ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 948
Скачиваний: 4
13. Состояния и формы нахождения элементов в природе. Современная геохимия в пределах Солнечной системы и Земли встречается с атомами, структура которых достоверна установлена. Поэтому поведение химических элементов в различных термодинамических условиях земной коры существенно зависит от формы их нахождения, а она определяется состоянием атома данного элемента в природных растворах, включениях, кристаллической решетке минералов и других.
В.И. Вернадский выделил главные четыре формы нахождения химических элементов в земной коре и на ее поверхности:
1. горные породы и минералы (твердые кристаллические фазы),
2. магмы,
3. рассеянное состояние,
4. живое вещество.
Каждая из этих форм отличается особым состоянием их атомов.
Существует и другое выделение форм нахождения элементов в природе, зависящие от конкретных свойств самих элементов. А.И. Перельман выделил подвижные и инертные формы нахождения химических элементов в литосфере. Согласно его определению, подвижная форма представляет собой такое состояние химического элемента в горных породах, почвах и рудах, находясь в котором, элемент легко может переходить в раствор и мигрировать. Инертная форма нахождения химического элемента представляет такое его состояние в горных породах, рудах, коре выветривания и почвах, в котором элемент в условиях данной обстановки обладает низкой миграционной способностью и не может или почти не способен переходить в раствор и мигрировать. Естественно, что формы нахождения элементов в реальной обстановке земной коры могут меняться, например, элемент может переходить от относительно инертной к подвижной активной форме существования.
И все-таки, после многочисленных и многолетних исследований можно констатировать, что основная форма нахождения элементов в земной коре связана с узлами кристаллических решеток, которые могут быть заняты как непосредственно главными элементами данного минерала, входящими в его химическую формулу, так и изоморфными примесями (не образуя самостоятельных кристаллических фаз).
14.типы миграций химических элементов. основные факторы миграции. Миграция - это процесс перемещения химических элементов в пространстве и во времени, приводящий к их концентрации или рассеянию. Факторы миграции подразделяются на внутренние и внешние.Внутренние факторы миграции определяются строением атомов. От них зависит способность элементов давать летучие, растворимые или инертные формы. К ним относятся:электростатические свойства ионов:ионный потенциал – отношение заряда иона к его радиусу, энергетический коэффициент ионов);свойства связи соединений, включая строение кристаллической решетки (определяют способность соединения противостоять разрушению);химические свойства соединений (это уже с учётом условий среды – например, более высокой устойчивости кислородных соединений в большинстве гипергенных обстановок);гравитационные свойства атомов (проявляются при кристаллизации, седиментации, выветривании);радиоактивные свойства.Внешние факторы миграции - ландшафтно-геохимические условия, определяющие поведение элементов в различных химических (окислительно-восстановительных, щёлочно-кислотных) обстановках:температура (в целом повышение ускоряет физико-химическую миграцию, а для некоторых видов миграции, например, биогенной, нужны определённые диапазоны температур);давление (повышение давления в равновесной системе приводит к изменению системы в сторону уменьшения объёма);степень электролитической диссоциации (зависит от соотношения свойств растворителя и растворяемого вещества, температуры раствора и его концентрации);концентрация водородных ионов, определяющая кислотность-щёлочность среды (pH);окислительно-восстановительный потенциал;поверхностные силы коллоидных систем (определяют масштабы селективной сорбционности);комплексы типоморфных ионов в почвах и водах (что такое типоморфные ионы – будет рассмотрено далее);геоморфологические факторы (рельеф);радиационные характеристики среды;жизнедеятельность организмов и техногенез – наиболее сложные по механизму влияния.Виды миграции (или формы движения материи) – выделяются в соответствии с различными уровнями организации вещества. Выделяются механическая, физико-химическая, биогенная и техногенная миграция.Механическая: перенос без преобразования вещественного состава. Определяется размерами минеральных частиц, их плотностью, скоростью движения среды, являющейся агентом переноса.).Физико-химическая: подчиняется физическим и химическим законам. Процессы диффузии, растворения, осаждения, плавления, кристаллизации, сорбции, десорбции и т.д. Подвиды – ионная миграция (в растворах), коллоидная, газовая и др.Биогенная: определяется деятельностью организмов. Взаимодействие между живым веществом и инертной материей Земли происходит в форме массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой. Подобные закономерные процессы миграции химических элементов, осуществляемые не под воздействием геологических факторов, а в результате жизнедеятельности организмов были названы В.И. Вернадским биогеохимическими. Здесь учёт лишь химических свойств элементов (валентности, ионных радиусов и др.) недостаточен. Здесь значительно большую роль приобретают информационные процессы (иногда не вполне корректно утверждают, что они только на этом уровне и появляются; но Вы уже знаете, что информация и управление существуют на всех уровнях организации вещества, только на добиологических уровнях их сложность и значение несравнимо ниже).Техногенная: связана с деятельностью человека. Освоение сырьевых ресурсов, хозяйственное использование сырья, значительные по масштабам перемещения вещества, создание веществ, не существующих в природе.
