Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
В. Оствальд вспоминал, как учитель С. Аррениуса профессор П, Т. Клеве 16 с возмущением спросил его однажды: «Но ведь это бессмыслица — допускать вместе с Аррениусом, что в растворенном хлористом натрии хлор и натрий отделены друг от друга?»17. Борьба за новую теорию была упорной. По словам С. Аррениуса, «это были действительно страшные времена для противников, „дикая орда ионистов“ бушевала на великом поле битвы в химии, и никто не мог оказать ей сопротивления»18. Теория электролитической диссоциации стала не только одной из основ физической химии, она привела к перестройке аналитической химии, оказала огромное влияние на другие разделы химии, на физику, биологию, науки о Земле. «Так как растворы играют преобладающую роль в органической и неорганической природе,— писал С. Аррениус,— то она (теория электролитической диссоциации. — А. П.) дала важные объяснения относительно труд-
is П. Т. Клеве (1840—1905) — известный шведский химик. В честь его назван миперал клевеит — разновидность уранинита, богатая редкими землями.
17 Цит по кн: Соловьев Ю. И., Фиеуровский Н. А. Сванте Аррениус (1859—1927). М.: Т1зд-во АН СССР, 1959, г. 69.
18 Там же.
ных вопросов физиологии, гидрографии п геологии, а все показывает, что применение ее в этих отраслях знания приведет еще к бесчисленным успехам»19. Этот прогноз ученого вскоре оправдался. Огромное значение ионная концепция приобрела и в геохимии.
„ Если в конце XIX в. предполагалось, что в узлах кристаллической решетки минералов находятся свободные атомы, то уже в начале XX в. рентгеновский анализ показал, что в узлах решетки большинства минералов располагаются все те же попы, которые после работ С. Аррениуса химики хорошо изучили в растворах; Ионы характерны и для магмы.
Основоположником ионной концепции в геохимии был норвежский ученый Виктор Мориц Гольдшмидт (1888—1947). А. Е. Ферсман назвал его. властителем дум минералогов и геохимиков начала XX столетия. Вспоминая свою встречу с ученым в Дании на берегу моря, А. Е. Ферсман приводит следующие слова В. М. Гольдшмидта: «А для меня здесь другая проблема: твердый известняк берега, море и воздух — три компонента, две фазы, две свободы в правиле равновесия Гиббса; это перед нами не просто камень, вода и газ, это величайшее уравнение природы, в котором принимает участие несколько десятков различных заряженных электрических частиц. Для нас разгадка природы — только в законах сочетаний этих атомов и ионов, они управляют всем миром; в едином неразрывном взаимодействии вещества и энергии рождается окружающий нас мир»20.
В пачале 20-х годов В. М. Гольдшмидт сделал Гениальное . открытие, введя в геохимию новый параметр — размер атомов и ионов. Правда, и раньше ученые не сомневались, что атомы и ионы имеют физические размеры, однако они не использовались для объяснения процессов, протекающих в земной коре. Исходя из различных предпосылок, В. М. Гольдшмидт в 1926 г. вычислил размеры большинства простых ионов (Са2+, Na+, 02~ и т. д.) и показал, что для вхождения химических элементов в кристаллическую решетку минералов решающее значение часто имеют не «х химические свойства, а именно размер, атомов и иопов.
19 Цит. по кн.: Соловьев Ю. И., Фигуровский II. А. Сванте Арре-.пиус (1859-1927). М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 97.
20 Ферсман А, Е. Воспоминания о камне. М.: Изд-во АН СССР, 1958, с. 57,
Так, два родственных минерала — ортоклаз (KAlSi3Os) и анортит (CaAl2Si208) — относятся к группе полевых шпатов. В ортоклазе часто обнаруживается примесь металла бария. Казалось бы, барий — химический аналог кальция — должен был скорее встречаться в анортите. Однако здесь дело не в химических свойствах, а в раз-
О
мерах ионов. Радиус иона кальция 1,06 А (1 ангстрем = = 10~10 м) слишком мал, и большой ион бария не может замещать его в решетке при образовании минерала. Наоборот, у бария и калия ионы по размерам близки (1,43
О
и 1,33 А) и прекрасно умещаются в одном кристалле.
С этих новых, кристаллохимических позиций J3. М. Гольдшмидт объяснил распределение элементов во многих минералах. Благодаря близким величинам радиусов ионов становились попятны ассоциации в минералах ниобия и тантала, циркония и гафния, рубидия и таллия и т. д. На основании величин ионных радиусов появилась возможность предсказывать совместное нахождение элементов в горных породах и рудах. Значение идей В. М. Гольдшмидта было исключительно велико — они определили главное направление в развитии геохимии на ближайшие годы.
Крупнейший вклад в развитие иоиной концепции внес А. Е. Ферсман. С учетом свойств ионов он строил общую теорию физико-химической миграции элементов в земной коре. В трудах А. Е. Ферсмана этот вопрос получил новое глубокое толкование: он объединил учение о радиусах ионов и их валентности в единую геоэнергетическую теорию, которую, к сожалению, не успел завершить.
Ученый ввел понятие об энергетической характеристике ионов, которая в основном определяется •размерами радиусов (R) и заряда (FF — валентность ионов). Для анионов п ыаловалентных катионов им была установлена простая функция, названная эком (энергетическим коэффициентом);
