Классификация Гольдшмидта.

Наиболее широко применяемая классификация. Элементы сгруппированы на основе их способности формировать естественные ассоциации в природных процессах. Это определяется рядом факторов:

1. Строение электронных оболочек, обуславливающее химические свойства элементов.

2. Положение элементов на кривой атомных объёмов.

3. Химическое «сродство» к тем или иным конкретным элементам, т.е. преимущественная склонность именно с этими определёнными элементами образовывать соединения (может измеряться значениями энергии образования определённых типов их соединений, например, оксидных).

Элементы подразделены на 5 групп:

Литофильные - Li, Be, B, O, F, Na, Mg, Al, Si, P, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, I, Cs, Ba, TR, Hf, Ta, W, At, Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U. Включены кислород и галогены, а также ассоциирующие с ними элементы, то есть преимущественно образующие кислородные и галоидные соединения. Последние – это те, которые расположены на пиках и нисходящих участках кривых атомных объёмов, а также имеют максимальные величины энергии образования оксидных соединений.

Халькофильные (или тиофильные, «любящие» серу) – S, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po). Те, которые ассоциируют преимущественно с медью и серой. Это – сера и её аналоги (селен, теллур), а также элементы, преимущественно склонные образовывать не оксидные, а сульфидные соединения. Для последних характерны 18-электронные внешние оболочки катионов, расположение на восходящих участках кривых атомных объёмов. Величины энергии образования кислородных соединений низкие. Некоторые способны существовать в самородном виде.

Сидерофильные - Fe, Co, Ni, Mo, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt. Ассоциируют с железом. Все принадлежат к элементам с достраивающимися d-оболочками. Занимают промежуточное положение между лито- и халькофильными: минимумы на кривой атомных объёмов, промежуточные значения энергии образования кислородных соединений. В равной мере распространены и в оксидных, и в сульфидных ассоциациях.

Атмофильные – все инертные газы, N, H. Все являются газами, свойственно по преимуществу атомарное или молекулярное (вне соединений) состояние (видимость того, что Н представляет исключение, связана с тем, что атомарный водород теряется, рассеиваясь в космическом пространстве).

Неправомерным является дополнение этой классификации группой биофильных элементов.

Существует и широко применяется геохимическая классификация А.И.Перельмана, основанная на особенностях поведения химических элементов в зоне гипергенеза. С этой классификацией, очень важной для нас, мы подробно познакомимся позднее.

В основу геохимической классификации Ю.Г. Щербакова положено разделение элементов на центробежные и центростремительные.

Кроме упомянутых геохимических классификаций существуют и многие другие (Заварицкого, Вашингтона, Берга и др.), но они, как правило, носят либо слишком общий, либо слишком частный характер и в современной геохимии практически не используются.

 

8. Формы водной миграции элементов

Для обозначения процессов перемещения химических элементов в земной коре, ведущего к изменению их содержания (рассеяния или концентрации), А. Е. Ферсман ввел понятие «геохимическая миграция». Значительная роль в таких процессах принадлежит подземным водам, которые представляют собой сложные естественные растворы. Перемещение и трансформацию компонентов подземных вод, приводящие к изменению их содержания, соответственно, принято называть гидрогеохимической миграцией. При миграции речь идет не о движении всей массы воды (как это рассматривается в процессах фильтрации), а о взаимном перемещении отдельных компонентов подземных вод (химических, механических, биологических), определяющих их состав и свойства.

 

По размерам мигрантов их можно разделить на три группы элементов, мигрирующих во взвешенной, коллоидной и растворенной формах.

Частицы, мигрирующие во взвешенной (механической) форме, имеют размеры от 0,0001 до 0,001 мм. В этой форме переносятся наиболее устойчивые минералы в тонкодисперсном виде, образующие россыпи при отложении из водных потоков (Au, Sn, HgS и др.).

