17.Охарактеризуйте самостоятельные минеральные виды как природную форму нахождения химических элементов.

Под формой нахождения химических элементов понимаются системы различных относительно устойчивых химических равновесий этих элементов.

В верхней твердой оболочке Земли – литосфере самостоятельные минеральные виды являются наиболее распространенной косной природной формой нахождения химических элементов. В настоящее время насчитывается около 2000 видов минералов различных комбинаций и нахождений в самородном состоянии. Наибольшее число минералов (свыше 1500) образовано при участии кислорода. Более 1000 минералов содержит водород и более 500 – кремний. Еще 16 элементов (Са, S, F, Аl, Na, Mg, Cu, Pb и др.) входят в состав более чем 100 минералов (каждый).

Именно твердые минералы представляют собой среду, в которой и за счет которой развивается основная масса живых организмов материков. При этом составляющие их химические элементы становятся доступными для организмов либо в процессе, либо после разрушения минералов. В связи с этим при изучении экологической геохимии большое значение имеет не только состав минералов, но и их прочность и особенно растворимость. К числу важнейших, с точки зрения экологии, надо относить и такие свойства, как радиоактивность, тепло- и электропроводимость, цвет.

Существует довольно много классификаций минералов. Среди них наибольшее распространение получили кристаллохимические, учитывающие свойства минералов, их химический состав и внутреннюю структуру.

Особенности МИНИРАЛОВ . Во-первых, сочетания некоторых минералов создают в каждом регионе соответствующий минералого-геохимический фон, который не только определяет многие условия существования организмов, но часто контролирует и их видовое разнообразие. Во-вторых, доступность для живых организмов химических элементов, составляющих минералы, зависит от свойств этих минералов, от их устойчивости в слоях биосферы.

19. Как связаны основные свойства минералов с кристаллохимическими показателями?

Энергия кристаллических решеток-этот показатель характери­зует (вместе с другими факторами) ряд свойств минералов и осо­бенностей их образования. К их числу относятся следующие:

1. В диссоциированных расплавах, растворах и флюидах последо­вательность кристаллизации минералов следует за понижением энер­гии их кристаллических решеток. Такая тенденция прослеживает­ся как в целом — от высокотемпературных эндогенных процес­сов к низкотемпературным экзогенным, так и при последователь­ности кристаллизации минералов в определенном процессе (маг­матическом, пневматолито-гидротермальном и т.д.).

В целом можно сделать сле­дующий очень важный вывод:

Элементы с небольшими величинами ЭК в результате геохими­ческой эволюции постепенно становятся все более определяющи­ми в низкотемпературных геохимических процессах, протекаю­щих в биосфере.

2 . В группах минералов, имеющих одинаковое кристаллическое стро­ение и сходную формулу, с возрастанием энергии решетки (и следо­вательно, с увеличением значений ЭК и ВЭК составляющих ее ионов) увеличивается твердость этих минералов.

3. Растворимость соединений в целом согласуется с уменьшением энергии их кристаллических решеток.

4. По мере перехода от высокотемпературных процессов к наиболее распространенным в биосфере экзогенным (т.е. по мере увеличе­ния роли ионов с небольшими величинами ЭК) происходит закономер­ная эволюция окраски образующихся минералов от черных и темно-коричневых к белым и бесцветным.

Химическая связь в кристаллических решетках. От типа химической связи завиисят и некоторые свойства минералов. Именно в этом аспекте и рассмотрим ее особенности.

• Для минералов с ионной связью характерны небольшой удель­ный вес, хорошая растворимость в воде, сравнительно высокие температуры плавления, малая летучесть.

• Кристаллы с атомной (ковалентной) связью отличаются проч­ностью решеток, относительной твердостью, высокой температу­рой плавления и малой летучестью.

•У большинства минералов с металлической связью в решетках вы­сокая электро- и теплопроводность и относительно большая твердость

Ионные радиусы. Часто этот кристаллохимический показатель является, при прочих равных условиях, определяющим для ряда свойств минералов.

• С увеличением радиусов ионов повышается растворимость соединений, составленных этими ионами, и при этом понижают­ся их твердость, прочность, температуры плавления и кипения.

• При наличии в составе минералов крупных комплексных ани­онов наиболее устойчивыми являются соединения с катионами, имеющими большой ионный радиус. Среди крупных анионов обычно в биосфере преобладают Si0₄⁴, S0₄², Р0₄³.

• Минералы, представляющие собой сочетание крупных ани­онов с небольшими катионами (в природе это обычно происхо­дит при вхождении в кристаллическую решетку молекул воды), от­личаются повышенной растворимостью, хотя и легко подвергают­ся обезвоживанию. Оба эти процесса характерны для биосферы, а примером соединений может быть [Ni(H₂0)₆]S0₄.

Явление поляризации в крсталлических решетках. Поляризация ионов, образующих минералы, часто осложняет расчет свойств со­единений, которые (свойства) определяются в основном размера­ми ионных радиусов.

•При поляризации уменьшаются межузловые расстояния в решет­ке. Это приводит к явлениям, разобранным при уменьшении ве­личины ионных радиусов.

• Энергия решеток увеличивается со всеми вытекающими из это­го последствиями. К ним относится и такое важное, как умень­шение растворимости соединений.

• Увеличивается электрическая проводимость минералов.

• В ряде соединений (например, соли Age Br и J) усиливается фо­тохимическая чувствительность.

• Поляризация также способствует переходу от ионных соеди­нений к промежуточным, атомным, молекулярным и металличе­ским.

• Уменьшается прозрачность и увеличивается цветность минера­лов, усиливается металлический блеск.