ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3919
Скачиваний: 7
186
Вследствие амфотерности
Be
одинаково легко образует собственные минералы
как в существенно кислой среде, выполняя функцию типичного катиона, так и в
щелочной, где приобретает кислотную функцию заменителя кремния.
Известно 59 минералов бериллия: преобладают силикаты (34) и фосфаты
(12), мало боратов (3) и оксидов (7), арсенатов (2), карбонатов (1). В гипергенных
условиях образуются некоторые силикаты (сферобертранит, бериллит, туггупит),
арсенаты (беарсит) и гидрооксид (бехоит). Ведущие минералы берилла: берилл,
хризоберилл (александрит) и фенакит. Разновидности берилла известны как дра-
гоценные камни: изумруд, аквамарин, гелиодор, воробьевит, морганит и др..
Геохимические барьеры бериллия: сорбционный, карбонатный. Элемент
слабо подвижный в любой геохимической обстановке.
В организме человека содержится 11–36мкг бериллия, преимущественно в
легких, печени, селезенке, костях. Суточное потребление с пищей – 12мкг. Пери-
од полувыведения – 1040 суток, ускоряется комплексообразователями ЭДТА,
тримефацином. Высокие дозы токсичны. Свободно проникает в клетки всех тка-
ней.
Заболевания, вызванные избытком бериллия: лихорадка у литейщиков,
воспаление легких, бериллиевый рахит, остеосаркома.
Промышленные источники – люменисцентные лампы. Используется в
сплавах с
Cu
и
Ni.
БОР
Неметалл, встречается в нескольких аллотропных модификациях. Не
вступает во взаимодействие с водой, кислородом, кислотами и щелочами.
Число изотопов с учетом ядерных изомеров 6. В природе распространены
стабильные изотопы
11
B
(80,1%),
10
B
(19,9%). Радиус
B
3+
– 23, атомный – 831 пм. .
Основная линия в атомном спектре: 249,773 нм.
Кларк бора в земной коре 1,0∙10
–3
% (9
.
10
-4
), почве – 1∙10
–3
, золе расте-
ний – 4∙ 10
–2
%, речных водах – 10 мкг/л.
В геохимии известна валентность 3 с образованием комплексного аниона
[
BO
3
]
3–
со слабокислотными свойствами, легким гидролизом его солей и выпаде-
нием свободной
B(ОН)
3
.
Отсюда следует относительная трудность растворения
его солей, особенно кальция и магния, легкая вытесняемость другими кислотами
(угольной, серной). Мета- и ортобораты, фторид бора летучи. Ион [
BO
3
]
3–
имеет
форму плоского треугольника, сочетание которого в цепи и сетке дает структуры,
напоминающие вязи силикатов. В боросиликатах в качестве катионов встречают-
ся
Fe
2+
, Mn Ca, Mg, Pb, TR
и
др.
Миграция бора в гипергенной зоне имеет следующие особенности: об-
разуется устойчивый комплекс
В(ОН)
3
, соли этого комплекса с кальцием и магни-
ем трудно растворимы, но легко растворимы щелочные соединения. Отмечено
значительное накопление бора в термах и озерах, как дериватах поствулканиче-
ских борных эманаций, вместе с солями калия и натрия, а также в остаточных
рассолах отмирающих морей.
Бор – типичный комплексообразователь. Наиболее важным носителем это-
го элемента являются слоистые минералы (слюды, глинистые минералы). В про-
187
цессе кристаллизации увеличивается количество рассеянного бора в решетке ми-
нерала-хозяина. Этот процесс называется эндокриптией.
Известно 153 минералов, из них 114 – бораты и гидробораты. Генетически
минералы делятся следующим образом: в пегматитах – 20%, пневматолитах – 20,
осадочных образованиях – 60%. Бор почти отсутствует во всех щелочных нефе-
линовых породах, весьма редок в ультраосновных и основных. Бор в пневматоли-
тах накапливается в ранних их стадиях вместе с сульфидами и хлором.
Геохимические барьеры бора: сорбционный, щелочной, нейтральный.
Элемент подвижный в кислой среде. Индикаторы месторождений – пегматиты,
скарны. Поиски связаны с молодыми вулканическими выделениями, осадочными
породами химического генезиса.