Коллоидные частицы имеют размеры от 10^-5 до 10^-7 см и образуются при диспергировании и соединении молекулярных частиц. Это промежуточная форма состояния вещества между кристаллическим и истинным раствором.

Соединения Si, Al, Ti, Mn, Fe, составляющие до 84 % массового объема литосферы, плохо растворимы и образуют коллоидные осадки (золи, гели). Большая часть соединений Mn, As, Zr, Mo, Ti, V, Cr мигрирует в коллоидной форме. В этой форме часто мигрируют Сu, Zn, Pb, Ni, Со, Sn. Коллоиды сорбируют ионы и молекулы из растворов. Главными сорбентами являются гумусовые вещества, минеральные коллоиды (глина, SiO₂, Fe(OH)₃, А1(ОН)₃, МnO₂ и др.).

Для растворенной формы миграции вещества характерны размеры частиц менее 10^-7 мм. При этом миграция может происходить в виде нейтральных молекул, простых, сложных и комплексных ионов.

Нейтральные молекулы неорганических соединений образуются при взаимодействии разнозаряженных ионов (ZnSO₄, CuCl₂, CuSO₄, ZnCl₂, HgCl₂, NiS0₄, CaCl₂, FeCl₃, MnSO₄ и др.). Нейтральные органические комплексы (соединения металлов с органическими кислотами) изучены плохо, но их роль в миграции металлов, особенно в почвенном слое, видимо, весьма велика.

Ионные формы представлены простыми (Сu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺ и др.), сложными ( и др.) и комплексными ионами. В зависимости от физико-химической обстановки ионы могут менять свой знак. Например, цинк, медь, свинец, никель мигрируют в кислых водах в виде простых катионов, а в слабо кислых и щелочных водахввиде отрицательно заряженных или нейтральных комплексных соединений.

Комплексные соединени я являются наиболее широко распространенной формой миграции. Они образуются при взаимодействии ионов металла-комплексообразователя с полярными молекулами или ионами противоположного заряда. Возникающие при этом химические связи не обусловлены образованием новых электронных пар. Центральное место в комлексном соединении занимает положительный ион-комплексообразователь. Непосредственно вокруг него размещено или координировано некоторое количество полярных молекул или отрицательных ионов, называемых аддендами. В водном растворе комплексное соединение диссоциирует на комплексный ион и ионы внешней сферы (противоионы).

 

9. Водная миграция — это непрерывный обменный процесс, результаты кото­рого особенно ярко проявляются за геологически длительное время. Различают внутренние и внешние факторы миграции.

внутренние факторы - свойства химических элементов образовывать летучие или раство­римые соединения, осаждаться из растворов и расплавов, сорбиро­ваться и т.д. Все эти свойства определяются строением атомов.

Внешние факторы - параметры обстановки миграции — температура Т, давление Р, кислотно-щелочные рН и окислительно-восстановительные Eh характеристики растворов и т.д. При этом параметры среды (рН, Eh и сумма солей) имеют особо важное значение в миграции элементов.

 

Геохимические барьеры.

Понятие геохимических барьеров сформулировал А.И. Перельман [48]. Геохимический барьер возникает при резкой смене физико-химических условий, которые вызывают выпадение в осадок компонентов, находящихся в жидкой фазе. Таким барьером может служить не только контакт между твердой и жидкой фазой, но и какой-либо скачок в изменении физико-химической обстановки, содержание отдельных компонентов в жидкой или газовой среде, заметные перемены в температуре, значениях Eh-pH, скоростях движения подземных вод и других параметрах, контролирующих физико-химическое состояние подземных вод. Знание геохимических барьеров позволяет управлять физико-химическими процессами в подземных водах, а в естественных условиях – оценивать возможности самоочищения подземных вод от загрязнения. А.И. Перельман выделил следующие виды физико-химических барьеров: окислительный (кислородный), восстановительный, щелочной, карбонатный, сульфидный, сорбционный, гидроксильный и сорбционно-глинистый.

