86. Геохимическая классификация элементов Гольдшмидта. Распространенность химических соединений в земной коре.

Гольдшмидт подразделил все элементы на группы в соответствии с устойчивостью различных типов их соединений в природе. В основу им были положены законы распределения элементов по трём принципиальным фазам метеоритов: силикатной (кислородной), сульфидной и металлической. "Эталоном", относительно к-рого классифицируются все элементы, является Fe - элемент с высокой распространённостью, входящий в состав всех принципиальных фаз метеоритов. Соответственно выделены: Литофильные элементы, обогащающие силикаты (О, Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Y, TR, Si, Ti, Zr, Hf, Th, U, Nb, Ta, W и др.); Халькофильные элементы, обогащающие сульфиды (S, Se, Te, As, Sb, Bi, Сu, Ag, Zn, Cd, Hg, In, Tl и др.), и Сидерофильные элементы, обогащающие металлич. фазу (Ni, Со, Р, С, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Mo). Ряд элементов с промежуточными свойствами попали в неск. групп: Ga, Ge, Sn, Nb, Ta, W. Кроме того, Гольдшмидт выделил дополнит. группы элементов: Атмофильные элементы, для к-рых характерно в условиях земной поверхности газообразное состояние и накопление в атмосфере (H, N, С, О, Cl, Br, J и инертные газы), и биофильные элементы, являющиеся гл. компонентами организмов (С, Н, О, N, P, S, Cl, J, В, Ca, Mg, К, Na, V, Mn, Fe, Сu). Повторение элементов в разных группах естественно, поскольку при выделении дополнительных групп использованы разные принципы. Эта классификация позволяет предсказать гл.тип хим. соединений элементов в природе и тем самым факторы, приводящие к их концентрации.

Из химических элементов наиболее распространены в земной коре кислород и кремний. Эти элементы вместе с элементами алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, водород и титан составляют более 99 % массы земной оболочки, так что на остальные элементы приходится менее 1 %. В морской воде, помимо кислорода и водорода — составных частей самой воды, высокое содержание имеют такие элементы, как хлор, натрий, магний, сера, калий, бром и углерод. Массовое содержание элемента в земной коре называется кларковым числом или кларком элемента.

Содержание элементов в коре Земли отличается от содержания элементов в Земле, взятой как целое, поскольку химсоставы коры, мантии и ядра Земли различны. Так, ядро состоит в основном из железа и никеля. В свою очередь, содержания элементов в Солнечной системеи в целом во Вселенной также отличаются от земных. Наиболее распространённым элементом во Вселенной является водород, за ним идёт гелий. Исследование относительных распространённостей химических элементов и их изотопов в космосе является важным источником информации о процессах нуклеосинтеза и об эволюции Солнечной системы и небесных тел.

87. Радиоактивность, радиоактивные элементы. Типы радиоактивного распада. Ряды радиоактивности.

 Радиоактивность – самопроизвольные превращения атомных ядер, сопровождающиеся испусканием элементарных частиц или более лёгких ядер. Ядра, подверженные таким превращениям, называют радиоактивными, а процесс превращения – радиоактивным распадом.      Радиоактивный распад возможен только тогда, когда он энергетически выгоден, т.е. сопровождается выделением энергии. Условием этого является превышение массы М исходного ядра суммы масс mi продуктов распада, т.е. неравенство

M >∑mi.

Радиоактивными элементами в строгом смысле являются все элементы, идущие в таблице Менделеева после свинца (включая висмут), а также элементы технеций и прометий. Следующие элементы содержат в природных смесях хотя бы один радиоактивный изотоп: калий, кальций,ванадий, германий, селен, рубидий, цирконий, молибден, кадмий, индий, теллур, лантан, неодим, самарий, европий, гадолиний, лютеций, гафний,вольфрам, рений, осмий, платина, висмут, торий, уран (в список не включены дочерние элементы из рядов урана и тория, такие как радий, радон и астат, а также образующиеся в атмосфере под действием космических лучей, такие как углерод-14).

Все элементы, идущие за ураном, называются трансурановыми элементами. Есть предположения, что некоторые далёкие трансурановые элементы могут быть не радиоактивными или, во всяком случае, иметь достаточно долгоживущие изотопы, чтобы присутствовать в природе.

Многие радиоактивные элементы имеют важное практическое значение. Уран и плутоний используют как делящийся материал в атомных реакторах и в ядерном оружии. Некоторые радиоактивные элементы применяют для изготовления атомных электрических батареек со сроком непрерывной работы до нескольких лет. Долгоживущие изотопы природных радиоактивных элементов используются в геохронологии.

Альфа - распад

Альфа-частицы испускаются только тяжелыми ядрами, т.е. содержащими большое число протонов и нейтронов. Прочность тяжелых ядер мала. Для того, чтобы покинуть ядро, нуклон должен преодолеть ядерные силы, а для этого он должен обладать достаточной энергией.  При объединении двух протонов и двух нейтронов в альфа-частицу ядерные силы в подобном сочетании (между нуклонами частицы) являются наиболее крепкими, а связи с другими нуклонами слабее, поэтому альфа-частица способна "выйти" из ядра. Вылетевшая альфа-частица уносит положительный заряд в 2 единицы и массу в 4 единицы.  В результате альфа-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент, порядковый номер которого на 2 единицы, а массовое число на 4 единицы, меньше.