В организме человека содержится 20мг бора, из них 40% в мышцах, 37 в
скелете. Поступает с борной кислотой и боросодержащими фармакопрепаратами.
Из естественных продуктов источниками являются бобовые, виноград, груши,
морковь, листовые овощи, орехи, пиво, яблоки. Суточное потребление с пищей –
1–3мг, с водой – 0,23мг. Период полувыведения – 11 суток, токсичная доза – 4г.
Бор стимулирует фотосинтез, синтез нуклеиновых кислот, регулирует ме-
таболизм углеводов, повышает активность ферментов. Ингибирует активность
оксиредуктаз микросом и протеолитическую активность ферментов поджелудоч-
ной железы и кишечника, улучшает синтез нуклеиновых кислот в костях
Заболевания, вызванные недостатком бора: гипоавитаминоз
D
, задержка
роста, повышение активности щелочной фосфатазы костей. Заболевания, вызван-
ные избытком: стерильность, задержка роста, анемия (в сочетании с дефицитом
Cu
и
Co
, избытком
Mo
). Отравления, вызванные бором: симптомы гастроэнтери-
та, гепатита, нефроза, отека мозга.
В растениях бор регулирует функционирование ауксина, цитокинов, гиб-
береллинов. Растения-концентраторы: багульник, береза, астрагал, молочай.
Используется для получения боросиликатного стекла, при производстве
синтетических моющих средств и ингибиторов горения.
УГЛЕРОД
Химически инертный неметалл. Число изотопов углерода с учетом ядер-
ных изомеров 8. В природе распространены
12
С
(98,90%),
13
С
(1,1%) и следы
14
С
с
периодом полураспада 5730 лет с β типом распада. Радиус углерода ковалентный
77, при двойной связи – 67, тройной – 60,
С
4–
– 260 пм. Основная линия в атомном
спектре: 283,671; 426,726; 723, 642 нм.
Кларк углерода в земной коре – 4,8∙10
-2
% (2
.
10
-2
), почве – 0,4, золе расте-
ний – 0,5 %, речных водах – 6,9 мг/л (
С
орг
).
Известно 189 минералов углерода неорганического происхождения и 28
органического. Основные соединения: известняк, уголь, природный газ, нефть,
графит, алмаз.
Геохимические барьеры углерода: биогеохимический, сорбционный. Ак-
тивно мигрирует в любых условиях.
Основные диагностические поисковые признаки
.
Алмаз
следует искать в
жильных и трубчатых образованиях ультраосновных пород или в россыпях, обра-
зованных их разрушением. Спутники: агат, халцедон, пироп и др.
188
Графит
образуется в разных генетических условиях: в древних свитах
гнейсов, в пегматитах щелочных магм, среди мрамора, при воздействии на угли
изверженных пород.
Поиск
угля
и
нефти
проводится на основе геологических, палеогеогра-
фических и тектонических данных. Нефть может проявлять себя по газовым вы-
ходам, наличию грязевых вулканов, по химизму нефтяных вод (
),
по наличию ванадия.
Углеводородные газы
накапливаются в районах дислокаций в областях
нефтяных месторождений, битумов;
угольная кислота
- в районах молодых вул-
канов, реже в теплых магматических термах.
Практическое значение имеют следующие соединения углерода: угле-
кислота и соли угольной, щавелевой и других кислот, соединения циана и родана,
ископаемые смолы, парафины, нефть, битумы, углеводородные газы, угли, алмаз,
графит, карбиды, карбонаты
Ca, Mg, Zn, Pb, Fe, Co
. Угольная кислота геохимиче-
ски связана с двумя процессами: непосредственным выделением
СО
2
из охла-
ждающихся магм (ювенильная
СО
2
) и вытеснением из карбонатов более сильны-
ми кислотами в глубинах.
Геохимические барьеры углерода: биогеохимический, сорбционный. Ми-
грация активна в любых условиях.
В организме человека содержится 16кг углерода, из них 40% – в мышцах и
37% – в скелете. Суточное потребление с пищей – 300г. Период полувыведения 37
суток. Является структурной основой органической материи.
Используется для получения кокса, сажи, активированного угля.
