Примеры решения задач

Пример 1. Используя данные таблицы 1, рассчитайте мольное соотношение атомов кислорода и кремния в земной коре.

Решение. Как видно из таблицы 1, массовые кларки кислорода и кремния в земной коре равны 47,0 и 29,5 %(мас.) соответственно. Атомные массы кислорода и кремния равны 16 и 28 соответ­ственно. Количество молей атомов кислорода и кремния в 100 г земной коры определяется следующим выражением:

n = m/А,

где n – количество молей;

m – масса элемента в 100 г земной коры, г;

А – молярная масса атомов кислорода, г/моль.

В соответствии с этим количество молей кислорода n_O и кремния n_Si составит:

n_о = 47,0/16 = 2,9 (моль);

n_Si = 29,5/28,1 = 1,1 (моль).

Искомое соотношение равно:

n_o/n_Si = 2,9/1,1 = 2,6.

Ответ: мольное соотношение атомов кислорода и кремния в земной коре равно 2,6.

Пример 2. Определите содержание кислорода и кремния в % (мас.) в нефелине – K[AlSiO₄]. Сравните полученные результаты с данными, приведенными в таблице 1.

Решение. Массовое содержание W_э [% (мас.)] элемента в минерале, в частности нефелине, определяется следующим выражением:

W_э=,

где m_э – общая масса элемента в молекуле;

М_неф – молекуляр­ная масса нефелина.

Значение М_неф определяется суммированием атомных масс всех составляющих данную молекулу элементов с учетом стехиометрических коэффициентов:

М_неф = 1 • A_K + 1 • A_A1 + 1 • A_Si + 4A_O = 39 + 27 + 28 + 64 = 158.

Тогда содержание кислорода и кремния в %(мас.) будет равно:

Полученные значения 40 и 18 % (мас.) отличаются от соответствующих значений, приведенных в таблице 1, поскольку, по определению, кларк есть среднее содержание элемента в зем­ной коре, тогда как в задаче определено содержание элементов в конкретном минерале.

Ответ: содержание кислорода и кремния в нефелине составляет 40 и 18% (мас.) соответственно.

2. Минералы и горные породы

Химические элементы в земной коре находятся преимущественно в виде химических соединений. Однородные по составу и строению природные химические соединения или однородные структуры, возникающие при различных химических и физико-химических процессах в земной коре, принято называть минералами. В земной коре минералы встречаются в твердом, жидком и газообразном состояниях. Основную массу составляют твердые минералы. Каждый минерал характеризуется внутренней однородностью, определенными физическими свойствами и признаками, по которым его можно от­личить от других минералов.

В природе минералы находятся чаще всего в виде комплексных минеральных агрегатов – горных пород, образующих самостоятельные геологические тела более или менее постоянного минералогического и химического состава. В настоящее время известно около 3000 минералов, и ежегодно открываются все новые их разно­видности. Однако, лишь около 100 минералов имеют сравнительно большое практическое значение, и только 30 из них могут быть отнесены к породообразующим минералам. В таблице 2 представлено ориентировочное содержание главных породообразующих минера­лов земной коры.

В зависимости от условий образования горные породы принято делить на три главные группы: магматические, осадочные и мета­морфические. Магматические породы возникают при затвердева­нии магматического расплава на поверхности или в глубинах земной коры. При этом образуются глубинные (интрузивные) и поверхностные (эффузивные) породы. Осадочные породы образуются путем отложения материала разрушенных или растворенных гор­ных пород любого генезиса как на суше, так и в море. Осадочные породы залегают слоями. Метаморфические породы формируются путем преобразования магматических или осадочных пород в глубинах земной коры под воздействием высоких температур и давлений.

Таблица 2. Породообразующие минералы земной коры

(до глубины 16 км, по Г.Шуману, 1957)

Главные породообразующие минералы	Содержание в земной коре, %(мас.)	Наиболее типичные минералы групп
Полевые шпаты и фельдшпатоиды	60	Ортоклаз – K[AlSi3O3]
		Альбит – Na[AlSi3O8]
		Анортит – Ca[AlSi3O8]
		Лейцит – K(AlSi2O8]
		Нефелин – K[AlSiO4]
Пироксены и амфиболы	16	Авгит – Ca(Mg,Fe)[Si2O6,]
		Диопсит – CaMg[Si2O6]
Кварц	12	Кварц – SiO2
Слюды	4	Биотит – K(Mg,Fe)3(OH,F)2[(Al,Fe)Si3O10]
		Мусковит – KAl2(OH)2[AlSi3O10]
Прочие минералы	8	–

Верхний слой земной коры (до глубины 16 км) на 95% сложен из магматических пород. Осадочные породы составляют лишь 1% от массы этого слоя земной коры, метаморфические породы – 4%.