Классификация Гольдшмидта

редактировать
Геохимическая классификация с группировкой химических элементов в соответствии с их предпочтительными фазами-хозяевами

Классификация Гольдшмидта, разработанная Виктором Гольдшмидтом (1888–1947), представляет собой геохимическую классификацию, которая группирует химические элементы на Земле в соответствии с их предпочтительными вмещающими фазами в литофильные ( порода -любовь), сидерофил (железо -любовь), халькофил (сульфид руда -любовь или халькоген -любивый), атмофильный (газообразный) 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. Основное родство представлено в таблице ниже, и за ней следует обсуждение каждой группы.

  • v
Классификация Гольдшмидта в периодической таблице
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Группа
Период
1 1. H 2. He
2 3. Li 4. Be 5. B 6. C 7. N 8. O 9. F 10. Ne
3 11. Na 12. Mg 13. Al 14. Si 15. P 16. S 17. Cl 18. Ar
4 19. K 20. Ca 21. Sc 22. Ti 23. V 24. Cr 25. Mn 26. Fe 27. Co 28. Ni 29. Cu 30. Zn 31. Ga 32. Ge 33. As 34. Se 35. Br 36. Kr
5 37. Rb 38. Sr 39. Y 40. Zr 41. Nb 42. Mo 43. Tc 44. Ru 45. Rh 46. Pd 47. Ag 48. Cd 49. In 50. Sn 51. Sb 52. Te 53. I 54. Xe
6 55. Cs 56. Ba 57. La 1 звездочка 72. Hf 73. Ta 74. W 75. Re 76. Os 77. Ir 78. Pt 79. Au 80. Hg 81. Tl 82. Pb 83. Bi 84. Po 85. At 86. Rn
7 87. Fr 88. Ra 89. Ac 1 звездочка 104. Rf 105. Db 106. Sg 107. Bh 108. Hs 109. Mt 110. Ds 111. Rg 112. Cn 113. Nh 114. Fl 115. Mc 116. Lv 117. Ts 118. Og
1 звездочка 58. Ce 59. Pr 60. Nd 61. Pm 62. Sm 63. Eu 64. Gd 65. Tb 66. Dy 67. Ho 68. Er 69. Tm 70. Yb 71. Lu
1 звездочка 90. Th 91. Pa 92. U 93. Np 94. Pu 95. Am 96. Cm 97. Bk 98. Cf 99. Es 100. Fm 101. Md 102. No 103. Lr

Классификация Гольдшмидта: Литофил Сидерофил Халькофил Атмофил Синтетический

Технеций (Tc) и прометий (Pm), два радиоактивных элемента, больше не присутствующих на Земле в естественных условиях, вместе со следами радиоактивных элементов (а именно Po, At, Rn, Fr, Ra, Ac, Pa) и второстепенные актиниды (Np, Pu, Am, Cm и другие короткоживущие искусственные элементы) показаны как синтетические, поскольку они встречаются в природа быстротечна и полностью зависит от своих долгожителей Th и U, и они не очень подвижны. Например, химия полония предсказывает, что это халькофил, но на самом деле он имеет тенденцию встречаться вместо литофила вместе со своим родительским ураном ; даже радон, который является газом, обычно не успевает улететь очень далеко от исходного уранового источника перед распадом. При необходимости эти элементы обычно производятся синтетически в ядерных реакторах вместо использования утомительного и трудоемкого процесса извлечения из урановых руд.

Содержание

  • 1 Литофильные элементы
  • 2 Сидерофильные элементы
  • 3 Халькофильные элементы
  • 4 Атмофильные элементы
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Литофильные элементы

Литофильные элементы - это те, которые остаются на или близко к поверхность, 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.

Литофильные элементы в основном состоят из высокореакционных металлов s- и f-блоков. Они также включают небольшое количество реакционноспособных неметаллов и более реакционноспособные металлы d-блока, такие как титан, цирконий и ванадий <206.>. Lithophile 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 сконцентрированы на древних континентальных щитах, где все растворимые минералы выветрились.

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 гидриды металлов, 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 были сильно обогащены во время формирования Земли. Наиболее обогащенными элементами являются рубидий, стронций и барий, на которые 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, следовательно, имеет относительно низкую летучесть, концентрация этих элементов на Земле значительно снизилась из-за утечки летучие гидриды 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 можно найти 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 (за исключением 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 в земной коре, никогда не были доступны в виде свободных металлов до развития электролиза. Благодаря этому развитию многие литофильные металлы имеют значительную ценность как конструкционные металлы (магний, алюминий, титан, ванадий ) или как восстановители (натрий, магний, кальций ). Процесс плавки этих металлов чрезвычайно энергоемкий. Поскольку предполагается, что выбросы парниковых газов способствуют изменению 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.

сидерофильных элементов

Содержание (атомная доля) химических элементов в верхней континентальной коре Земли как функция атомного номера. Самые редкие элементы в коре (показаны желтым цветом) не являются самыми тяжелыми, а скорее являются сидерофильными (железолюбивыми) элементами в классификации элементов Гольдшмидта. Они были истощены из-за того, что были перемещены глубже в ядро ​​Земли. Их количество в материалах метеороидов относительно выше. Кроме того, теллур и селен истощились из корки из-за образования летучих гидридов.

