ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4364

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

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-

хож на 

Zr

. 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 

Zr

 

(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 


background image

 

237 

(

Fe, Mn

)

Ta

2

O

6   

(

Ta

2

O

40–81%),  микролитом 

NaCaTa

2

O

6

  (

Ta

2

O

  40,0  –79,7%) и 

воджинитом 

MnSnTa

2

O

 (

Ta

2

O

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

(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  (

Ca,  Mg, 

Ba, Sr

). Устойчивые анионные комплексы образует 

W

6+

Эндогенные концентрации  связаны с коревыми гранитными магмами, ха-

рактеризующимися перенасыщенностью глиноземом, высокой кислотностью, по-
вышенными содержаниями 

Sn, F, B

. 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 


background image

 

238 

континентальных  отложениях  –  каменных  углях,  рапе  соляных  озер,  морских, 
терригенных, иногда карбонатных отложениях, обогащенных 

Fe, Mn, C

 

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 

Mo

, 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.  


background image

 

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 

Cu

 и 

Ni.

 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. 


background image

 

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

 – 

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-