Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Природные соединения тяжелых металлов представляют собой в основном сравнительно простые соединения. Часть из них (Fe, Mn,
Sn, Cr, W, Nb, Та, Th, U) преимущественно распространена в виде кислородных соединений, но зато многие другие элементы (Fe, Ni, Со, Zn, Cu, Pb, Hg, Mo, Bi, As, Sb, Ag и др.) встречаются главным образом в виде скоплений сернистых, мышьяковистых и сурьмянистых соединений.
В. М. Гольдшмидт указывает, что распространенность элементов в земной коре по мере увеличения их порядковых чисел (рис. 4) уменьшается. Это происходит большей частью по правилу: распространенность обратно пропорциональна 7-й—8-й степени порядкового числа. Однако бросаются в глаза отклонения для трех элементов: лития, бериллия и бора (фиг. 4), имеющих низкие порядковые числа 3, 4 и 5. Для некоторых элементов наблюдаются отклонения в сторону увеличения (железо с порядковым номером 26).
Порядковые номера элементов (Z)
Фиг. 4. Распространенность элементов в верхней части литосферы. По В. М. Гольдшмидту
На диаграмме даны логарифмы атомных концентраций (H) как функции порядкового номера (Z), причем кислород принят за единицу
Если сравнить распространенность химических элементов в земной коре в атомных кларках с числами минералов, в которые они входят, то, как указал П. П. Пилипенко, между ними, за небольшим исключением, устанавливается некоторая прямая (симбатная) зависимость. Это имеет место преимущественно для элементов, обладающих малыми атомными весами1:
Элемент
Атомный кларк
Число
Элемент
Атомный кларіч
Число
минералов
минералвв
О
53.39
1221
Fe
1.31
170
H
17.25
798
К
1.05
43
Si
16.11
377
С
0.51
194
Al
4.80
268
Ti
0.22
30
Na
1.82
100
Cl
0.10
67
Mg
1.72
105
F
0.07
50
Ca
1.41
194
Для многих тяжелых металлов подобная зависимость не устанавливается. Так, теллур, атомный кларк которого в земной коре примерно в 100 раз меньше, чем кларк селена, в природных условиях образует около 40 самостоятельных минералов, в то время как для селена их известно всего 28 и то главным образом в ассоциации с серой. Для цинка с атомным кларком, в 50 раз большим по сравнению с клар-ком свинца, мы имеем 26 минералов, тогда как для свинца — около 130 и т. д.
1 В число минералов не включены лишь разновидности, в которые данный элемент входит в виде изоморфной примеси.
Некоторые особенности распределения тяжелых металлов , 33
Указанные различия несомненно вызываются химическими свойствами самих элементов, обусловленными строением их ионов и определяемыми положением этих элементов в периодической системе Менделеева. Для элементов с одинаковыми свойствами, аналогичными строением и размерами ионов, но с различными концентрациями в данном растворе или расплаве, естественно ожидать, что при кристаллизации элементы с меньшей концентрацией будут входить в кристаллические решетки, образуемые господствующими элементами, как бы растворяясь в них. Если же данный элемент в окружающей среде не находит аналогичных себе по размерам и строению ионов других элементов, то, в каком бы количестве он ни присутствовал в растворе, при кристаллизации он должен образовать самостоятельное соединение. Весьма показательно, что двухвалентный марганец в главной своей массе входит в состав минералов в виде изоморфной примеси к двухвалентному железу и кальцию, но зато четырехвалентный марганец всегда образует явно индивидуализированные соединения. Этим же объясняется, что такие элементы, как рубидий — Rb, скандий — Sc, галлий — Ga, гафний — Hf, индий — In, рений — Re и др., обладающие низкими атомными кларками, в природе совершенно не образуют самостоятельных минералов, а находятся в рассеянном состоянии, присутствуя в виде изоморфной примеси к другим элементам. В значительной мере это относится и к таким, более распространенным элементам, как селен — Se, ванадий — V, цезий — Cs, кадмий — Cd и др. Наоборот, элементы с очень низкими атомными кларками — теллур, золото, группа платиновых металлов, висмут и др.— сравнительно часто устанавливаются в виде самостоятельных минералов.
Важно указать, что общее число природных химических соединений несравненно меньше, чем их можно получить искусственным путем. Число одних только неорганических соединений, получаемых в лабораторных условиях, выражается многими сотнями тысяч. В природе же известно всего лишь около 1700 минералов, включая и их разновидности. Это ни в коем случае нельзя объяснять слабой изученностью состава земной коры. За последние десятилетия число ежегодно открываемых новых минералов перестало превышать 20—30, несмотря на совершенствование методик и тщательность проводимых исследований. Возможности же синтеза искусственных соединений все более и более расширяются. Установлено, например, что элементы группы платины способны дать огромное количество самых разнообразных и сложных химических соединений, а в природных условиях известно буквально не больше трех десятков минералов, и то преимущественно в виде самородных металлов.
