Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Однако в природных условиях случаи образования одним и тем же элементом катионов и анионов очень редки Кроме серы, такой способностью обладают лишь селен и теллур (фиг. 9). Вообще жь подавляющая масса химических элементов встречается в соединениях либо в виде катионов, либо в виде анионов.
Из геохимической таблицы элементов (фиг, 9) легко видеть, что элементы групп I—V всегда образуют только катионы, а анионы известны для элементов VI и VII групп и изредка для водорода (в комплексе NH4). Эти геохимические особенности элементов всегда важно иметь в виду.
Некоторые элементы образуют ионы нескольких валентностей, например: V3+, V4+; V5+ (а в искусственных соединениях также V2+); Mn2+ Mn3+ и Mn4+ (в искусственных соединениях, кроме того: Mn6+ и Mn7+); Fe2+, Fe3+ (в искусственных соединениях также: Fe6+ и Fe8+) и т. д.Элементы этих ионов располагаются в середине таблицы (фиг. 9). Строение их атомов таково, что для образования устойчивых ионов с 8-электронной наружной конфигурацией им приходится отдавать значительное количество электронов, для чего требуется и значительный расход энергии. Последнее очевидно не всегда осуществимо, так как эти
1 Характерно, что и другие элементы середины периодической системы, встречающиеся в природе только в виде наиболее устойчивых ионов с 8-электронной внешней оболочкой, в лабораторных условиях способны давать ионы разных валентностей, например (фиг. 9): Nb5+, а искусственно также Nb3+ и Nb4+; а затем Mo6+, а искусственно, кроме того, Mo2+, Mo3+, Mo4+ и Mo5+ и т. д. Этим в значительной мере объясняется, почему число минералов несравненно ниже числа искус-ственно получаемых химических соединений.
элементы в природе распространены в виде ионов менее симметричной конфигурации (число электронов в наружной оболочке отличается от восьми). В химических соединениях, а стало быть, и в кристаллических решетках эти разновалентные ионы ведут себя не одинаково.
Группа редких земель TR (№ 57—71), как мы уже указывали, характеризуется тем, что прибавляющиеся электроны достраивают так называемую N-обо-лочку, третью от периферии. Среди шестого периода таблицы элементов она образует как бы самостоятельную маленькую периодическую систему. Весьма интересно то, что все эти элементы, теряя два внешних электрона и один электрон из второй оболочки (фиг. 9), становятся устойчивыми трехвалентными ионами, содержащими 8 внешних электронов, т. е. подобно благородным газам. В прямой связи с этим находится то, что ионы этих элементов удивительно сходны друг с другом по своим химическим свойствам, в минералах всегда встречаются совместно и при химических анализах чрезвычайно трудно отделимы друг от друга. То обстоятельство, что они встречаются вместе, позволило довольно точно изучить количественные соотношения распространенности их в земной коре, включая сюда и близко родственный им иттрий (№ 39). При помощи рентгеноспектрального анализа минералов установлено следующее закономерное явление: элементы с четным порядковым числом (фиг. 10) встречаются в значительно большем количестве, чем элементы соседние с ними с нечетным порядковым номером, причем наиболее распространены элементы с меньшими порядковыми числами: Ce и Nd'.
Последний период системы элементов Д. И. Менделеева обнимает замечательные по своим свойствам неустойчивые радиоактивные элементы, которые по строению атомов не отличаются от элементов V и VI периодов системы (за исключением группы редких земель и элементов правого конца таблицы). На существе радиоактивных превращений мы остановимся позже. Здесь же лишь укажем, что искусственным путем были получены новые «трансурановые» элементы: нептуний—Np (№ 93), плутоний — Pu (№ 94), америций (№ 95) и кюрий (№ 96). Все они вместе с ураном образуют аналогичную TR самостоятельную маленькую систему (актиниды).
Совершенно особыми свойствами обладают элементы, следующие за Ni, Pd, и Pt, так называемые купроионы, с 18-электронной наружной оболочкой (фиг. 9). Построение новой группы электронов происходит вновь в самой наружной оболочке (Hs 29—35, 47—53 и 79—85). Характернейшей особенностью этих элементов является то, что устойчивые катионы в наружной оболочке имеют 18 электронов (среди благородных газов мы не знаем атомов с подобной конфигурацией электронов). Для самой меди, кроме катиона Cu1+, существует также ион Cu2+, т. е. атом ее в природных условиях способен терять еще один электрон. Для элементов крайних правых колонок известны слабо распространенные в природе анионы. В целом все эти элементы представляют как бы самостоятельные полупериоды в IV, V и Vl периодах менделеевской системы. Особенности строения наружной электронной обо-
дО-Ю
20¦IS
10-10
57 58 53 60 61 62 63 6Ї65 66 67 68 69 70 71 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Но Er Ta YU Cp
Фиг. 10. Распространенность лантанидных элементов
1 Для запоминания названий некоторых редких земель полезно привести данные о происхождении их. Значительное количество новых элементов было открыто в минералах одной пегматитовой копи Иттерби (близ Стокгольма в Швеции). Отсюда произошли такие названия: иттербий —Yb (Ns 70), тербий —Tb (№ 65), эрбий — Er (№ 68), а также иттрий — Y (№ 39). В прежних руководствах распространено название дидим — Di, но позже было доказано, что под этим названием скрываются два элемента, которым были даны несколько похожие названия: неодим—Nd (№ 60) и празеодим —Pr {Ns 59). Название европий —Eu (№ 63) дано по стране света, тулий — Tu (Ns 69) — по старому скандинавскому названию Швеции и Норвегии, самарий — Sm (№ 62)—по минералу самарскиту (названному так в честь ^полковника Самарского); элемент гадолиний —Gd (№ 64), также впервые открытый в самарските, назван в честь минералога А. В. Гадолина.
