Геохімічна класифікація елементів
Геохімічна класифікація елементів (англ. geochemical classification of elements; нім. geochemische Elernentenklassifizierung f) — класифікація хімічних елементів на основі спільних закономірностей поведінки в геологічних процесах. Таких класифікацій існує декілька. Загальноприйнятими є класифікації В. І. Вернадського (1922, 1927) і В. М. Гольдшмідта (1924).
У природі зустрічаються 89 елементів з періодичної таблиці Менделєєва (не рахуючи радіоактивних короткоживучих елементів, виявлених у слідових кількостях). Однак в метеоритах, на Землі і планетах земної групи в переважній більшості випадків породи та мінерали на 99% складені з 12 елементів, званими петрогенними ( петро — порода, ген — походження). Це елементи: O, Si, Ti, Al, Mg, Fe, Ca, K, Mn, P, Na, C.[1]
Всі інші елементи відносяться до рідкісних або розсіяних елементам. Принципова різниця між петрогенними і рідкісними елементами полягає в тому, що петрогенні елементи визначають фазовий (мінеральний) склад системи, в той час як рідкісні елементи входять в ці фази у вигляді домішок і пасивно розподіляються між існуючими фазами, але не впливають на їх вміст і стійкість . У цього правила є винятки. Так, стронцій навіть у невеликих кількостях сильно впливає на стійкість кальцита/арагоніта. З іншого боку, при появі в системі мінералів, в яких рідкісний елемент основний, наприклад у випадку кристалізації циркона чи монацита, такий елемент поводиться як петрогенний елемент.
У біогеохімії прийнятий поділ елементів по їх ролі в будові живих організмів.
Елементи, (концентрація — від 10 до 0,001% маси тіла, — 60% у клітині) вміст яких в живих організмах складає більшість. Це кисень, водень, вуглець, азот, фосфор, калій, кальцій, сірка, магній, натрій, хлор, залізо та ін. Ці елементи складають плоть живих організмів.
Елементи, (концентрація — від 0,001 до 0,000001% маси тіла, — 30% у клітині) вміст яких малий, але вони беруть участь у біохімічних процесах і значною мірою визначають самопочуття живих організмів. За сучасними даними більше 30 мікроелементів вважаються необхідними для життєдіяльності рослин і тварин. Серед них алюміній, цинк, кобальт, залізо, йод, селен, мідь, молібден, бром, фтор.
Елементи (концентрація — 0,000001 маси тіла, — 10% у клітині) яких найменше в організмах живих істот, до них відносять золото, срібло, які надають бактерицидну дію, ртуть, подавляючу зворотнє всмоктування води в ниркових канальцях, впливаючи на ферменти . Також до ультрамікроелементів відносять платину і цезій. Деякі до цієї групи відносять і селен, при його нестачі розвиваються ракові захворювання. Функції ультрамікроелементів ще маловідомі.
В основу своєї класифікації Вернадський поклав 4 принципи, що визначають історію елементів у земній корі:
- хімічну активність,
- участь в циклічних процесах у біосфері,
- перевага розсіяного стану,
- висока радіоактивність.
Ним були виділені групи:
- благородних газів (Не, Ne, Аг, Кг, Хе);
- благородних металів (Ru, Rh, Pd, Os, lr, Pt, Au, Ag);
- циклічних елементів (Н, Na, K, Cu, Mg, Ca, Zn, В, Al, C, Si, Ti, Zr, Pb, N, Р, V, O, S, Cr, Mo, F, Cl, Mn, Fe, Co, Ni і інш.);
- розсіяних елементів (Li, Rb, Cs, Sc, Y, Ga, In, TI, Br, J);
- сильнорадіоактивних елементів (Po, Rn, Ra, Ac, Th, Pa, U);
- рідкісноземельних елементів (La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).
Гольдшмідт поділив всі елементи на групи відповідно до стійкості різних типів їхніх сполук у природі. У основу були покладені закони розподілу елементів за трьома принциповими фазами метеоритів: силікатною (кисневою), сульфідною і металевою. «Еталоном», відносно якого класифікують всі елементи, є Fe — елемент з високою поширеністю, що входить до складу всіх принципових фаз метеоритів.