То ядро, которое распадается, называют материнским, а образовавшееся дочерним.  Дочернее ядро оказывается обычно тоже радиоактивным и через некоторое время распадается. Процесс радиоактивного распада происходит до тех пор, пока не появится стабильное ядро, чаще всего ядро свинца или висмута.

Бета-распад

Явление бета-распада состоит в том, что ядра некоторых элементов самопроизвольно испускаютэлектроны и элементарную частицу очень малой массы - антинейтрино.  Так как электронов в ядрах нет, то появление бета-лучей из ядра атома можно объяснить способностью нейтронов ядра распадаться на протон, электрон и антинейтрино. Появившийся протон переходит во вновь образующееся ядро. Электрон, вылетающий из ядра, и является частицей бета-излучения.  Такой процесс распада нейтронов характерен для ядер с большим количеством нейтронов.  В результате бета-распада образуется новое ядро с таким же массовым числом, но с большим на единицу зарядом. 

Гамма - распад - не существует В процессе радиоактивного излучения ядра атомов могут испускать гамма-кванты. Испускание гамма-квантов не сопровождается распадом ядра атома. Гамма излучение зачастую сопровождает явления альфа- или бета-распада. При альфа- и бета-распаде новое возникшее ядро первоначально находится в возбужденном состоянии и, когда оно переходит в нормальное состояние, то испускает гамма-кванты (в оптическом или рентгеновском диапазоне волн).

Так как радиоактивное излучение состоит из альфа-частиц, бета-частиц и гамма-квантов (т.е. ядер атома гелия, электронов и гамма-квантов), то явление радиоактивности сопровождается потерей массы и энергии ядра, атома и вещества в целом. Доказательством того, что радиоактивное излучение несет энергию, является опыт, показывающий, что при поглощении радиоактивного излучения вещество нагревается.

Радиоактивные ряды (семейства) — цепочки радиоактивных превращений.

Выделяют три естественных радиоактивных ряда и один искусственный.

Естественные ряды:

Ряд тория (4n) — начинается с нуклида Th-232;

Ряд радия (4n+2) — начинается с U-238;

Ряд актиния (4n+3) — начинается с U-235.

Искусственный ряд:

Ряд нептуния (4n+1) — начинается с Np-237.

После альфа- и бета-радиоактивных превращений ряды заканчиваются образованием стабильных изотопов.

88. Миграция химических элементов в земной коре. Факторы миграции: давление и температура, значение показателя pH, буферные смеси, коллоидные растворы, химическое равновесие, окислительно-восстановительный потенциал.

МИГРАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

— их перенос и любое перемещение в результате геохим. процессов, протекающих в земной коре и на ее поверхности (сюда не относится механическая транспортировка терригенных компонентов). Понятие М. х. э. введено Ферсманом, количественное выражение миграционной способности в зоне гипергенеза дано Полыновым и для водной миграции уравнение выведено Перельманом. Факторы миграции: внутренние, зависящие от свойств самого хим. элемента (строение его атома, размер, валентность и т. п.); внешние — соотношение температуры, давления, состава среды (ее щелочность или кислотность, окислительно-восстановительная обстановка и т. п.). В зависимости от геохим. условий элементы способны изменять свою миграционную способность, но тем не менее можно говорить о вполне подвижных, подвижных и инертных элементах (Коржинский), понимая под подвижностью элемента произведение коэф. диффузии на максимальную концентрацию, достигаемую для данного элемента в изучаемом процессе. К элементам с очень высокой миграционной способностью относятся: Cl, Br, I, N, В, Ra, Na; с высокой — К, Са, Ge, U, Fe; со средней — Аl, Si, Mg, TR; низкой — Zr, Nb, Та, Sb; очень низкой — платиновые металлы. Качественно миграционная способность оценивается расстоянием выноса элемента из материнской п., градиентом падения его концентрации, его участие” в образовании м-лов разл. генезиса, летучестью или растворимостью его соединений. М. х. э. осуществляется в виде свободных атомов (инертные газы, пары ртути), в виде молекул [азот, кислород, пары воды, галоид-водородные кислоты, легколетучие галогениды — (неметаллов) при вулканических извержениях и т. п., в виде ионов (в растворах и в расплавах)] как простых, так и комплексных и, наконец, в виде коллоид, частиц (золи, илистые частицы и т. д.), т. е. миграция происходит в жидком, газообразном и твердом состоянии и приводит к перераспределению хим. элементов, к накоплению одних и удалению других, к их разделению и новым сочетаниям. М. х. э. имеет место во всех геохим. процессах и лежит в основе непрерывно протекающего круговорота веществ в природе