геохмия реферат. Геохиммия. Учебнике Перельмана Геохимия (1989) дано определение дисциплины Геохимия изучает историю атомов Земли и других планет земной группы
 Скачать 499.5 Kb.
|
|
12. Методы абсолютной геохронологии. Ответ: Абсолютная геохронология представляет собой учение об измерении геологического времени, выраженного в обычных абсолютных астрономических единицах-годах. Методы абсолютной геохронологии: Сезонно-климатический. Развитие ряда биологических процессов связано с сезонными изменениями климата, например – годичные кольца на стволах деревьев сохраняются и на ископаемых окаменелых стволах. Такие же годичные слои роста обнаруживаются и в известковых постройках кораллов. Таким образом, можно определить в годах и даже днях, сколько времени пошло на образование известкового скелета данного коралла. Радиологический или изотопный. Метод возник после открытия естественной радиоактивности, и в 1902 году П. Кюри впервые высказал идею о возможности определять возраст минералов по распаду радиоактивных изотопов (К, U, Pb), заключенных в минералах осадочных и магматических горных пород. Во многих случаях истинный возраст горных пород может быть установлен только по результатам изотопных определений. Радиоуглеродный метод позволяет вычислить время захоронения растительных остатков, а следовательно, и возраст породы, в которой они находятся. Возникновение геохронологии (стратиграфии) связано со становлением геологии как науки; она послужила основой создания геологических карт и геохронологической шкалы. 13. Стабильные изотопы в геологии Ответ: В доломитах был определен изотопный состав стронция, изотопный состав углерода и кислорода, изотопный состав серы структурно-связанного сульфата, а также распределение лантаноидов и микроэлементов. Измерения изотопного состава стронция и геохимическое изучение доломитов выполнены нами в ИГ УНЦ РАН соответственно на масс-спектрометре МИ-1201В и на рентгенофлуоресцентном спектрометре VRA-30 (фирма «Карл Цейсс», г. Йена, Германия). Изотопный анализ углерода и кислорода выполнен в ЦКП «Геонаука» Института геологии Коми НЦ УрО РАН (руководитель группы – В.Л. Андреичев) на массспектрометре DELTA V Advantage (Thermo Fisher Scientific, г. Бремен, Германия). Изотопный состав серы структурно-связанного сульфата определен совместно с В.А. Гриненко, в лаборатории ЦНИГРИ, г. Москва. Лантаноиды и микроэлементы определялись на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой (PlasmaQuad, фирма «VG», Англия) в ИПТМ РАН, г. Черноголовка (руководитель группы В.К. Карандашев). Разрез венда, вскрывающийся по берегам р. М. Реват, представлен отложениями толпаровской, суировской и урюкской свит. Особенностью суировской свиты в этом разрезе является наличие тиллитовидных конгломератов, выше которых залегает пачка флишоидного переслаивания аргиллитов и песчаников [2]. В самой верхней части суировской свиты присутствует пласт доломитов небольшой (2-5 м) мощности. Доломиты имеют розоватую и светло-серую окраску и характеризуются микро- и тонкозернистой структурой. . В то же время, изотопный состав углерода доломитов, отобранных в элювиальном выходе на правом берегу, синусоидально изменяется от 2,6 до –2,2‰ от основания к кровле с максимальным отрицательным значением δ13C, равным –3,2‰, в середине слоя. Геохимическое поведение С и О при образовании карбонатных пород сильно различается, а в ходе постседиментационных преобразований кислород по сравнению с углеродом по изотопному составу изменяется гораздо легче [1]. Согласованное поведение изотопного состава этих элементов (с прямой или обратной корреляцией) обычно связано с эпигенетическим преобразованием карбонатных пород. Таким образом, полученные нами данные (отсутствие корреляции между δ13C и δ18О, близость величины δ18О к нормальным осадочным карбонатам) указывают на то, что изотопные характеристики доломитов в большей степени отражают особенности первичных условий осадконакопления, чем обусловлены эпигенетическими процессами. Пелитоморфные доломиты изученного разреза содержат стронций аномально высокого изотопного состава (87Sr/86Sr = 0,7160) [2] по сравнению с океанической водой вендского времени, в которой по ряду оценок [8; 9] стронциевое отношение было на уровне 0,7065–0,7085. При этом установлено, что перекристаллизованный (87Sr/86Sr = = 0,7162) и прожилковый (87Sr/86Sr = 0,7180) доломиты из разреза по р. М. Реват по изотопному составу стронция практически не отличаются от пелитоморфного. Изотопный состав серы структурно-связанного сульфата в доломитах имеет довольно значительное обогащение тяжелым 34S изотопом, его значение δ34S составляет 10,9‰. Вместе с тем полученное значение гораздо меньше по сравнению с изотопным составом океанической серы сульфата, которая в венд кембрийское время характеризовалась значениями δ34S около 18–32‰ [8]. Эти результаты, также как и данные по изотопному составу стронция, указывают на то, что доломиты формировались в замкнутом море, в котором континентальный сток играл значительную роль. Для сравнения отметим, что в современной воде Каспийского моря, изолированного от Мирового океана, изотопный состав серы сульфата равен приблизительно 10‰. 