Особенности распределения химических элементов

Химические элементы в природе распространены крайне неравно­мерно. Первичная распространенность элементов на Земле представля­ет собой одну из проблем геохимии (и космохимии). Однако основная закономерность не вызывает споров: Вселенная состоит из одних и тех же элементов таблицы Менделеева, которая тем не менее пополняется все новыми и новыми элементами. Качественный состав элементов, та­ким образом, известен, а вот количественный состав элементов в зем­ной коре, в Земле в целом пока еще окончательно не определен.

В 1815 г. В. Филлипс, а позже Ж.Б. Эли-де-Бомон сделали попытку количественного определения элементов, однако наиболее существен­ная работа в этом направлении была проделана Ф.У. Кларком. В 1889 г. вышла его первая работа, где он подсчитал количество в земной коре 10 элементов. В 1924 г. в соавторстве с Г. Вашингтоном вышла вторая работа Кларка, в которой были вычислены средние содержания уже 50 элементов. Вычис­лением кларков занимались Г. Вашингтон, В.М. Гольдшмидт, Г. Хеве-ши, Ида и Вальтер

Закономерности распространения элементов на Земле.

1. В целом распространенность элементов падает от начала к концу таблицы Менделеева, но не плавно,

а скачками с «пиками» и «провала­ми». На рис. 8 сплошной кривой показана «средняя линия Ферсмана». Элементы выше средней линии (в пиках) Ферсман назвал избыточны­ми, а расположенные в провалах – дефицитными.

2. Преобладают легкие атомы; средний атомный вес земной коры 17,25.

3. По весовым кларкам наиболее распространенными элементами земной коры являются следующие

(по А.Е. Ферсману):

Эти 25 элементов составляют 99,95% массы земной коры; из них первые 9 элементов составляют целые проценты.

4. Кислород – абсолютно преобладающий элемент.

5. После Fe (№ 26) нет ни одного широко распространенного эле­мента; с Си (№ 29) начинается

«область малых величин».

6. Очень легкие элементы (Be, С, N) характеризуются низкой рас­пространенностью. Из тяжелых

элементов (ат. Вес > 119) повышенной распространенностью обладают Ва, La, Се, Nd, Gd, Pb, находящиеся на «пиках» логарифмической кривой (рис. 2.1).

7. Четные элементы распространены шире нечетных в 5 – 10 раз (за­кон Оддо – Гаркинса). Для первых

по распространенности 9 элементов: весовые кларки четных элементов (О, Si, Fe, Са, Mg) составляют 85,54%, а кларки нечетных (А1, К, Na, Н) лишь 13,02%.

8. Широко распространены элементы, атомный вес которых делится на 4 без остатка (гелио группы) –

закон Ферсмана кратности четырем. Такие элементы (О, Si, Са, Mg, Ti и др.) названы им элементами 4q, где q - целое число (табл. 2).

9. Отмечается периодичность в распространенности: через 6 номеров следует более распространенный

элемент О, Si, Са, Fe (см. рис. 2.1).

10. Элементы, имеющие числа протонов или нейтронов, равные 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126, названные

магическими или дважды магическими (с четным числом и протонов, и нейтронов) - самые распространенные.

Наши бытовые представления о распространенности элементов не всегда совпадают с реальными цифрами. Например, Zn и Си известны каждому и считаются распространенными, тогда как Zr и Ti в быту ме­нее известны. Однако циркония в земной коре почти в 4 раза больше, чем меди, а титана - в 95 раз; свинца меньше, чем галлия; скандия больше, чем серебра и пр.

О составе и содержании элементов в какой-то конкретной горной породе можно судить по средним содержаниям химических элементов (кларкам) в главных типах пород (изверженных и осадочных).

Табл. 2.1 Распространенность изотопов первых 28 элементов таблицы Д.И. Менделеева

(по А.А. Саукову)

Лекция № 3

Основи кристалохіміі. Енергія кристалічної решітки, методи її розрахунку