15.Влияние величины pH на миграцию элементов. Реакция среды (рН) в ландшафтах аридного климата слабощелочная или щелочная. При гидролизе породы образуется кремниевая кислота, однако она не может полностью нейтрализовать одновременно высвобождающиеся щелочные металлы. Органические соединения в аридных условиях при увлажнении быстро минерализуются, образуется мало органических кислот как промежуточных продуктов распада. В таких условиях происходит накопление освобождающихся при гидролизе и минерализации щелочных соединений, формируется щелочная реакция.В ландшафтах гумидного климата реакция обычно сильнокислая или слабокислая. Растения выделяют через корневую систему различные органические кислоты, которые не могут быть полностью нейтрализованы, поскольку в породе и опаде мало щелочных соединений. Кроме того, при промывном водном режиме часть щелочных соединений выносится за пределы ландшафта. Реакция поверхностных вод влияет на миграционную способность элементов и их соединений. Некоторые элементы могут мигрировать в кислой и щелочной среде (литий, натрий, калий, цезий, хлор, бром, йод). Слабокислые и кислые воды способствуют миграции кальция, стронция, бария, меди, цинка, кадмия, железа, кобальта, никеля, хрома трехвалентного, марганца двухвалентного). Щелочная реакция вод активизирует миграцию ванадия пятивалентного, хрома шестивалентного, мышьяка, селена, молибдена, кремния. По щелочно-кислотным условиям (величине рН) А.И.Перельман выделяет четыре класса вод ландшафта: 1) сильнокислые воды имеют рН 3. Они распространены широко, но, как правило, на небольших площадях. Кислотность таких вод обычно обязана окислению пирита и других дисульфидов, приводящему к образованию серной кислоты. В сернокислых водах легко мигрируют большинство металлов, в том числе железо, медь, алюминий, цинк и др. В вулканических районах известны и солянокислые воды. Большее распространение сильнокислые воды получили в техногенных ландшафтах. 2) слабокислые –это воды, рН которых колеблется от 3 до 6,5. Чаще всего их кислотность обусловлена разложением органических веществ, приводящих к поступлению в воду СО2, фульвокислот и других органических кислот. Если в горных породах мало подвижных сильных катионов, то кислотность нейтрализуется не полностью. И в почвах, и в коре выветривания господствует слабокислая среда. В таких водах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Подобные воды распространены исключительно широко в гумидных ландшафтах. 3) нейтральные и слабощелочные воды имеют рН от 6,5 до 8,5. Их реакция часто определяется отношением бикарбоната кальция к его карбонату или же бикарбоната к СО2. Эти воды менее благоприятны для миграции большинства металлов, которые осаждаются в форме нерастворимых гидроксидов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы, напротив, мигрируют сравнительно легко (кремний, германий, серебро, ванадий, уран, молибден, селен и др.). Такие воды особенно характерны для аридных ландшафтов, вод известняков и изверженных пород, морей и океанов. При разложении органических веществ в них тоже образуется СО2 и органические кислоты, которые, однако, полностью нейтрализуются СаСО3 и другими минералами кальция, а также магния, натрия, калия, которыми богаты почвы и породы. 4) сильнокислые воды с рН 8,5 обычно обязаны своей реакцией присутствию соды. В щелочных содовых водах легко мигрируют кремнезем, гуматы, молибден. Большая группа элементов, соединения которых трудно растворимы в нейтральной и слабощелочной среде, в содовых водах обладает высокой миграционной способностью, так как в этих условиях возникают карбонатные растворимые комплексы.