14. Понятие о радиусах. Общие закономерности их изменения в группах и периодах периодической таблицы Д.И. Менделеева. Предельные значения радиусов и их практическое значение. Ответ: Открытие периодического закона Д.И.Менделеевым. Периодическая система элементов как форма отражения периодического закона. Формулировки периодического закона. Основные закономерности заполнения атомных обитателей электронами и формирование периодов. Структура периодической системы: малые и большие периоды, главные и побочные подгруппы. Положение лантанидов и актинидов. Современные формы таблиц периодической системы. Периодический закон как основа развития неорганической химии. Общенаучное значение периодического закона. Периодический закон в современной формулировке - свойства атомов химических элементов, а также состав и свойства образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер. Графическим изображением периодического закона является таблица периодической системы элементов. Периодический закон один, а форм периодической системы элементов известно более 500. Периодическая система состоит из периодов и групп. Период – последовательный ряд элементов (расположенных в порядке увеличения заряда ядер их атомов), электронная конфигурация внешнего энергетического уровня которых изменяется от ns1 (щелочной металл) до ns2np6 (благородный газ). Для первого периода - от 1s1 (водород) ) до 1s2 (гелий). Первый, второй и третий периоды называются малыми (или короткими), остальные - большими (или длинными). Группа – вертикальный ряд элементов, имеющих схожее электронное строение и проявляющих, поэтому схожие свойства. Как правило, номер группы показывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химической связи. 2. Периодичность свойств атомов химических элементов. Факторы, определяющие характер изменения химических свойств элементов. «Конфигурация» и «структура» электронных оболочек атома, их изменение в периодах и группах. Радиусы атомов и ионов. Соотношение их величин. Эффективные (ковалентные, ионные, металлические) и орбитальные радиусы. Изменение радиусов атомов и ионов по периодам и группам. Факторы, определяющие их величины: радиус атома, конфигурация внешней электронной оболочки, эффективный заряд ядра атома. Важнейшими факторами, определяющими, химические свойства атомов химических элементов являются конфигурация и строение их электронных оболочек. 15. Потенциал ионизации, периодичность его изменения у атомов периодической таблицы Д.И. Менделеева. Его практическое значение. Ответ: Зависимость энергии ионизации атома от порядкового номера элемента носит отчетливо Периодический характер периодичность изменения энергии ионизации атомов характеризуется минимумами, отвечающими щелочным металлам, и максимумами, приходящимися на благородные газы. Энергия ионизации – наименьшая энергия, необходимая для удаления электрона на бесконечность. Численное значение – потенциал ионизации. Энергия ионизации является одной из главных характеристик атома. От энергии ионизации атома существенно зависят также восстановительные свойства соответствующего простого вещества. Некоторые физико-химические свойства атомов (потенциал ионизации, атомный радиус), простых и сложных веществ могут быть не только качественно, но и количественно представлены в виде зависимостей от порядкового номера элемента, причем для них периодически проявляются четко выраженные максимумы и минимумы. Горизонтальная периодичность заключается в появлении максимальных и минимальных значений свойств простых веществ и соединений в пределах каждого периода. Она особенно заметна для элементов VIII-группы и лантаноидов (например, лантаноиды с четными порядковыми номерами более распространены, чем с нечетными). В таких физических свойствах, как энергия ионизации и сродство к электрону, также проявляется горизонтальная периодичность, связанная с периодическим изменением числа электронов на последних энергетических подуровнях: Сродство к электрону - способность некоторых нейтральных атомов, молекул и свободных радикалов присоединять добавочные электроны, превращаясь в отрицательные ионы. Мерой этой способности служит положительная энергия. Сродство к электрону, равная разности энергии нейтрального атома (молекулы) в основном состоянии и энергии основного состояния отрицательного иона, образовавшегося после присоединения электрона. 