Grupy pierwiastków, chemia, Geochemia


Grupy pierwiastków - wydzielone ze względu na ich cechy geochemiczne

Pierwiastki lotne

Pierwiastki semi-lotne

Pierwiastki główne

Metale przejściowe

Pierwiastki silnego pola

Metale szlachetne

Pierwiastki śladowe grupy litowców i wapniowców

Pierwiastki ziem rzadkich i podobne

Pierwiastki szeregu promieniotwórczego uran - tor

PRAWA KRYSTALOCHEMICZNE GOLDSCHMIDTA

1. Pomiędzy dwoma jonami diadochia możliwa jest gdy ich promienie jonowe różnią się od siebie mniej niż 15%.

2. Z dwóch diadochowo zastępujących się jonów mających równy ładunek, jon, który ma mniejszy promień, będzie łatwiej wchodził do sieci krystalicznej minerału.

3. Z dwóch jonów o tym samym promieniu, lecz różnym ładunku, łatwiej wchodzi do sieci jon z wyższym ładunkiem.

Częstość występowania pierwiastków (molowo) w krzemianach Ziemi

99.1% to O, Mg, Si, Fe, Al, Ca.
Jeśli uwzględnić jądro Ziemi to dojdzie jeszcze Ni i ewentualnie S. Reszta to pierwiastki śladowe.

Klark

Klark - przeciętna częstość występowania pierwiastka w konkretnym środowisku np. klark ziemski, klark skał magmowych, klark wagowy, klark atomowy (ilość atomów konkretnego pierwiastka na 100 atomów wszystkich pierwiastków w tym środowisku)

Pierwiastki główne - węgiel

Podstawowy budulec materii ożywionej (na naszej planecie!), fundament struktury związków organicznych. Odmiany alotropowe: grafit, diament, karbin, fullereny (sadza = bezpostaciowy węgiel, koks, węgiel drzewny są różnymi formami grafitu o większym lub mniejszym uporządkowaniu i wielkości kryształów). karbin - atomy węgla w tej odmianie tworzą ze sobą długie łańcuchy - dwa rodzaje, o podwójnym i mieszanym wiązaniu. (naprzemiennie pojedyncze i podwójne) - w naturze w kraterze meteorytowym w Niemczech.
Fullereny - sferyczne układy atomów węgla zbudowane z kilkudziesięciu atomów węgla. Podejrzewa się występowanie takich struktur w przestrzeni kosmicznej.

Węgiel - temperatura topnienia (ok. 3700°C).

W temperaturach pokojowych charakteryzuje się słaba reaktywnością. W wysokich temperaturach reaguje bezpośrednio z większością pierwiastków. W wierzchniej warstwie skorupy ziemskiej (litosfera, hydrosfera, atmosfera) zajmuje pod względem występowania ok. 14

miejsca (procenty wagowe).

Żaroodporność i dobre przewodzenie

Postać węgla, zwana węglem aktywnym cechuje się dużą zdolnością adsorpcyjna - zastosowanie w filtrach.

Pierwiastki główne - krzem

Pierwiastek półmetaliczny - po raz pierwszy wyizolowany w 1823 przez szwedzkiego chemika Jonsa Jakoba Berzeliusa.

Półprzewodnik.

Duża reaktywność - nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym; w pokojowych temperaturach - bardzo obojętny, wiąże się tylko z fluorem; w wyższych temperaturach reaguje z wieloma metalami, azotem, chlorem i tlenem atmosferycznym.

Praktycznie nierozpuszczalny we wszystkich kwasach - wyjątek, mieszanina kwasu azotowego i fluorowodorowego; łatwo rozpuszcza się w gorących ługach tworząc krzemiany. kamień dający ogień - krzemień.

Zawartość w skorupie ziemskiej wynosi około 28%. Najważniejsze związki to krzemiany (szczególnie litowców i berylowców), oraz SiO2,

Otrzymywanie - przez redukcje krzemionki magnezem, glinem, węglem lub węglikiem wapnia.

Pierwiastki lotne

Pierwiastki lotne - wysoka prężność par i niska temperatura wrzenia

Gazy szlachetne - zapełnienie ostatniej powłoki implikuje chemiczna obojętność i lotność

Duży promień atomu - oprócz He - stad trudno o miejsce w sieci krystalicznej.