Відповідно виділені:
- літофільні елементи, які збагачують силікати (О, Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, В, Al, Y, TR, Si, Ti, Zr, Hf, Th, U, Nb, Та, W і інш.);
- халькофільні елементи, що збагачують сульфіди (S, Se, Те, As, Sb, Bi, Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, In, TI та інші), і
- сидерофільні елементи, що збагачують металічну фазу (Ni, Со, Р, С, Ru, Rh, Pd, Os, lr, Pt, Au, Mo).
Ряд елементів з проміжними властивостями потрапили в декілька груп: Ga, Ge, Sn, Nb, Та, W. Крім того, Гольдшмідт виділив додаткові групи елементів:
- атмофільні елементи, для яких в умовах земної поверхні характерний газоподібний стан і накопичення в атмосфері (Н, N, С, О, Cl, Br, J та інертні гази), і
- біофільні елементи[nl], що є головними компонентами організмів (С, Н, О, N, Р, S, Cl, J, В, Ca, Mg, К, Na, V, Mn, Fe, Cu).
Повторення елементів у різних групах природне, оскільки при виділенні додаткових груп використані різні принципи. Ця класифікація дозволяє передбачити головний тип хімічних сполук елементів у природі і тим самим чинники, що приводять до їхньої концентрації.
Так, халькофільні елементи концентруються у вигляді компонентів сульфідних руд, більшість сидерофільних елементів (Au, група Pt) концентруються в самородному стані; літофільні елементи нагромаджуються в складі головних або другорядних мінералів магматичних і осадових порід.
| 1 | 18 | ||||||||||||||||||||||||
| 1 | 1 H |
2 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 2 He | |||||||||||||||||
| 2 | 3 Li |
4 Be |
5 B |
6 C |
7 N |
8 O |
9 F |
10 Ne | |||||||||||||||||
| 3 | 11 Na |
12 Mg |
3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 Al |
14 Si |
15 P |
16 S |
17 Cl |
18 Ar | |||||||
| 4 | 19 K |
20 Ca |
21 Sc |
22 Ti |
23 V |
24 Cr |
25 Mn |
26 Fe |
27 Co |
28 Ni |
29 Cu |
30 Zn |
31 Ga |
32 Ge |
33 As |
34 Se |
35 Br |
36 Kr | |||||||
| 5 | 37 Rb |
38 Sr |
39 Y |
40 Zr |
41 Nb |
42 Mo |
(43) Tc |
44 Ru |
45 Rh |
46 Pd |
47 Ag |
48 Cd |
49 In |
50 Sn |
51 Sb |
52 Te |
53 I |
54 Xe | |||||||
| 6 | 55 Cs |
56 Ba |
57-71 Lan |
72 Hf |
73 Ta |
74 W |
75 Re |
76 Os |
77 Ir |
78 Pt |
79 Au |
80 Hg |
81 Tl |
82 Pb |
83 Bi |
84 Po |
85 At |
86 Rn | |||||||
| 7 | 87 Fr |
88 Ra |
89-103 Act |
(104) Rf |
(105) Db |
(106) Sg |
(107) Bh |
(108) Hs |
(109) Mt |
(110) Ds |
(111) Rg |
(112) Cn |
(113) Uut |
(114) Fl |
(115) Uup |
(116) Lv |
(117) Uus |
(118) Uuo |
|||||||
| Лантаноїди | 57 La |
58 Ce |
59 Pr |
60 Nd |
(61) Pm |
62 Sm |
63 Eu |
64 Gd |
65 Tb |
66 Dy |
67 Ho |
68 Er |
69 Tm |
70 Yb |
71 Lu | ||||||||||
| Актиноїди | 89 Ac |
90 Th |
91 Pa |
92 U |
(93) Np |
(94) Pu |
(95) Am |
(96) Cm |
(97) Bk |
(98) Cf |
(99) Es |
(100) Fm |
(101) Md |
(102) No |
(103) Lr | ||||||||||
| Атмофільні | Халькофільні | Літофільні | Сидерофільні | рідкісні та/або відсутні у природі |
- ↑ Элементы петрогенные — Словарь геологических терминов и понятий [Архівовано 4 червня 2010 у Wayback Machine.] Геолого-географический факультет ТГУ (рос.)
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
- Войткевич В. Г. (1973). Происхождение и химическая эволюция Земли (рос.). Наука. с. 168.
- МАКРОЕЛЕМЕНТИ [Архівовано 20 березня 2016 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія
- Atoms [Архівовано 16 липня 2015 у Wayback Machine.] — інтерактивна таблиця геохімічних властивостей елементів (англ.)