ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3902
Скачиваний: 7
236
в течение нескольких дней с образованием β и γ частиц. Используется в датчиках
нормального напряжения.
ГАФНИЙ
Пластичный, нетоксичный, редкий и рассеянный металл Не взаимодей-
ствует с кислотами (кроме
HF
) и щелочами. По своим химическим свойствам по-
. Имеет с ним одинаковые размеры ионов и полное сходство электрон-
ной структуры. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 33. Преобладают ста-
бильные изотопы
180
Hf
(35,10%),
178
Hf
(27,30),
177
Hf
(18,60),
179
Hf
(13,63%). Искус-
ственный
182
Hf
имеет период полураспада 9∙10
6
лет с β типом распада. Радиус
Hf
4+
– 84, атомный – 156,4 пм. Основная линия в атомном спектре – 202,818(АА) нм.
Кларк гафния в земной коре 5,3∙10
–4
% (2,4
.
10
-4
), почве – 1,8мг/кг, золе рас-
тений – 0,01 мг/кг, речных водах – 0,004 мкг/л.
Гафний по своим свойствам близок к цирконию. что приводит к их со-
вместной миграции в земной коре. Накапливается в минералах кислых гранитных
пегматитов. Известен минерал гафнон (69–75%
HfO
2
). Встречается совместно с
(близок по химизму) в силикатах (0,5-6,5%). Наиболее богаты щелочные сиенито-
вые породы (23 г/т), образуют устойчивые соединения с фтором. Относительно
большие содержания
HfO
2
обнаружены в бадделеите (до 3%), эвдиалите (2,1%),
эльпидите (до 4,7%). В цирконе обычные содержания гафния не превосходят
3,8%, однако известны редкие разновидности гафниевых цирконов, содержащих
элемент до 31%. Геохимический барьер – сорбционный.
Используется в высокотемпературных сплавах и керамике, контрольных
стержнях для атомных реакторов.
ТАНТАЛ
Редкий, мягкий металл. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 28.
Известно два стабильных изотопа:
181
Ta
(99,98%) и
180
Ta
(0,012%). Период полу-
распада искусственного радионуклида
182
Та
короткий с β и γ типом распада. Ра-
диус
Ta
3+
– 72,
Ta
4+
– 68,
Ta
5+
– 64, атомный – 143 пм. Основная линия в атомном
спектре – 265,327; 271,467 нм.
Кларк тантала в земной коре 2
.
10
–4
% (2,2
.
10
-4
) , почве – 2 мг/кг, золе расте-
ний – 1 мкг/кг сырого вещества.
Образует комплексы с анионами кремния, титана, циркония, олова. Для
нейтрализации танталовой кислоты используются ионы кальция, иттрия и ряда
редких земель. Элемент сохраняется в остаточном расплаве и распределяется в
типичных гранитных пегматитах и остаточных образованиях нефелиновой магмы,
богатых титаном.
В земной коре тантал, как и ниобий, относится к редкому элементу. В ми-
нералах, богатых танталом, возможно повышенное содержание урана. Элемент
образует слабую амфотерную кислоту, которая нейтрализует кальций. Тантал
представлен ионами
Ta
5+
,
[
TaO
3
]
-
. Минералы тантала формируются в магматиче-
ских расплавах и высокотемпературных водных растворах гранитных пегматитов
и щелочных пегматитов нефелин-сиенитовых магм.
Известно более 47 минералов тантала, из них 43 сложных оксида, 1 карбид,
1 боросиликат, 1 борат, 1 оксид. Основные минералы представлены – танталитом
237
(
Fe, Mn
)
Ta
2
O
6
(
Ta
2
O
5
40–81%), микролитом
NaCaTa
2
O
6
F
(
Ta
2
O
5
40,0 –79,7%) и
воджинитом
MnSnTa
2
O
8
(
Ta
2
O
5
70,5%). Получают главным образом как побочный
продукт при извлечении олова. Важнейшим источником
Ta
могут быть гранитные
пегматиты, щелочные породы.
Геохимические барьеры тантала: сорбционный, восстановительный се-
роводородный. Частично мигрирует в щелочной среде.
Суточное потребление с пищей – 0,001 мг. Токсичная доза 300 мг. Ак-
кумулируется в печени, костях, почках. Ведет себя как коллоид. Токсичен только
TaF
5
, а Ta
2
O
5
–4 класса опасности. Характерна высокая биологическая совмести-
мость, что используется хирургами при протезировании. Склонен к комплексооб-
разованию, особенно устойчивы они с фтором и органическими адендами.