Stężenie - zwykle podawane w STP cm3/g - (standard temperature and pressure: 273 K i 0.1 MPa; 1 cm3/g =4.46 × 10-5 mol/g).

Czynniki kontrolujące rozpuszczalność w krzemianach: ciśnienie, skład stopu, promień atomu.

Rozpuszczalność w krzemianach - zwykle 10-4 do 10-12 STP cm3/g (czyli 10-1 do 10-9 ppm). Głównie siły van der Waalsa.

Azot - mimo, że nie jest gazem szlachetnym może się podobnie zachowywać bo ma b. silne wiązanie N-N w azocie molekularnym (N2) - dlatego jest go dużo w atmosferze. Tworzy wiązania kowalentne - w stopie dominuje w formie jonu amonowego podstawiając K+, lub jest transportowany jako fazy

  1. łatwo rozpuszczalna w roztworach wodnych

  2. lotna podobnie/wraz z N2. W roztworach wodnych jon amonowy jest szybko utleniany do azotanów dominując wraz N2 - w warunkach egzogenicznych nowe porcje jonu amonowego powstają rozkładu związków organicznych (białek) a te powstają w roślinach w wyniku asymilacji głównie azotanów rozpuszczonych w wodzie - stad deficyt azotanów w wielu naturalnych środowiskach glebowo -wodnych.

Pierwiastki semi-lotne

Pierwiastki semi-lotne - są albo same w czystej postaci cieczą lub faza gazowa (Cl, Br) albo tworzą związki lotne (niemal zawsze dominują SO2 lub CO2 a pozostałe pierwiastki tej grupy towarzyszą im w śladowych ilościach, których stężenie jest kontrolowane przez warunki fizykochemiczne (np. stężenie SO2 zależy od ƒO2). ƒ - fugacity - lotność.

Rozpuszczalność siarczków w krzemianach (stopie) jest mała, stop jest zwykle bogaty w metale chalkofilne (Fe, Ni, Cu), krystalizują siarczki.

Zawartość CO2 w stopie zwykle przekracza jego stężenie (rozpuszczalność w krzemianach jest ograniczona), jest funkcja ciśnienia. Zmiana ciśnienia:

  1. małe stężenia - ucieczka CO2-H2O,

  2. duże stężenia wysoki stosunek CO2/H2O, CO2- tworzy fazę ciekła - krystalizacja węglanów gł. CaCO3 (karbonantyty) - częste w strefie ryftu wschodnioafrykanskiego.

Względna częstość występowania

Normalizacja

Względna częstość występowania - relative abundances

Normalizacja - dzielenie stężenia w badanym materiale przez stężenie w skale „wzorcowej” zwykle w chondrycie najbardziej reprezentatywnej dla stężeń składników nielotnych klasy CI.

PZR (REE) - nierozpuszczalne, niemobilne, także podczas metamorfizmu - informacja o

protolicie, hydrogeochamia oceanu

Pierwiastki silnego pola (high field strength (HFS) elements) - wysoki ładunek jonu, 4+

(Zr, Hf, Th, U), 5+ (Ta, Nb), +6 (U). Promienie jonowe (ionic radii) od 64 pm (Nb5+ i

Ta5+ do 76 pm Hf4+). Ich podstawienie wymaga zwykle co najmniej 2 innych jonów (ze względu na wysoki ładunek) a zwykle nie ma na to miejsca (ze względu na ich przeciętne, odpowiadające innym kationom, rozmiary) - jest to energetycznie trudne od utrzymania. Średnio niedopasowane - Zr i Hf,

Silnie niedopasowane - ....,

Tworzą w większości wiązania kowalencyjne

Wysoki potencjał jonowy implikuje nierozpuszczalność stąd niemobilność -

Zastosowanie: badanie pochodzenia starych (zmienionych) skał magmy strefy subdukcji -zubożenie w Ta i Nb - wniosek: magma powstaje częściowo z przetopienia skał osadowych uwodnionych, które ze wzgl. na słaba rozpuszczalność Ta i Nb są w nie ubogie.

Metale przejsciowe.

Chemia bardziej skomplikowana.