АЗОТ
Азот относится к неметаллам. Образует множество органических и неорга-
нических соединений. Число изотопов азота с учетом ядерных изомеров – 8: пре-
обладает
14
N
(99,63 %) и
15
N
(0,37 %). Долгоживущие изотопы отсутствуют. Пери-
од полураспада
13
N
9,97 мин. Радиус атомный – 71 пм. Основная линия в атомном
спектре 399,50 нм (АА).
Кларк
азота
в земной коре 25∙10
–4
% (2
.
10
-3
), почве 0,1–5 %, золе расте-
ний – 20 %, в речных водах – 1 мг/л. Молекулярный азот (
N
2
) инертный из-за
тройной химической связи и самой высокой энергетической связи среди газов -
940,5 кДж/моль: для перевода азота в атомарное состояние необходима темпера-
тура 3500˚С и высокое давление.
Азот известен в природе в виде комплексных кислородных ионов, редко –
в виде [
NH
4
]
+
или [
SCN
]. Соли этих ионов известны лишь как современные обра-
зования, за исключением селитры
.
Самыми важными природными соединениями
являются соли [
NO
3
] в сочетании с
K
и
Na
, которые относятся к растворимым и
подвижным, Фиксируются в условиях сухого пустынного климата.
Известно 42 минерала азота, из них 10 нитратов и 10 сульфатов.
Основные диагностические поисковые признаки селитры: проводится ис-
следование современных отложений в местах аридного климата. Геохимические
барьеры: биогеохимический, сорбционный. Активный мигрант.
В организме человека содержится 2,1 (1,8) кг азота. Суточное потребление
с пищей – 13–16г, является составной частью белков. Наиболее токсичные среди
189
азотистых соединений цианиды, меньше – оксиды азота, нитраты, нитриты. Ок-
сид азота образуется при сжигании горючего в двигателях самолета, который
разрушает озон. Период полувыведения 90 суток
Используется в производстве удобрений, кислот, пластмасс, взрывчатых
веществ и т.д.
КИСЛОРОД
Кислород является чрезвычайно реакционноспособным неметаллом, жиз-
ненно необходимым парамагнитным элементом. Образует оксиды с элементами,
за исключением инертных газов.
Число изотопов с учетом ядерных изомеров 8. Известно 3 стабильных изо-
топа
16
O
(99,76 %),
17
O
(0,048 ) и
18
O
(0,20 %). Радиоактивные изотопы ко-
роткоживущие (
15
O
имеет Т
1/2
122 с). Радиус
О
+
– 22,
О
2–
– 132, ковалентный (про-
стая связь) – 66
пм. Основная линия в атомном спектре – 844,636 нм.
Кларк кислорода в земной коре 47,4% (46,5), гидросфере –
85,9 %, живом
веществе – 70 %, почве – 0,2 мг/кг, золе растений – 1 мг/кг.
Кислород в свободном состоянии проникает в глубины гидро- и лито-
сферы. Граница проникновения его геохимически очень важна и отделяет две об-
ласти геохимических образований. Особое значение она имеет для сульфидов,
определяя наличие особой зоны цементации и выше ее – железной шляпы.
Известно 2730 минералов кислорода, из них 850 силикатов (кварц и др.).
Сырьевые ресурсы не ограничены. Основной источник – сжиженный воздух. В
воде зимой растворено 4мг/л, летом – 6мг/л.
Геохимические барьеры: окислительный, органогенный. Относится к ак-
тивным мигрантам.
В организме человека содержится 43кг кислорода. Суточное потребление с
пищей – 2600г у мужчин, 1800г – у женщин. Период полувыведения
– 14 суток.
Токсичная доза
– 300мг. Используется для биологического окисления в свобод-
ном и связанном виде. Экологически значим недостаток кислорода. Норма кон-
центрации озона в воздухе производственных помещений 100мкг/м
3
, при концен-
трации его в количестве 120мкг/м
3
– человек теряет работоспособность при физи-
ческой нагрузке, при 160 – ухудшается функция легких, при 200мкг/м
3
– появля-
ются раздражение в горле и кашель. Среднесуточная концентрация озона в неза-
грязненных районах 20–60мкг/м
3
. В загрязненных районах количество
О
3
увели-
чивается в приземном слое. Озон защищает атмосферу от ультрафиолетового из-
лучения. Разрушают его атомы хлора в составе фреонов и
NO
.