Используется в электронике, производстве хирургических инструментов,
оборудовании для химической промышленности, ЭВМ, суперсплавах, керамике.
ВОЛЬФРАМ
Тугоплавкий металл. Устойчив к кислороду, кислотам и щелочам. Число
изотопов вольфрама с учетом ядерных изомеров 29. Наиболее распространен
184
W
(30,7%),
186
W
(28,6),
182
W
(26,3),
183
W
(14,28%).
Искусственные радионуклиды
имеют короткий период полураспада по β и γ типу. Радиус
W
4+
– 68,
W
6+
– 62,
атомный – 137,0 пм. Основная линия в атомном спектре – 202,998 нм.
Кларк вольфрама в земной коре 1,0∙10
–4
% (1,4
.
10
-4
), колебания в магмати-
ческих породах незначительны (в ультраосновных снижается до 1∙10
–5
, в кислых
повышается до 1,5∙10
–4
%), почве – 1,5 мг/кг, золе растений – 7∙10
–2
%, речных во-
дах – 0,03 мкг/л. ПДК водоемов 0,05 мг/л.
В природных условиях устойчив шестивалентный вольфрам, что опре-
деляет способность к сильной поляризации и образованию комплексного от-
рицательного иона. Он концентрируется в остаточной фазе гранитной магмы и
вместе с ее летучими попадает в дестиллят. Отмечается постоянное нахождение
вольфрамовых минералов среди пневматолитовых образований (высо-
котемпературных кварцевых жил, скарнов, грейзенов). Вольфрам образует лету-
чие соединения, что позволяет ему ассоциироваться с легкоподвижными литием,
висмутом, мышьяком. Формируются оксиды, гидраты, соли с
Fe, Mn, Pb, Ca, Cu.
Минеральных видов очень мало (около 15). Практическое значение имеют воль-
фрамит, шеелит, повелит.
Вольфрам, в основном, связан с кислыми гранитными дериватами, бо-
гатыми летучими соединениями и нередко генетически связан с оловянными ру-
дами, а также в местах контакта гранитных магм с известняками.
Вольфрам более растворим со щелочноземельными элементами (
). Устойчивые анионные комплексы образует
W
6+
.
Эндогенные концентрации связаны с коревыми гранитными магмами, ха-
рактеризующимися перенасыщенностью глиноземом, высокой кислотностью, по-
вышенными содержаниями
. Накапливается в продуктах остаточной кри-
сталлизации и выносится газогидротермальными умеренно кислыми растворами.
Устойчивость минералов вольфрама в экзогенных условиях определяет
возможность формирования россыпных месторождений. Накопление вольфрама
фиксируется и в осадочном процессе. Повышенные концентрации отмечаются в
238
континентальных отложениях – каменных углях, рапе соляных озер, морских,
терригенных, иногда карбонатных отложениях, обогащенных
Известно 28 минералов вольфрама, преобладают вольфрамиты (18).
Основное сырье: шеелит (
CaWO
4
), гюбнерит (
MnWO
4
), ферберит (
FeWO
4
),
вольфрамит [(
Fe, Mn
)
WO
4
]. Встречается в месторождениях различного генезиса.
Геохимический барьер кислородный. Слабо мигрирует в щелочной среде.
Содержание вольфрама в костной ткани 0,25∙10
–7
%, в крови – 0,001 мг/л.
Суточное потребление с пищей – 0,015 мг. Период полувыведения до 4 суток, из
костей – до 1100 суток. При норме положительно влияет на активность фермен-
тов. При высоких дозах блокирует активность
, снижает активность ферментов
дыхания и роста. В растениях токсичен при превышении нормы в 18 раз.
Используется в сплавах, нитях накаливания, для изготовления режущего
инструмента.
РЕНИЙ
Редкий, рассеянный металл. Устойчив к окислению. Растворим в азотной и
серной кислотах. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 34. Наиболее рас-
пространены стабильный
185
Re
(37,40%) и радионуклид
187
Re
(62,60%) c периодом
полураспада 4,5·10
9
лет по β типу, другие – с коротким периодом от часов до не-
скольких дней. Радиус
Re
4+
– 72,
Re
6+
– 61,
Re
7+
– 60, атомный – 137,0 пм. Основ-
ная линия в атомном спектре – 346,046 нм.
