1. Практична робота.

ВИЗНАЧЕННЯ ВНУТРІШНІХ ФАКТОРІВ ФІЗИКО-

ХІМІЧНОЇ МІГРАЦІЇ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Метою роботи є вміння орієнтуватися серед безлічі відомих хімічних елементів; класифікувати біогенні елементи живої речовини за кількісним і фізіологічним критеріями; розраховувати напівкількісні характеристики фізико-хімічної міграції, пов’язані з фізико-хімічними властивостями елементів і їх функціонуванням у біосфері.

Теоретична частина

Постійний рух і пересування хімічних елементів у природі, періодично завершуючись циклом, є міграція. Міграція хімічних елементів є безперервною й охоплює всю біосферу. Закон міграції, сформульований В. І. Вернадським стверджує: «Міграція хімічних елементів у біосфері відбувається при особистій участі живої речовини (біогенна міграція), або ж відбувається в обстановці, геохімічні особливості якої (наявність 0₂, Н₂, карбон діоксиду) обумовлені живою речовиною — як тією, що тепер існує на Землі, гак і тією, що виникла протягом минулих геологічних епох».

Йонні радіуси визначають розчинність сполук, їх твердість, температури плавлення і кипіння, структуру й енергію кристаліч- пнх ґраток мінералів; від них залежать міграційні здатності, особливості поширення елементів. Згадайте, що величини радіусів закономірно змінюються у залежності від положення елемента в таблиці Д. І. Менделєєва: зі зростанням порядкового номера вони зростають у групах, а в періодах — зменшуються; за діагоналлю - мають близькі розміри (правило діагональних рядів О. Є. Ферс- мана); зі збільшенням заряду катіона - зменшуються; зі збільшен­ням заряду аніона - зростають. Роботами О. Є. Ферсмана встанов­лено, шо дальність міграції зростає зі збільшенням радіуса йона і мічного елемента.

Види міграції хімічних елементів представлені схемою:

Основними характеристиками цих видів міграції є:

с> — ^т

• показник механічної міграції И м~ , т/км², де т - річна

витрата завислих часток у створі водотоку, 5- площа басейну водотоку;

• біофільність для біогенної міграції;

• коефіцієнт технофільности для техногенної міграції Рт~

Ке

де ш_Е~ річний видобуток хімічного елементу; К_£ - кларк елементу в літосфері;

• зовнішні (і, Р,рН, ЕК) і внутрішні фактори для фізико-хімічної міграції.

До внутрішніх факторів відносяться:

а) форма перебування елемента і його хімічні властивості;

б) фактор електростатичних властивостей йонів, що мігру-

_2

ють, або показник Картледжа: ПК=1Д ’ (2.3)

де Е — заряд йона, И. - радіус йона, А;

в) енергетичні коефіцієнти для катіонної (ЕК )й аніонної (ЕК_ап) форм міграції:

ЕК_кат = ^ ^[0,^75(кі-К⁾,^2)], ЕК_ан = ^, _{(2 4)}

де Ж - валентність елемента (заряд йона); И. — радіус йона, А • Чим більшою є величина ЕК, тим меншою є віддаленість міграції йонів.

Величини йонних показників, або картлей поділяють усі хімічні елементи на 3 групи: І група — ПК<3 (катіони легко переходять до природних вод, комплексні йони не утворюються);

2. група - ПК = 3-12 (утворюються комплексні йони і погано розчинні гідролізовані сполуки);

3. група - ПК > 12 (утворюються добре розчинні аніони, напр., С0₃²' і комплексні оксигеновмісні йони).

Таким чином, хімічний характер йонів можна встановити за величиною потенціалу Картледжа.

Завдання

1. Відповідно до варіанту завдання (табл. 2.3) для йонів зазначених хімічних елементів, з огляду на величини їх радіусів БК (див. додаток №1), розрахувати, в залежності від форми пере­бування в літосфері (катіон або аніон), величини енергетичних коефіцієнтів (ЕК) і картлей (ПК).

Результати занести в таблицю (зразок табл. 2.2), розташував­ши йони в таблиці в порядку зменшення радіусів.

2. За величинами картлей встановити групу і форму пере­бування в літосфері даного йона; відзначити його положення на

графіку ПК = Ї(ТІ.) (рис. 2.2) відповідно до групи йонного показника (ПК).

Я, А 1	N ІІ оо о
	! гр /
	катіони Н g2y 11 гр.
1,0	(розчин) / Комплексні йони, осади.
	/ гідролізати
0.8 _	7 /фе2+ г/Кі=9.5
	Мі/ Амфоліти
0.6	_ / ^-'''Розчинні
	/ комплекси
0,4	/ 12
	/ ^—-—' тПгр.
0.2	с°з2
	— Оксигеновмісні аніони 1
	т р,

12 3 4 5 Т\

Рис. 2.2. Величини йонних потенціалів (ПК) і хімічний характер йонів (за В. О. Алексеєнко)

3. Встановити хімічний характер йонів у залежності від ПК: лужний, основний, амфотерний, комплексний, кислотний.

4. а) У графі 7, табл. 2.2 вказати стрілками напрямок зростання йонних радіусів і збільшення величин ЕК; б) зробити висновок щодо посилення міграційних властивостей йонів і віддаленості їх міграції. Порівняти ряди. У випадку невідповідності внесіть корективи і поясніть їх.

5. За табл. 2.1 встановити кларк даних елементів у живій речовині і співвіднести елементи за їх функціональністю до мікро-, макро- або ультра-мікроелементів (табл. 2.2, графа 8)

6. Визначити біофільність (КД даних елементів. Результати всіх завдань зафіксувати в таблиці.

Приклад виконання завдання

Розглянемо міграцію йонів №²⁺, Hg²⁺, Мо⁴⁺. Ці елементи можуть перебувати у вигляді вільних йонів; запишемо ці йони і їх радіуси (див. додаток №1) у табл. 2.2 у порядку зниження.

Таблиця 2.2. Результати розрахунків фізико-хімічних і біогенних характеристик йонів хімічних елементів у літосфері і