Кислород в организме человека подобен электричеству в электроприборах,
а антиоксиданты (витамины
С, Е, А
и др.) не дают сжечь его, выполняя роль за-
щитных кожухов от постоянно образующихся его свободных радикалов.
Используется кислород для выплавки стали, при резке металлов, в химиче-
ской промышленности.
ФТОР
Неметалл. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 7. Наиболее распро-
странен стабильный
19
F
(100 %). Период полураспада искусственных радио-
190
нуклидов происходит в течение часов с β и γ типом распада. Радиус
F
–
133, кова-
лентный 58 пм. Основная линия в атомном спектре 685,603 нм.
Кларк
F
в земной коре – 9,5∙10
-2
% (6,4
.
10
-2
), почве – 2∙10
-2
, золе растений –
1∙10
-3
%, речных водах – 0,1 мг/л.
Известно 134 минерала фтора, из них 58 силикатов, 26 фторидов. Основной
минерал – флюорит (
CaF
2
), фторапатит [
Ca
5
(PO
4
)
3
F
], криолит [
Na
3
AlF
6
]. Взаимо-
действует даже с инертными газами (
XeF
2
). В свободном состоянии молекула га-
за
F
2
не взаимодействует с
O
2
. При окислении сульфидных минералов осаждается
с гидроксидами железа. Замещает гидроксильные группы.
Радиус иона фтора близок ионному радиусу кислорода и гидроксил-иона,
поэтому в сложных комплексах может их замещать. Фтористые соединения труд-
но растворимы, поэтому флюориды резко отличаются от солей других галоидов и
начинают кристаллизоваться в более ранних геофазах остывания постмагматиче-
ских процессов. Криолит выпадает при температуре около 350
о
C пегматитового
процесса, а флюорит кристаллизуется в интервале от 400 до 150
о
C. Повышенное
содержание фтора обнаружено в ряде термальных источников. В известняках
фтор осаждается кальцием (
СаF
2
).
Геохимические барьеры: органогенный, испарительный. Подвижен фтор в
любой геохимической обстановке.
Месторождения фтора преимущественно эндогенные. Обнаруживается в
районах щелочных гранитов и их контактных зон, в пневматолитах и горячих
термах, отдаленных от очагов гранитов до 2–3 км. Извлекается попутно из апати-
тов и фосфоритов. Индикатор поиска природного криолита и флюорита.
В организме человека содержится 4,6г. Суточное потребление с пищей –
1,5–1,8мг. Всасывается 60–97% фтора поступившего в желудочно-кишечный
тракт. Источники фтора среди продуктов питания в порядке убывания: крупа пер-
ловая (1,15мг/кг), гречневая (1,08), пшено (0,97), мясо птицы (0,9), творог (0,823),
хлеб (0,76), картофель (0,54), капуста и морковь (0,5мг/кг). Период полувыведе-
ния до 1000 суток. Токсичная доза – 20–80мг, летальная – 2г.
Фтор концентрируется в зубах и костях– до 4г, мышцах – до 6мг, коже –
13мг, хрящах – 200мг/кг, крови – 0,3мг. Фтор может быть конкурентом иода в
синтезе гормонов щитовидной железы. С возрастом содержание
F
в костях увели-
чивается. Всасывание улучшается соляной кислотой, фосфатами, сульфатами,
Fe
3+
тры кристаллизации апатита в костях, инициирует минерализацию, но не преду-
преждает переломы. Может замещать в щитовидной железе
Заболевания, вызванные недостатком фтора: фтороз, кариес, остеопороз,
ухудшение роста, заживления ран и переломов, иммунодеффицит с хроническим
тонзиллитом и аденоидами.
Заболевания, вызванные избытком фтора (при концентрации в питьевой
воде 1,5–5мг/л или 0,1–0,5ммоль/л): флюороз зубов, у детей ранняя дифференци-
ровка скелета, у взрослых – сочетание остеосклероза с остеопорозом и остеомаля-
цией; остеохондроз и спондилез, кифоз, обызвествление связок, желчекаменная
болезнь и мочекаменная болезнь, прогерия.