Кларк рения в земной коре – 4·10
–8
% (8
.
10
-8
).
Валентность рения в геохимии 4 (в сернистых соединениях), частично 7 (в
кислородных соединениях). Величина четырехвалентных ионов сближает рений с
молибденом, титаном, вольфрамом и осмием. Самостоятельных минералов не об-
разует. Соединения характеризуются большой летучестью. Накопление его веро-
ятно в сульфидной зоне, а снижение – в глубинных силикатных зонах и при про-
токристаллизации силикатов, богатых железом и магнием. Как летучее соедине-
ние накапливается в остаточных гранитных расплавах, уходит в пневматолиты с
молибденом и очень рано выпадает в геофазы образования пегматитовых минера-
лов (гадолинит). Значительно возрастает содержание рения в соединениях эрбие-
вых и иттербиевых земель. В сульфидных пневматолитах он накапливается лишь
при высоких температурах.
Многие соединения рения хорошо растворимы в воде, мигрируют и об-
разуют газовую фазу. Устойчивы халькогенинды рения. Основные и средние по-
роды содержат 0,3–10 мг/т Re, гранитоиды – 0,2–6, осадочные – 0,2–5 мг/т. Извле-
кается как побочный продукт очистки газов при выплавке молибдена.
Геохимический барьер рения – сорбционный. Период полувыведения 22
суток. Накапливается в щитовидной железе.
Растения-концентраторы – лебедовые.
Используется в нитях накаливания, термисторах и катализаторах.
ПЛАТИНОИДЫ
Платина – пластичный, благородный металл.
Устойчив к кислороду, воде.
Растворим только в царской водке и расплавах щелочей.
239
Число изотопов с учетом ядерных изомеров 36.
В природе распространены
стабильные
195
Pt
(33,8%),
194
Pt
(32,9),
196
Pt
(25,3) и радионуклиды
192
Pt
(0,79),
190
Pt
(0,01%) с периодами полураспада соответственно 10
15
и 6,9·10
11
лет c α типом
распада. Радиус
Pt
2+
– 85,
Pt
4+
– 70, атомный – 138 пм. Основная
линия в атомном
спектре – 204,937 нм.
Кларк платины в земной коре – 1·10
–7
% (5,7
.
10
-7
), гидросфере
0,1 – 0,3 мг/л,
почве 0,020 – 0,075 мг/кг
.
золе растений – 3,5 – 6,6 мг/кг. Кларк осьмия в земной
коре – 2
.
10
-7
%, иридия – 6,5
.
10
-8
%.
Платиновые металлы образуют две группы – легких (рутений, родий, пал-
ладий) с плотностью от 11.9 до 12.3 г/см
3
и тяжелых (осмий, иридий, платина) с
плотностью между 21.4 и 22.5 г/см
3
. Однако их распространение и миграция
сходны. Склонность переходить в высшие степени валентности убывает в каждом
ряде Периодической системы слева направо, аналогично группе железа. Для ру-
тения устойчиво соединение валентности 4, для родия – 3, палладия – 2, осмия – 6
и 8, иридия – 3 и 4, платины – 2 и 4.
Соли платиновых металлов мало устойчивы, легко переходят из одного со-
стояния в другое и прочны лишь самородные сплавы и некоторые соединения с
серой, мышьяком и сурьмой. Главная масса элементов платиновой группы нахо-
дится в самородном состоянии: самородной платины и осмистого иридия. В со-
стоянии атомного рассеяния платиноиды находятся в сульфидах, силикатах уль-
траосновных и основных пород.
В эндогенных условиях платина концентрируется в сульфидных медно-
никелевых месторождениях в процессе кристаллизационной или ликвационной
дифференциации магм (вкрапленные руды) или путем множественных инъекций
сульфидного расплава, возникшего в промежуточных магматических камерах
(массивные руды). В хромитовых месторождениях накопление платиноидов про-
исходит в результате последовательно проявленных сегрегационно- и ликвацион-
но-магматических и пневматолитово-гидротермальных процессов.
В гипергенных условиях минералы платиновой группы ведут себя стойко.