Окислительный (кислородный) барьер. Этот барьер способствует переводу растворимых соединений в менее растворимые. Они чаще всего дают осадок в виде гидроокислов. Такие процессы происходят при взаимодействии вод богатых кислородом с водами бескислородными, бессульфидными, с низкими потенциалами (Eh100-200 мВ

Восстановительный барьер. На этом барьере более растворимые переменновалентные окисные формы соединений переходят в менее растворимые формы восстановительных соединений. На восстановительном барьере осаждаются селен, теллур, хром, уран. Рассмотрим в качестве примера следующие схемы осаждения:

Щелочной гидролитический барьер. Его образуют комплексные соединения. Они же являются гидролизатами. Их элементный состав определяется присутствием железа, марганца, селена, двухвалентного хрома, ртути и бериллия. Комплексные соединения могут мигрировать в различных формах, например, с ОН^-,F^-, , гуминовыми и фульвокислотами. Такие формы защищают комплексные соединения от гидролиза, но полностью предохранить их от этих процессов не могут.

Щелочной гидролитический барьер бессилен перед элементами-гидролизатами, являющимися анионогенными элементами-комплексообразователями (титан, ниобий и др.). Они характеризуются высокой устойчивостью комплексных соединений с анионами-лигандами щелочных вод (,F^-, ОН^-и др.) и к тому же при высоких рН подземных вод проявляют свойство амфотерности.

Щелочной карбонатный барьер возникает при взаимодействии воднорастворимых карбонатных соединений с катионогенными элементами и комплексообразователями. На рассматриваемом барьере осаждается железо, марганец, кобальт. Они образуют соединения в форме МеСO₃. Этот барьер защищает подземные воды от загрязнения тяжелыми металлами –Pb,Cu,Znи др.

Сульфидный барьер. Действие этого барьера связано с образованием труднорастворимых сульфидных минералов, которое происходит в окислительных условиях, а также в зоне смешения кислородсодержащих вод сEh>250 мВ и бескислородных вод сEh100—250 мВ. В результате образуются сульфиды с халькофильными элементами-комплексообразователями (железо, медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть) и халькофильными анионогенными элементами (молибден, мышьяк, сурьма).

Сорбционный гидроксидный барьер. Cвежеосажденные гидроксиды поливалентных элементов являются хорошими сорбентами, очищающими подземные воды от соединений комплексообразователей и анионогенных элементов. Главное значение среди них имеют гидроксиды железа, марганца и алюминия. Сорбция ионных гидроксидов обычно обратима. Будучи амфотерными, они сорбируют в кислой среде анионогенные элементы (вольфрам, мышьяк, селен, молибден, бор, хром, ниобий, сурьму, ванадий и другие элементы), а в щелочной среде – катионогенные (барий, стронций, медь, цинк, свинец, кадмий, никель, кобальт, иридий).

Сорбционный глинистый барьер. В зоне гипергенеза глинистые минералы обычно имеют отрицательный заряд. Поэтому на глинистом барьере осаждаются прежде всего катионогенные элементы (литий, стронций, барий), а также катионогенные комплексообразователи, такие как бериллий, цинк, медь, свинец, кадмий и др. Более высокой сорбционной способностью обладают глины монтмориллонитовой группы – более 90 % металлов может осаждаться этими минералами.

Сорбционный карбонатный барьер. Главная роль на этом барьере принадлежит карбонату кальция, который может сорбировать компоненты как в катионной, так и в анионной формах. Так, в частности, происходит осаждение карбонатов двухвалентных металлов (свинца, цинка, меди, стронция, бария и др.)

 

 

МОНИТОРИНГ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

Атмосферный мониторинг

Мониторинг - система наблюдений и контроля за состоянием качества окружающей среды, состоит из трех ступеней: наблюдения, оценки состояния и прогноза возможных изменений. Мониторинг осуществляет наблюдение за антропогенными изменениями, а также за естественной, малоизмененной природной средой.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: