions of the Royal Society A , по состоянию на 1 декабря 2015 г.
- Перейти ↑ Ball, Philip (2001). «Землеведы сглаживают свои различия» . Природа . Macmillan Publishers Limited. DOI : 10.1038 / news010104-6 . Дата обращения 5 июня 2017 .
- ^ Раманатан, AL .; Бхаттачарья, Просун; Диттмар, Торстен; Прасад, Б .; Неупане, Б. (2010). Управление и устойчивое развитие окружающей среды прибрежных зон . Springer Science & Business Media. п. 166. ISBN. 9789048130689. Дата обращения 5 июня 2017 .
- ^ Аллаби, М. (2013). Словарь геологии и наук о Земле. Издательство Оксфордского университета.
Внешние ссылки [ править ]
- Минералогические заметки 3
- ВМ Уайт. Геохимия . ISBN 978-0470656686 ; Глава 7.2