В процессе седиментации рассеиваются в осадочных породах. Возможно образо-
вание оксида палладия. В экзогенных процессах они устойчивы к химическому
выветриванию, накапливаются в аллювиальных и других россыпях. Платиноиды
содержатся в составе более 90 минералов. В самородном виде встречаются все
платиноиды, но наиболее часто платина. Твердые растворы платиноидов: изофер-
роплатина
Pt
3
Fe
(
Pt
– 90%), осмирид
Ir,Os (Ir
–65–80), иридосмин
Os, Ir (Os
– 50–
80), рустенбургит
Pt
3
Sn
, мончеит
PtTe
2
, брэггит (
Pt, Pd, Ni
)
S
(
Pt
– 32–58%). Из-
вестны основные соединения платины с
Fe, Ir, Os, Ru, Rd, Sn, Pb, Te, Bi, Sb, As
Руда разрабатывается при содержании
Pt
3–15 г/т из россыпей песка и по-
лучают как побочный продукт при очистке
Наибольшее содержание пла-
тиноидов в основных и ультраосновных породах (0,3–0,2 г/т). Способны к ком-
плексообразованию, особенно с гумусовыми кислотами почв.
Геохимический барьер – сорбционный.
В организме человека содержание платины в зубах – 0,008· 10
–6
%, сердце –
0,0007·10
–6
%, крови – 0,04 мкг/л. Суточное потребление с
пищей – 0,63 мкг. Пе-
риод полувыведения
32 суток.
240
Экспериментами установлено, что платина равномерно распределяется по
организму. Плохо всасывается в желудке. Активирует железосодержащие белки-
ферменты, ингибирует репликацию ДНК (противоопухлевой эффект) при сохра-
нении синтеза РНК и белков.
Используется
в ювелирном деле, фармацевтике, как катализатор.
ЗОЛОТО
Мягкий пластичный металл желтого цвета, устойчив к окислению. Число
изотопов золота с учетом ядерных изомеров 39. Распространен в природе изотоп
197
Au
(100%). Искусственных радионуклидов три:
195
Au
– (Т
1/2
= 186,1 дня),
198
Au
–
(Т
1/2
= 2,693 дня),
199
Au
– (Т
1/2
= 3,14 дня). Распад идет с выделением β и γ частиц.
Радиус
Au
+
– 137,
Au
3+
– 91, атомный – 144,2 пм. Основная линия в
атомном спек-
тре – 201,200 нм.
Кларк золота в земной коре – 0,11∙10
–6
% (3,5
.
10
-7
), золе растений –1∙10
–4
%,
речных водах
–
0,02 мкг/л.
В химии известны две валентности золота – 1 и 3. Характерна сильная по-
ляризация, а ионный радиус близок к радиусу серебра, что приводит к об-
разованию их сплавов в природе, отчасти с медью. Высокая плотность металла
приводит к накоплению золота в россыпях. Все свойства золота приводят к тому,
что оно механически распыляется и дает коллоидальные растворы. Для золота ха-
рактерно комплексообразование. Коллоидные растворы и органические соедине-
ния бактерицидны.
Главнейшие минералы редкого, но вездесущего золота: самородное со-
стояние, в соединении с металлами платиновой группы, сульфиды, теллуристые и
селенистые соединения.
Гранитная магма при охлаждении дает пегматитовый остаток и ряд вы-
сокотемпературных газовых выделений, которые пространственно отделяются от
гранита и по мере охлаждения дают начало погонам дестиллята, из которых для
золотого процесса характерны четыре:
– отщепление от эффузивных пород с накоплением теллура, селена и
серебра;
– высокотемпературные отщепления типичных кварцевых жил с суль-
фидами, кристаллизация которых начинается около 400–450
о
С и дает
наиболее типичные золотые месторождения;
– жильбертизация всего комплекса и образование кварцевых жил;
– в серии оловянных и вольфрамовых дестиллятов, следующих один
за другим, образуется особый тип шеелито-золотых жил.
В эндогенных условиях золото
имеет подкоровое происхождение, на что
указывает высокий кларк в мантийных породах основного ряда, а также близкий к
метеоритному (мантийному) изотопный состав
С, О
2
, S
, встречающихся в породах
и рудах. Месторождения связаны с гранитоидами (гранодиоритами и плагиогра-
нитами). Предполагается, что первоначально золото было привнесено в древние
бассейны осадконакопления глубинными растворами и расплавами, затем проис-
ходила его концентрация в коровых очагах гранитной магмы. При длительном
взаимодействии глубинных флюидных систем с золотоносными вмещающими
толщами происходит многократная перегруппировка. Золото обособляется в по-