Сидерофильные (от сидерона, «железо» и филео, «любовь») элементы - это переходные металлы, которые имеют тенденцию погружаться в ядро, поскольку они легко растворяются в железе либо в виде твердых растворов, либо в расплавленном состоянии, хотя некоторые источники включают элементы, не являющиеся переходными металлами, в свой список сидерофилов, такие как германий. Список других источников также может отличаться в зависимости от обсуждаемой температуры - можно рассматривать ниобий, ванадий, хром и марганец. сидерофилы или нет, в зависимости от предполагаемой температуры и давления. Проблема также в том, что некоторые элементы, такие как вышеупомянутый марганец, а также молибден, образуют прочные связи с кислородом, но в свободном состоянии (как они существовали на примитивном Земля, когда свободного кислорода не существовало) может настолько легко смешиваться с железом, что не концентрируется в кремнистой коре, как истинные литофильные элементы. Железо, между тем, просто везде.

Сидерофильные элементы включают высоко сидерофильный рутений, родий, палладий, рений, осмий, иридий, платина и золото, умеренно сидерофильный кобальт и никель, в дополнение к упомянутые ранее «спорные» элементы - некоторые источники даже включают вольфрам и серебро.

. Большинство сидерофильных элементов практически не имеют никакого сродства к кислороду: действительно, оксиды золота термодинамически неустойчивы 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 действительно образуют 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, поскольку делать настоящие литофильные элементы. Однако руды марганца находятся примерно 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 были известны как драгоценные металлы. Иридий - самый редкий переходный металл, встречающийся в земной коре, с массовым содержанием менее одной части на миллиард. Минеральные месторождения драгоценных металлов обычно образуются в результате эрозии ультраосновных пород, но не высококонцентрированы даже по сравнению с их содержанием в земной коре, которое обычно на несколько порядков ниже их содержания на Солнце. Однако, поскольку они сконцентрированы в мантии Земли и ядре, считается, что сидерофильные элементы присутствуют на Земле в целом (включая ядро) в чем-то, приближающемся к их солнечному содержанию.

Халькофильные элементы

К халькофильным элементам относятся: Ag, As, Bi, Cd, Cu, Ga, Ge, Hg, In, Pb, S, Sb, Se, Sn, Te, Tl и Zn.

Халькофильные элементы - это те элементы, которые остаются на поверхности или близко к ней, поскольку они легко соединяются с серой и некоторые другие халькогены, кроме кислорода, образующие 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 в виде сильно нерастворимых сульфидов. 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 в различных источниках считается «любящим халькоген».

Поскольку эти сульфиды намного плотнее, чем силикатные минералы, образованные литофильными элементами, халькофильные элементы отделились ниже литофилов в то время. первой кристаллизации земной коры. Это привело к их истощению в земной коре по сравнению с их солнечным содержанием, хотя, поскольку 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 контролирующей окислительно-восстановительной реакцией было окисление или восстановление водорода, менее металлические халькофильные элементы сильно истощены на Земле в целом по сравнению с космическими количествами. Это особенно верно для халькогенов селен и теллур (которые образовывали летучий селенид водорода и теллурид водорода, соответственно), которые для по этой причине они являются одними из самых редких элементов, обнаруженных в земной коре (чтобы проиллюстрировать, теллур лишь примерно так же богат, как платина ).

Большинство металлических халькофильных элементов (из групп меди, цинка и бора) могут в 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 природе, поскольку они часто встречаются в силикатах или родственных минералах и образуют довольно прочные связи с кислородом. В частности, галлий получают в основном из боксита, руды гидроксида алюминия, в которой ион галлия замещает 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 коксом и геохимической концентрацией 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 большое количество халькофильных элементов было поднято через плиту коллизии. Побочным эффектом этого в наше время является то, что самые редкие халькофилы (например, ртуть ) эксплуатируются настолько полно, что их ценность как минералов почти полностью исчезла.

Атмофильные элементы

Атмофильные элементы: H, C, N и благородные газы.

Атмофильные элементы (также называемые «летучими элементами») определяются как те, которые остаются в основном на или над поверхностью, потому что они находятся или встречаются в жидкостях и / или газах при температурах и давлениях, находящихся на поверхности. Благородные газы не образуют стабильных соединений и встречаются в виде одноатомных газов, в то время как азот, хотя и не имеет стабильной конфигурации для своих отдельных атомов, образует двухатомную молекулу, настолько прочную, что все оксиды азота термодинамически нестабильны по отношению к азоту и кислороду. Следовательно, с появлением свободного кислорода посредством фотосинтеза, аммиак окислился до молекулярного азота, который сформировал четыре пятых атмосферы Земли. Углерод также классифицируется как атмофил, поскольку он образует очень прочные множественные связи с кислородом в монооксиде углерода (медленно окисляется в атмосфере) и диоксидом 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, который присутствует в составной воде, также классифицируется как атмофил. 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 истощены 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

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-21 13:10:21
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте