Кларки химических элементов.

      Комментарии к записи Кларки химических элементов. отключены

Кларки химических элементов.

 Периодическая совокупность Д.И. Менделеева включает в себя 109 элементов, но в природе, а также в ландшафте, известно только 89, т.к. №№ 43, 85, 87 и 93-109 взяты искусственно в следствии ядерных реакций. Содержание одних и тех же химических элементов в различных ландшафтах неодинаково, что во многом обусловлено их перемещением – миграцией. Но кое-какие неспециализированные закономерности распределения химических элементов лишь миграцией растолковать нереально.

Так, во всех ландшафтах содержание кислорода громадно, а платины и золота мало. Разумеется, существует какая-то закономерность распространенности химических элементов. которая возможно распознана только при анализе среднего состава земной коры, что в первый раз был установлен в 1889 г. В честь американского геохимика Ф.У.Кларка, посвятившего более 40 лет ответу данной неприятности, А.Е.

Ферсман внес предложение в 1923 г. среднее содержание химического элемента в земной коре либо какой-либо ее части именовать кларком. Кларки литосферы много раз проверялись разными способами, и средний состав части литосферы дешёвой для изучения установлен достаточно совершенно верно. Но еще точно не известны кларки платиноидов и платины, инертных газов и некоторых вторых элементов.

Все же основная изюминка распространения химических элементов установлена – это огромная контрастность кларков. Величины кларков литосферы различаются в миллиарды раз: от 47 % для кислорода до 7х10-8

для рения (еще ниже содержание радия, протактиния и некоторых вторых элементов). Контрастность распространения химических элементов станет особенно наглядной, в случае если расположить все элементы в ряд по их кларкам. Тогда окажется, что практически добрая половина жёсткой земной коры складывается из одного элемента – кислорода (кларк 47 %). В противном случае говоря, земная кора – это «кислородная сфера», кислородное вещество. На втором месте стоит кремний (29,5 %), на третьем – алюминий (8,05).

В сумме они составляют 84,55 % жёсткой земной коры. В случае если к этому числу добавить еще железо (4,65), кальций (2,96), калий (2,5), натрий (2,5), магний (1,87), титан (0,45), то возьмём 99,48 %, т.е. фактически практически всю земную кору. На долю остальных 80 % элементов приходится менее 1 % массы литосферы.

Различают кларки весовые (в процентах массы на 100 частей либо в граммах на тонну), ядерные (в процентах от общего количества атомов), объемные (в процентах от общего объема электростатических полей атомов).

В каждой сфере Почвы возможно выделить пара самый распространенных химических элементов. Главную массу литосферы, как уже отмечалось выше, составляют три элемента (кислород, алюминий и кремний), живых организмов – три (кислород (кларк весовой 70 %), углерод (18 %), водород (10,5 %), гидросферы – два (кислород (85,77 %) и  водород (10,73 %), атмосферы – два (азот (75,31 %) и кислород (23, 01%). На долю всех остальных химических элементов приходится в земной коре 0,97 %, в живых организмах – 1,5 %, в гидросфере – 3,5 %, в воздухе – 1,68 %.

Закономерности распространения химических элементов в ландшафтах нашли отражение в периодической совокупности Д.И.Менделеева. Самый распространены те элементы, каковые имеют маленькие порядковые номера. К примеру, первые 26 элементов таблицы составляют 99,74 %. Преобладают элементы с четными порядковыми номерами (86  %).

В ландшафте в общем преобладают те же элементы, что и в литосфере, но в нем громадную роль играются углерод, водород, азот, хлор, поступающие в основном из гидросферы и атмосферы. Понятие «кларк» нельзя применять при характеристики среднего содержания элементов в пределах отдельного региона либо массива (к примеру, Кавказских гор, Беларуси и т.д.). При таких условиях употребляются понятия «среднее содержание» либо «фон».

Все элементы по величине среднего содержания в земной коре делятся на главные, редкие и рассеянные. Главные элементы (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, калий, натрий, магний, водород, кларк их больше единицы) обширно распространены в породах, время от времени концентрируются в месторождении. Элементы с низкими кларками (приблизительно менее 0,01-0,001 %) именуются редкими. К примеру, медь, цинк, молибден, кобальт, ванадий, вольфрам и др. Кое-какие из них концентрируются в земной коре.

К примеру, на участках бронзовых, цинковых и свинцовых месторождений медь, цинк, свинец смогут главенствовать элементами ландшафта. Элементы, каковые владеют и малой способностью и низкими кларками к концентрации, рассеяны в земной коре и во всех породах минералах и почвах видятся в ничтожных количествах. Такие элементы именуются редкими рассеянными.

Их роль неизменно в ландшафте второстепенна (кадмий, радий, скандий, галлий, индий, гафний и др.).

