Физико-химические свойства элементов в процессе водной миграции.

Наиболее важное значение имеют размеры атомов и ионов, их валентность, ионный потенциал и электроотрицательность.

Размеры атомов и ионов определяют в значительной мере миграционные способности металлов. Так, чем больше радиус ионов, тем эта способность слабее. Чем меньше разница между радиусами реагирующих ионов, тем более труднорастворимые соединения они образуют.

Соотношения размеров ионного радиуса и валентности обусловливают кислотные и основные свойства элементов (рис. 4). Отношение валентности к ионному радиусу называется ионным потенциалом.

Электроотрицательность элементов представляет собой энергию притяжения атомом валентных электронов при соединении его с другими атомами. Иными словами, она характеризует меру степени ионности – ковалентности связей.

Ионная связь наблюдается при взаимодействии атомов, когда один из них перетягивает от другого электрон. В результате один становится анионом, а другой – катионом. Между разнозаряженными ионами устанавливается электростатическая связь. При этом затрачивается энергия, называемая потенциалом ионизации.

Ковалентная связь возникает между атомами и сопровождается образованием ионов (отдачей или приобретением электронов). Электроны (холостые) спариваются и находятся в поле и того и другого атома.

С.Р. Крайнов [31] по ионному потенциалу и электроотрицательности классифицирует элементы следующим образом (табл. 8).

1. Катионогенные элементы с электроотрицательностью менее 600 кДж/моль.

2. Элементы-гидролизаторы, которые по формам миграции в водах являются по существу комплексообразователями. Их электроотрицательность 600-1100 кДж/моль. Водная миграция этих элементов в зависимости от Eh-pH среды может происходить как в катионной, так и ионной формах. Они могут обладать также и амфотерными свойствами.

3. Анионогенные элементы с электроотрицательностью более 1100 кДж/моль.

Классификация элементов, приведенных в табл. 8, носит несколько условный характер, показывая тенденцию элементов к катионности или анионности. Концентрации отдельных компонентов, значения Eh, рН и других параметров могут сильно изменять состояние элементов и их поведение в воде. Это явление хорошо видно на рис. 5.

Таблица 8

Физико-химнческне параметры элементов

Элемент	Валентное состояние W	Радиус ионов Ri. 10 нм	Ионный потенциал W/R,	Электроотри-цательность, кДж/моль
Катионогенные элементы (преобладающие состояния Меn+)
Li	1 +	0,68	1,47	523
Na	1 +	0,98	1,02	495
К	1 +	1,33	0,752	419
Rb	1 +	1,49	0,671	406
Cs	1 +	1,65	0,606	377
Ca	2 +	1,04	1,92	574
Sr	2 +	1,20	1,67	523
Ba	2 +	1,38	1,45	481
Элементы-комплексообразователи 8-электронные или с малым числом d-электронов (преобладающие состояния Men+, MeFnm-, Ме(СO3)nm-, МеОНnm-)
Mg	2 +	0,74	2,7	733
Be	2 +	0,34	5,89	880
Al	3 +	0,57	5,26	921
Sc	3 +	0,83	3,62	837
Y	3 +	0,97	3,1	670
La	3 +	1,03	2,88	615
Ce	3 +	1,02	2,94	688
Ce	4 +	0,88	4,55	837
Прочие редкоземельные элементы	3 +	0,80-1,0	3,0-3,75	636-800
Ti	4 +	0,64	6,25	1046
Zr	4 +	0,82	4,88	837
Nb	5 +	0,66	7,6	1005
Та	5 +	0,66	7,6	900
18-электронные (преобладающие состояния Men+ , МеInm-, NeBrnm-, МеС1nm-, Me(SO4)nm-, Me(HS), МеОНnm-, Me(CO3)nm-)
Сu	1 +	-		750
Сu	2 +	0,80	2,5	984
Ag	1 +	1,13	0,89	733
Аu	1 +	1,37	0,73	880
Аu	3 +	0,85	3,5	960
Zn	2 +	0,83	2,41	860
Cd	2 +	0,99	2,02	816
Hg	2 +	1,12	1,78	900
Pb	4 +	0,76	5,26	1025
Pb	2 +	1,26	1,59	733
Bi	3 +	1,20	2,5	816
Переходные (преобладающие состояния Men+ , МеОНnm, Me(SO4)nm и др.)
Мn	2 +	0,91	2,2	720
Мn	3 +	0,70	4,29	1090
Fe	2 +	0,80	2,5	774
Fe	3 +	0,67	4,48	1020
Элемент	Валентное состояние W	Радиус ионов Ri 10 нм	Ионный потенциал W/R,	Электроотрицательность, кДж/моль
Аниогенные элементы образующие простые анионы А- и анионы с кислородом МеOnm- (элементы с малым числом электронов, 8-электронные и тяготеющие к ним переходные элементы)
B	3 +	0,21	14,29	1215
C	4 +	0,20	20,0	1550
Si	4 +	0,39	10,26	1130
N	5 +	0,15	33,3	1883
Р	5 +	0,35	14,3	1340
V	5 +	0,60	8,83	1320
S	6 +	0,30	20,0	1610
Se	4 +	0,69	5,8	1047
Se	6 +	0,35	17,14	1486
W	6 +	0,65	9,23	1050
Fe	7 +	0,07	100,0	2553
CI	7 +	0,26	27	1925
Br	7 +	0,39	17,9	1780
I	7 +	0,50	14	1570
Образующие анионы с кислородом МеОnm- и серой MeSnm- (18-электронные элементы)
Ge	4 +	0,44	9,1	1100
As	5 +	0,47	10,6	1270
Sb	5 +	0,62	8,06	1180