16. Понятие о координационном числе (многограннике). Закономерности его изменения и факторы, влияющие на его изменение. Число «p», его практическое значение. Пределы устойчивости структур минералов с различными координационными числами. Ответ: Пределы устойчивости каждого агрегатного состояния находятся в самых различных температурных интервалах в зависимости от природы вещества. Устойчивость координационных соединений в большой мере зависит от характера связи М—L. Следует учитывать, что если размеры ионов влияют на координационное число, то в свою очередь величина координационного числа оказывает влияние на размеры ионов. Для ионных соединений самое распространенное координационное число 6. С увеличением координационного числа ионный радиус катиона увеличивается. Как известно, в подгруппах р элементов по мере увеличения порядкового номера координационные числа элементов возрастают. Как и в ранее рассмотренных подгруппах р элементов, с увеличением атомного номера участие 5 -электронов в образовании связей уменьшается. Особо инертна электронная пара. Поэтому если для галлия наиболее характерна степень окисления +3, то для таллия + 1. Индий чаще всего проявляет степень окисления - 3. Вместе с тем для элементов Оа—1п—Т1 возрастает роль и / -обителей в образовании химической связи. Это сказывается на значении координационных чисел. Так, для галлия и индия типичны координационные числа шесть (зр с( -гибридизация) и четыре (зр -гибридизация), а для таллия еще, кроме того, семь (зр (1 /-гибридизация) и восемь. 17. Изменение химических и геохимических свойств атомов химических элементов в пределах групп и периодов периодической таблицы Д.И.Менделеева. ОТВЕТ: В периоде таблицы Менделеева слева направо значение энергии ионизации увеличивается (→) (слабее восстановительные свойства), т.к. положительный заряд ядра увеличивается, а радиус атома уменьшается, поэтому электрон все труднее оторвать от атома. Например, Na будет иметь минимальную энергию ионизации из всех элементов третьего периода, поэтому он самый сильный восстановитель и самый активный металл. Изменение химических свойств элементов в группах и периодах в зависимости от структуры электронных оболочек, а также радиусов атомов. Изменение некоторых характеристик элементов в периодах слева направо: · заряд ядер атомов увеличивается; · радиус атомов уменьшается; · электра отрицательность элементов увеличивается; · количество валентных электронов увеличивается от 1 до 8 (равно номеру группы); · высшая степень окисления увеличивается (равна номеру группы); · число электронных слоев атомов не изменяется; · металлические свойства уменьшается; · неметаллические свойства элементов увеличивается. Изменение некоторых характеристик элементов в группе сверху вниз: · заряд ядер атомов увеличивается; · радиус атомов увеличивается; · число энергетических уровней (электронных слоев) атомов увеличивается (равно номеру периода); · число электронов на внешнем слое атомов одинаково (равно номеру группы); · прочность связи электронов внешнего слоя с ядром уменьшается; · электра отрицательность уменьшается; · металличность элементов увеличивается; · неметалличность элементов уменьшается. 18. Понятие о Кларке, Кларке концентрации, рассеяния. Ведущие и второстепенные элементы миграции. Подвижные и инертные компоненты. Ответ: Величина кларка определяет геохимию элемента в земной коре по закону Гольдшмидта: геохимия элемента в земной коре определяется как его химическими свойствами, так и величиной его кларка. Например, элементы с одинаковыми Кларками ведут себя в земной коре по-разному (Ga, Ni, Co, Sn, U), а с разными имеют сходство (S и Se, Cu и Sr). Близкие по химическим свойствам элементы резко различаются по кларкам: Na–2,50%; Rb–1,5·10 ; Li–3,2·10-; Cs–3,7·10-4 %. Разные по свойствам элементы имеют близкие кларки: Mn–0,1 и Р–0,093; Rb–1,5·10-2 и Cl–·10-2. Особенно большие кларки имеют те элементы, атомная масса которых делится на четыре: O, Mg, S, Ca и т.д. Кларк влияет на способность элементов образовывать минералы. Число минеральных видов элемента уменьшается с уменьшением его Кларка. Например, при величине Кларка от 1 до 10 % элемент может образовывать до 239 соединений, при Кларке 10-5–10 % – всего до 23 минеральных видов. С уменьшением Кларков отсутствуют условия для концентрации элементов, труднее достигаются произведение растворимости и выпадение самостоятельной фазы из расплава. Способность элементов к минералообразованию (М) определяются отношением числа минералов (n) данного элемента к его кларку (К) в земной коре: М=n / К. Некоторые космические системы имеют близкие спектры по атомным Кларкам. У каменных метеоритов и Солнца Кларки по большинству элементов сходны, за исключением резких различий по N, In, Re, B, C. Атомные Кларки кислых пород Земли представлены в виде плавной ниспадающей кривой от водорода до палладия. Во всех трех геохимических системах атомные Кларки совпадают по Si, Ti, отчасти V. Ведущими факторами природной среды являются температура, давление, концентрация раствора. Второстепенные элементы не определяют физико-химические условия среды, а следовательно, и условия миграции других элементов. Вполне подвижные компоненты (в.