1 - minimum 2 stopnie utlenienia

2 - wyższa elektroujemność niż litowce i wapniowce - duża rola wiązania kowalencyjne

(np. S); wiązania w tlenkach i krzemianach są nadal jonowe, orbital d jest silnie kierunkowy co implikuje preferencyjna geometrie anionów koordynacyjnych czy ligandów.

Rozpuszczalność - zwykle słabsza niż litowców i wapniowców - bardzo zmienna i zależy od stopnia utlenienie i obecności anionów z którymi mogą tworzyć rozpuszczalne kompleksy koordynacyjne.

Kompatybilność - bardzo zmienna, w warunkach magmowych bardzo zależna od składu magmy stopu i faz krystalicznych:

Generalnie:

-średnia wysoka kompatybilność: Ti, Cu, Zn

-wysoka kompatybilność: Cr, Ni, Co

Syderofilne i/lub chalkofilne - wyjątek Mn

Metale szlachetne

Złoto i pierwiastki grupy platyny (Rh, Ru, Pd, Os, Ir, Pt). Generalnie nie wchodzą w reakcje tworząc trwałe fazy metaliczne.

Silnie syderofilne - m.in. stad rzadkie, ich stężenie w chondrytach jest 100 większe niż w krzemianowej frakcji Ziemi - prawdopodobnie ich główny zbiornik na Ziemi to jądro Ziemi.

Nieco chalkofilne - najbardziej Ir, najmniej Pt i Au - roztwory (stopy) siarczkowe są wzbogacone w metale szlachetne w stosunku do faz krzemianowych.

Pierwiastki Grupy Platyny (PGE - platinum group elements)

subgrupa Ir (Ir, Os, and Ru) -w chromitach (Fe, Mg)Cr2O4 jako roztworach stałych, w skałach ultramaficznych jako naturalne stopy z metalami rodzimymi i w siarczkach (np. Stillwater Complex of Montana),

subgrupa Pd (Rh, Pd, Pt) - asocjacje z magmowymi siarczkami Fe, Ni, Cu w gabrach

(np. Sudbury Complex of Ontario).

Inne formy występowania: kompleksy chloride and other halide - znaczenie złożotwórcze

Stopnie utlenienia - od +1 do +8,

Orbital d wpływa na wiązania

Tlenki Os i Ru na wysokich stopniach utlenienia są silnie lotne.

Facje geochemiczne

Tendencje do utrzymywania odpowiednich zakresów warunków fizykochemicznych i koncentracji lub usuwania pewnych grup pierwiastków.

Dobrym wskaźnikiem facji geochemicznych jest stopień utlenienia i postaci występowania żelaza i manganu.

Środowiska wodne - Klasyfikacja R. A. Bernera (1981)

- tlenowe - >10-6 mola O2 w wodach porowych - Fe3+ - hematyt goethyt, Mn4+ - brak subst. org.,

- beztlenowe - <10-6 mola O2 w wodach porowych - Fe3+ - Mn2+,

- siarczkowe, H2S >= 10-6 mola (piryt, markasyt, alabandyn Mn S), materia org.,

- nie siarczkowe, H2S < 10-6- mola

Środowiska morskie - Klasyfikacja Pustowałowa

siarkowodorowa

syderytowa

szamozytowa

glaukonitowa

utleniona

znaczenie historyczne, ale ciągle stosowana.

Facja siarkowodorowa

- izolowane, głębokie zbiorniki morskie (M. Czarne) - a wlew wód morskich poprzez otwarcie cieśniny Bosfor w czasie biblijnego potopu - wody morskie mogą jeszcze nawet nie być dobrze przemieszane. Obecność siarkowodoru - brak wolnego tlenu - nagromadzanie szczątków organicznych, warunki silnie redukujące.

Redukcja siarczanów do siarkowodoru, uwalnianie siarki z cysteiny i metioniny - anaerobowe bakterie siarkowe, Fe2+ i inne metale wytrącają się w siarczkach, substancje bitumiczne, łupki bitumiczne z siarczkami (cześć złóż miedzi LGOM).

Facja syderytowa

- CO2 - materia org. utleniana, brak wolnego tlenu, wytracenie syderytu FeCO3, bitumiczne łupki syderytowe

Facja szamozytowa

- koloidalna krzemionka - mała ilość substancji organicznej, warunki redukcyjne, Fe2+, wytrącają się glinokrzemiany warstwowe żelaza (szamozyt i turyngit - chloryty), krzemianowe oolity = rudy żelaza.