А.И.Перельман, разглядывая поведение химических элементов, выделяет типоморфные (ведущие), либо химические диктаторы, т.е. химические элементы, определяющие значительные и характерные черты данного ландшафта. Число их мало. К ним относятся кальций, водород, железо, сера, другие элементы и хлор.

Это разрешает сказать о кальциевых, кислых и других ландшафтах (к примеру, кальциевая и кислая тайга).

Различия в кларках приводят к тому, что химическое сходство элементов отнюдь не свидетельствует их «химическое сходство». Так, к примеру, у натрия кларк большой (2,5), исходя из этого его большое количество в ландшафтах. Солончаки, соляные озера – это «натриевые ландшафты», т.к. натрий определяет химическое своеобразие ландшафта, физико-химические условия среды, т.е. есть типоморфным.

Цезий в химическом отношении похож на натрий, но его кларк мелок (3,7х10-4) и влияние на химические изюминки ландшафта мало. Он не определяет физико-химических условий среды и мигрирует в той обстановке, которая создана типоморфными элементами. Если бы у цезия кларк был, как у натрия, то его роль в ландшафте была бы так же громадна, он был бы типоморфным.

Следовательно, химические элементы с низкими клаками не смогут быть типоморфными из-за малых концентраций в совокупностях – они вынуждены мигрировать в той обстановке, которую создают типоморфные элементы. Как раз различия в кларках определяют ведущую роль подчинённую лития и натрия, цезия, рубидия. Редкие элементы в местах их концентрации становятся ведущими, к примеру, в месторождениях урана, молибдена и т.д.

Но ведущее значение элемента зависит не только от от его концентрации и кларка в данной совокупности. Принципиально важно, дабы элемент мигрировал и накапливался. Распространенные, но слабо мигрирующие элементы не являются ведущими. Одинаковый элемент в различных совокупностях возможно и ведущим и второстепенным. К примеру, железо имеет ведущее значение в таежных болотах, но его роль не громадна в пустынях. Наконец, в случае если элемент энергично мигрирует, но не накапливается, он кроме этого не есть ведущим.

Так, хлор и натрий энергично выщелачиваются во мокрых тропиках из кислой коры выветривания и не являются в том месте ведущими. Лишь в солончаках и соляных озёрах, где хлор и натрий мигрируют и накапливаются, они становятся ведущими. Из сообщённого направляться, предложенный А.И.

Перельманом,  принцип подвижных компонентов: химическая изюминка ландшафта определяется элементами с высокими кларками, самый деятельно мигрирующими и накапливающимися в данном ландшафте.

В начале 20 века (на 12 съезде врачей и русских естествоиспытателей в 1909 г.) В.И.Вернадский заключил о общем распространении химических элементов, о том, что «все элементы имеется везде». «В каждой капле и пылинке живого вещества на земной поверхности, по мере повышения тонкости отечественных изучений, мы открываем все новые и новые элементы… История никеля, золота, урана, гелия и т.д. приводит нас к однообразным выводам. Они находятся везде и смогут быть везде констатированы.

Они собраны в состоянии величайшего рассеяния…» так, все элементы имеется везде, обращение может идти лишь о недостаточной чувствительности анализа, не разрешающего выяснить содержание того либо иного элемента в изучаемой совокупности. Это положение о общем рассеянии химических элементов Н.И.Сафронов внес предложение именовать законом Кларка-Вернадского.

В то время, когда был установлен средний состав земной коры, конечно, появился вопрос – в чем обстоятельство столь неравномерной распространенности элементов. Из-за чего одних большое количество, а вторых мало? Эту обстоятельство стали искать в изюминках строения атомов. Отметим, что атомы складываются из электронной оболочки и ядра, причем электроны, самый удаленные от ядра, определяют химические особенности элемента.

Конечно, появилось предположение, что кларки элементов связаны с их химическими особенностями, т.е. зависят от строения внешних электронных орбит атомов (числа валентных электронов и т.д.). Но оказалось, что это не верно. К примеру, щелочные металлы – литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций в химическом отношении близки друг к другу – одновалентны (на внешней орбите один электрон), образуют едкие щелочи, легкорастворимые соли и т.д.

Кларки же их быстро разны: калия и натрия в земной коре большое количество (2,5 %), рубидия мало (1,5х10-2), лития еще меньше, цезий весьма редок, а франций отсутствует и был взят искусственно. Подобно быстро разны кларки и других химически родных  элементов. Исходя из этого кларки не зависят от химических особенностей элементов либо, правильнее, по большей части не зависят. Тогда идея исследователей обратилась к второй части атома – к ядру, состоящему их нейтронов и протонов.

Выявилось, что в земной коре преобладают легкие атомы, занимающие начальные клетки периодической совокупности, ядра которых содержат маленькое количество нейтронов и протонов. По окончании железа (№ 26) нет ни одного элемента с громадным кларком. Эта закономерность была отмечена еще в 1869 Д.И.Менделеевым.

