Геохимические классификации элементов — способы систематизации химических элементов в зависимости от их встречаемости в природе или просто классификации используемые в геохимии. Таких классификаций существует несколько.
Классификация по распространенности: петрогенные и редкие элементы
С точки зрения термодинамики компоненты системы могут быть в зависимости от концентрации могут быть разделены на две группы:
- главные, которые определяют фазовый состав системы
- второстепенные компоненты, которых слишком мало для того, что бы образовать самостоятельные фазы или повлиять на систему, и они пассивно распределяются между существующими фазами.
В природных системах распространенность элементов накладывает на состав типичных систем определенные ограничения. Из 98 элементов периодической таблицы Менделеева, встречающихся в природе наиболее распространены 12 элементов, которые в подавляющем большинстве случаев породы слагают 99% массы горных пород. Эти элементы: O, Si, Ti, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K, P, H, C называются петрогенными (петро — порода, ген — происхождение).
Все остальные элементы относятся к редким или рассеянным элементам. Деление на редкие и петрогенные элементы достаточно условно. Большинство редких элементов при определенных условиях может концентрироваться до таких концентраций, что возникают их собственные минералы, то есть они влияют на фазовый состав системы. Однако такие системы играют ограниченную роль в важнейших геохимических процессах. Так, стронций даже в небольших количествах сильно влияет на устойчивость кальцит/арагонит. С другой стороны, при появлении в системе минералов, в которых редкий элемент основной, например, редкий элемент цирконий часто достигает концентрации достаточных для кристаллизации циркона или монацита, при этом его влияние на другие фазы всё равно остается весьма ограниченным.
Термин редкие элементы не совсем точен. Может показаться, что эти элементы встречаются реже чем другие, но одним из основных положений геохимии является наблюдение, что в любом природном веществе присутствуют все 98 элементов, однако в различных концентрациях (закон всюдности химических элементов). При этом содержание редких элементов в разных породах может различаться в сотни и тысячи раз и они часто оказываются очень чувствительными индикаторами геохимических процессов. Во многих случаях различные процессы приводя к возникновению пород с идентичным минеральным составом и содержанием петрогенных элементов, но концентрации редких элементов при этом могут различаться и позволять реконструировать историю породы.
Классификация по коэффициентам распределения: совместимые и несовместимые элементы
Редкие элементы по разному распределяются между фазами системы. Особенно важно их поведение в процессах разделение вещества, таких как плавление и кристаллизация.
Макро- и микроэлементы
В биогеохимии принято разделение элементов по их роли в строении живых организмов. Макроэлементами называются те элементы, содержание которых в живых организмах составляет больше 0,001%. Это кислород, водород, углерод, азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор, железо и др. Эти элементы слагают плоть живых организмов.
Микроэлементами называются элементы, содержание которых мало, но они участвуют в биохимических процессах и в значительной мере определяют самочувствие живых организмов. По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Среди них алюминий, цинк, кобальт, железо, йод, селен, медь, молибден, бром, фтор.
Гольдшмидтовская классификация элементов
Эта классификация была предложена Гольдшмидтом исходя из предположения, что Земля образовалась в результате разделения первично однородного вещества, аналогичного метеоритам, на четыре части: металл, серный расплав, силикатная часть и атмосфера с океаном. Каждый элемент имеет склонность концентрироваться в одной из этих сред, и соответственно разделены на сидерофильные, литофильные, халькофильные и атмофильные элементы. Иначе говоря, это классификация по наибольшему коэффициенту распределения элемента между четырьмя фазами.
Атмофильные элементы
H, N, инертные газы - всего 8 элементов.
Выделяются в газовую фазу и накапливаются в атмосфере. В природе для них характерно газообразное состояние. Большинство из них имеет атомы с заполненной электронной внешней оболочкой, располагаются в верхних частях кривой атомных объёмов; преимущественно диамагнитны. Для большинства (кроме водорода, близкого к литофильным элементам) характерно нахождение в природе в элементарном состоянии.
Халькофильные элементы
Обладают сродством к сере.
Ag, As, Bi, Cd, Cu, Ga, Hg, In, Pb, Po, S, Sb, Se, Te, Tl, Zn.
Литофильные элементы
Обладают сродством к силикатным минералам и расплавам.
Al, At B, Ba, Be, Br, Ca, Cl, Cr, Cs, F, I, Hf, K, Li, Mg, Mn, Na, Nb, O, Rb, Sc, Si,Sr, Ta, Th, Ti, U, V, Y, Zr, W, Лантаноиды.
Сидерофильные элементы
Обладают сродством к железу.
Au, C, Co, Fe, Ge, Ir, Mo, Ni, Os, P, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sn.
Источники
- Халькофильные элементы БСЭ
- Сидерофильные элементы БСЭ
- Геохимическая классификация элементов
- Ферсман А. Е., Геохимия, т. 1, Л., 1933
- Щербина В. В., Геохимия, М. — Л., 1939
- GoIdschmidt V. М., Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente, Bd 1—8, Kristiania, 1923—27
- Воиткевич Г. В. [и др.]. Краткий справочник по геохимии, М., 1970.
Статья
Обсуждение