Facja glaukonitowa, Facja utleniona

Facja glaukonitowa - obecny wolny tlen, Fe2+ i Fe3+, pow. osadu jest zwykle granicą red/oks, glaukonit (potas, magnez, rubid, lit), fosforyty (gł. fosforan wapnia).

Facja utleniona - dużo wolnego tlenu - Fe3+ cześć Mn4+, brak subst. org., koncentracje wanadu i arsenu.

Niezależnie do klasyfikacji Bernera i Pustowałowa można wyróżnić facje

-metanowe - subst. org., (Fe2+ i Mn2+, syderyt, wiwianit, rodochrozyt często w warunkach brakicznych),

-nie metanowe - mało lub brak materii org., Fe2+ i Fe3+, w procesie diagenezy mogą nast. zmiany szczególnie, gdy jest mat. org.

Środowiska lądowe - facje geochemiczne:

laterytowa

orsztynowa (bielicowa)

pustyniowa i facja słonych jezior

rud żelaza

węglowa

Facja laterytowa

- gorący klimat, opady sezonowe, pełna hydroliza glinokrzemianów - wietrzenie alitowe, środ. utleniające, pełne utl. mat. org., Fe3+, odczyn alkaliczny - ługowanie krzemionki, pozostają wodorotlenki glinu i żelaza, lateryt.

Facja orsztynowa (bielicowa)

- środowisko zakwaszone, rozpuszczenie wodorotlenków w górnej części profilu glebowego - względne wzbogacenie w SiO2 - bielica (wybielenie osadu), brak Fe, glin tylko w krzemianach - Fe i Al wytrącają się głębiej - orsztyn (rdzawe barwy)

Facja pustyniowa i facja słonych jezior

- intensywna ewaporacja - nagromadzenie łatwo rozp. soli chlorki, węglany, borany siarczany), czasem wysokie Eh - powstawanie NO32-, JO3-, CrO42- (w złożach saletry chilijskiej)

Facja rud żelaza

- utlenianie żelaza i wytracanie w postaci wodorotlenków, płytkie zbiorniki śródlądowe.

Facja węglowa

- nagromadzenie substancji organicznej w zawodnionych zagłębieniach, warunki redukcyjne, syderyt, piryt.

Diageneza

Fizykochemiczne przeobrażenia, jakim podlegają osady w strefie hipergenezy

Dyferencjacja diagenetyczna - zmiany wewnątrz osadu - heterogenizacja chemizmu

Konkrecje - dyferencjacja diagenetyczna - częste znacznie złożotwórcze (syderyt, limonit, fosforyty, krzemienie, piryt i markasyt). Konkrecje dyferencjacji diagenetycznej

Metasomatoza diagenetyczna - osad podczas diagenezy ulega zmianom chemicznym na skutek doprowadzenia niektórych pierwiastków. Konkrecje metasomatozy diagenetycznej, sylifikacja, dolomityzacja, syderytyzacja, fosforytyzacja, pirytyzacja.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Geochemiczna klasyfikacja pierwiastków, chemia, Geochemia
Grupy główne i podgrupy układu okresowego pierwiastków, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki ro
Chemia labolatorium, Pierwiastki grupy s, Pierwiastki grupy s - mają po dwa elektrony na ostatniej p
Niektóre grupy leków, Chemia, Biochemia
Układ okresowy pierwiastków2, Chemia
grupy pierwsiatkow chemia, NAUKA, chemia, lab
Współczesny Układ Okresowy Pierwiastków, Chemia
Układ okresowy pierwiastków, chemia(2)
Uklad okresowy pierwiastków1, Chemia
Alfabetyczny przegląd pierwiastków, chemia(2)
Eletrododatność i elektroujemność pierwiastków, chemia(2)
scen. - budowa atomu a układ okresowy pierwiastków, chemia, scenariusze lekcji
układ okresowy pierwiastków (1), chemia
8 Chemia i geochemia organiczna
CHEMIA – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW(1), CHEMIA
Facja geochemiczna, chemia, Geochemia
Niektóre grupy leków, Chemia, Biochemia
chemia pierwiastki

więcej podobnych podstron