п.к.), режим которых в природных и экспериментальных процессах определяется интенсивными факторами состояния и которые не влияют на число фаз в системе. Присутствие вполне подвижных компонентов не влияет на размерность диаграмм в экстенсивных параметрах (например, диаграмм состав-парагенезис). Напротив, каждый вполне подвижный компонент требует независимой координаты на диаграммах в интенсивных параметрах, если, конечно, его вариации вызывают изменение фазовых соотношений. Вполне подвижные компоненты удобно разделять на две группы: виртуальные вполне подвижные компоненты, к которым относятся такие вполне подвижные компоненты, изменение факторов, состояния которых вызывает изменение фазового состава и парагенезисов в системе; и индифферентные вполне подвижные компоненты, изменение факторов, состояния которых не влияет на фазовые соотношения в системе. Очевидно, что при физико-химическом анализе парагенезисов индифферентные вполне подвижные компоненты могут быть опущены и соответственно понижена размерность диаграмм в интенсивных параметрах. Инертные компоненты, режим которых в природных и экспериментальных процессах характеризуется экстенсивными параметрами - их массой или содержанием в системе и которые определяют число фаз в системе. Среди инертных компонентов в соответствии с их ролью в образовании минералов, горных пород и руд можно выделять следующие группы. Из числа инертных компонентов должны быть исключены компоненты-примеси, которые не образуют самостоятельных фаз. Например, МnО, ВаО в гранитоидах, рассеянные компоненты в рудах и т.д.- все они присутствуют в виде незначительной примеси к главным компонентам минералов. При построении диаграмм состав - парагенезис их содержанием можно пренебречь, хотя при ином подходе (см. ниже) распределение компонентов-примесей между минералами служит важным индикатором условий минерала образования. 19. Ионный потенциал и миграционные свойства атомов химических элементов. Потенциал ионизации и его практическое значение. Ответ: В главных подгруппах сверху вниз (N→Bi) значение энергии ионизации уменьшается, т.к .сильно увеличивается радиус атома. Поэтому восстановительные свойства атомов сверху вниз увеличиваются. Потенциал ионизации – величина обратная химической активности элемента и поэтому наибольшая у инертных элементов. С потенциалом ионизации связан потенциал возбуждения (I) – разница между последовательными потенциалами ионизации (I = i2 – i1; i3 – i2). Близкие значения I у элементов определяют одинаковые результаты геохимического поведения. Например, сходство геохимии 2+Fe и 2+Ge вытекает из сходства их потенциалов возбуждения. Для отрыва одного электрона у водорода (Н→Н+) необходимо затратить 13,595 Эв энергии, у Не→Не+ – 24,58 Эв. Чем больший по счету отрывается электрон, тем больший потенциал ионизации (Не+→Не2+ – 54,403 Эв). Ионный потенциал является производной величиной от соотношения валентности и ионного радиуса (W/А). Его предложил Дж. Картледж (1928) с целью характеристики миграционных свойств гидроксидов и оксидов. Исходя из величины ионного потенциала В.М. Гольдшмидт (1933) все химические элементы разделил на три группы. В первую группу вошли элементы с ионным потенциалом от 0 до 3 (Li, Na, 2+2+K, Rb, Cs, Cu, Ca, Mg, Ba, Zn, Sr, Mn, Fe). Они легко мигрируют и переходят в осадок в ландшафтах с аридным климатом. Их катионы не образуют комплексные ионы. Вторую группу образуют элементы с ионным потенциалом от 3 до 10 (Al, Ti, 3+4+Si, Be, Fe, Mn, Th, Zr, V, Nb, Hf, Sc, Ga, Cr, Sn, Mo, Lu, Y). Гидроксиды и оксиды этих элементов труднорастворимы в воде и легко осаждаются. Образуют комплексные ионы и гидролизаты. Третью группу составляют элементы с ионным потенциалом от 10 до 50 (C, P, N, B, S, As, Se, Te). Оксиды этих элементов выполняют функцию анионов угольной, фосфорной, азотной и других кислот. Кроме того, они образуют кислоты, и ион водорода повышает кислотность воды и растворимость других минеральных соединений. Среди ионов с одинаковой валентностью энергия поглощения растет с ростом атомной массы и радиуса иона (Li По условиям миграции химических элементов Б.Б.Полынов выделил 3 основных формы элементарных ланшафтов: элювиальные, супераквальные (надводные) и субаквальные (подводные) А.И.Перельман предложил термин элювиальный заменить на автономный. |