Другую особенность распространенности элементов установил итальянский ученый Оддо и американский – Гаркинс, каковые подчернули, что в земной коре преобладают элементы с четными порядковыми номерами и четными ядерными весами, т.е. у которых ядра атома содержат четное число нейтронов и протонов. Для первых по распространенности 9 элементов кларки четных составляют в сумме 86,43 %, а кларки нечетных – лишь 13,03 %. Особенно громадны кларки элементов, ядерная масса которых делится на 4. Это кислород, магний, кремний, кальций и т.д. среди атомов одного и того элемента преобладают изотопы, массовые числа которых кратны 4.

В отличие от Почвы главным элементом космоса есть водород, сотрудничество ядер которого в центре звезд при температурах в десятки миллионов градусов ведет к синтезу ядер гелия. Исходя из этого Вселенная по большей части имеет водородно-гелиевый состав. Синтез более тяжелых ядер имел подчиненное значение – распространенность их в звездах (а также на Солнце) большое количество меньше, чем водорода и гелия.

Громаднейшее значение опять-таки имел синтез легких ядер, в особенности четных (кислорода, кальция и т.д.). Синтез тяжелых ядер, включающих много нейтронов и протонов, менее возможен, образующиеся ядра довольно часто выяснялись неустойчивыми и неспешно распадались. Некая часть этих ядер не всецело разрушилась и дожила до наших дней.

на данный момент, как и миллиарды лет назад, они преобразовываются в ядра более легких элементов. Это явление радиоактивности было открыто в самом финише 20 в. в Париже Марией и Пьером Кюри. Кроме радия радиоактивность характерна для урана, калия, рубидия, рения, тория и др. элементов. Содержание их в земной коре миллиарды лет назад было выше, чем на данный момент. Кое-какие тяжелые ядра за прошедшие миллиарды лет распались всецело, и на Земле мы не знаем соответствующих элементов.

Они были взяты искусственно, часть открыта в звездах. Это технеций (№ 43), астат (№ 85), кюрий (№ 96), берклий (№ 97), калифорний (№ 98) и другие трансурановые элементы.

Звездная материя, перед тем как превратится в земное вещество, прошла большую историю, разделение, в которой ключевую роль игрались химические особенности элементов, определяемые электронным строением атомов. Исходя из этого жёсткая земная кора по составу резко отличается от звезд и, например, от Солнца.

В случае если Солнце, как и другие звезды, складывается из водорода и гелия с малым примесью вторых элементов, то Почва практически потеряла собственный космический гелий, что, будучи легким и инертным элементом, улетучился в мировое пространство. Утеряна и часть водорода, тогда как вторая часть его атомов соединилась с кислородом и образовала воду – гидросферу планеты. Более тяжелых элементов в звездах меньше, но как раз они образуют главную массу Почвы.

Это прежде всего легкие элементы начала периодической совокупности. Самых тяжелых мало и на Земле.

Чем больше кларк элемента, тем при сходных химических особенностях выше его содержание в природных водах, а следовательно, и большая вероятность образования насыщенных растворах, осаждения минералов. Редкие и особенно редкие рассеянные элементы, в большинстве случаев, не насыщают природные воды, в связи с чем число их минералов мало. К примеру, для кальция известно 385 минералов (кларк 2,96), а его химический аналог радий (кларк около 10-10) не образует ни одного собственного минерала.

Подобно калий (2,5) образует 106 минералов, а рубидий (0,015) – 0, сера (0,047) – 368, а ее аналог Se (5х10-6) – 37 и т.д.

При образовании минералов редкие катионы в большинстве случаев связываются с распространенными анионами, редкие анионы с распространенными катионами. Исходя из этого в ландшафтах известны соли серной кислоты, карбонаты, фосфаты, редких металлов и селенаты, ванадаты, арсенаты распространенных катионов (CaSeO4, Na2SeO4, PbSeO4, (UO2)3(PO4)2 и т.д.). Образование  минералов из анионов и редких катионов маловероятно.

К примеру, CaCrO4  известен, а SrCrO4  —  нет, поскольку концентрация соответствующих ионов не достигает состояния насыщенного раствора.

Так, свойство к минералообразованию, количество независимых минеральных видов зависит, с одной стороны, от химических особенностей элемента, а с другой, от его кларка. Низкие кларки многих элементов – одна из обстоятельств ограниченности числа минералов. Это определяет ответственное отличие природных реакций от лабораторных.

Е.М.Квятковский элементы с громадной свойством к минералообразованию назвал минералофильными (уран, сера, селен и др.), а с малой минералофобными (галий, радий, скандий, индий и др.).

В ландшафте в общем преобладают те же элементы, что и в земной коре, но все же их содержание в землях, водах, организмах, в большинстве случаев, отличается от кларка, не смотря на то, что порядок размеров часто сохраняется.

Как появляются новые химические элементы?


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: