геохмия реферат. Геохиммия. Учебнике Перельмана Геохимия (1989) дано определение дисциплины Геохимия изучает историю атомов Земли и других планет земной группы
 Скачать 499.5 Kb.
|
|
20. Поляризация, контрополяризация и деполяризация их влияние на свойства соединений. Ответ: Процесс электрохимической коррзии сопровождается перетеканием тока от анодных к катодным в металле, и от катодных к анодным в электролите. В начальный момент(ток =0) разность потенциалов наибольшая. В процессе работы разность потенциалов уменьшается, это приводит к уменьшению величины коррозионного тока и скорости коррозии J= ((Ψфи k)обр – (Ψфи а)обр )/ r Описанное явление называется поляризацией. При изменении катода –катодная поляризация , анода –анодная поляризация Поляризация ведет снижению скорости коррозионного процесса, а деполяризация к увеличению. Явлению поляризации электродов противостоит деполяризация — уничтожение или ослабление поляризации и восстановление электрохимической активности электрода. Вещества, которые, вступая в реакцию с веществом, вызвавшим поляризацию, ослабляют или уничтожают последнюю, называются деполяризаторами. 21. Сущность и основные понятия геоэнергетической теории А.Е. Ферсмана. Ответ: Большое значение А. Е. Ферсман придавал и другому параметру иона его заряду (W). Он объединил представления о радиусах ионов и их заряде в стройную геоэнергетическую теорию. Эти и многие другие трудности разработки геоэнергетической теории были ясны и самому А. Е. Ферсману. Он неоднократно подчеркивал сложность геоэнергетического анализа природных процессов и несовершенство современных представлений: «Несомненно, многое очень несовершенно в этом исследовании, многое недодумано, многое потребует коренного пересмотра и развития. Но такова диалектика каждого нового пути, такова история исследования каждой проблемы. Как и всякий новый путь, он вместе с тем всегда является уже старым. Значение исследования заключается часто не столько в том, что оно через гущу леса прорубает совершенно новую дорогу, но и в том, что оно делает просеку проезжей и заставляет всех передвигаться по новому пути. 22. Методы определения энергии кристаллической решетки. Ответ: Молекулы с ионной связью образуют непрочную кристаллическую решетку минералов. Энергия кристаллической решетки (ЭК) определяет энергетическую характеристику ионов, атомов и кристаллов. Связь осуществляется силами электростатического взаимодействия (притяжения) между положительными и отрицательными ионами и равномерно распределяется в пространстве кристалла. Чем легче атом отдает электрон, тем меньшая энергия ионизации, тем сильнее выражены его восстановительные (металлические) свойства. Энергия кристаллической решетки (Ер) равна работе, которую необходимо затратить, чтобы разделить и отделить друг от друга на бесконечное расстояние частицы, образующие кристаллическую решётку. Энергией решетки ионного кристалла называется изменение внутренней энергии системы при образовании 1 моль твердого вещества из газообразных ионов при 0 К. Рассчитать Ер можно в рамках электростатической модели (идеальная кристаллическая решетка, состоящая из сферических ионов). Выражение для потенциальной энергии двух однозарядных частиц имеет вид: Uп = –  (1 –  ) (5.2)где в среднем n = 9 по расчетам Борна. Другой метод расчета энергии кристаллической решетки основан на термохимическом подходе с использованием закона Гесса и носит название цикла Борна-Габера. 23. Тип изоморфизма и закономерности их проявления. Значение этого явления. Ответ: Изоморфизм – это взаимное замещение химических элементов в кристаллических структурах с образованием смешанных кристаллов при близости объемных размеров структурных единиц и их химической природы.. Термин введен Э. Митчерлихом в 1819 г. и означал равенство кристаллографических форм химически сходных веществ. Иногда трудно установить изоморфный характер примесей. Только правильный расчет кристаллохимической формулы минерала позволяет установить явление изоморфизма. Переход от механических включений к изоморфным включениям может осуществляться без какой-либо резкой границы. На основании изоморфизма появилась возможность предсказывать ассоциации элементов в земной коре, направлять поиски, совершенствовать химическую технологию. Если в решетке кристалла имеются свободные места, выравнивание зарядов при гетеровалентном изоморфизме идет за счет присоединения дополнительных ионов. Различают изоморфизм замещения (изовалентный и гетеровалентный) и внедрения. Изовалентный изоморфизм замещения – это замена одних химических элементов другими с такой же валентностью, например Mg(II) ↔ Fe(II) (протекает в оливинах, пироксенах, амфиболах и др.). При гетеровалентном изоморфизме заменяются химические элементы с разной валентностью, но сумма валентностей взаимно заменяющихся элементов одинакова: Ca(II) + Al(III) → Na(I) + Si(IV) (в плагиоклазах); Si(IV) → Al(III) + Na(I) (в роговой обманке). В.М.Гольдшмидт и А.Е.Ферсман обратили внимание на то, что ион меньшего размера легче замещает ион большего размера (а не наоборот). Точно так же ионы с большим зарядом предпочтительно замещают ионы с более низким зарядом. Связано это с повышением энергии кристаллической решетки. А.Е.Ферсман назвал эти явления полярным изоморфизмом. Максимальное количество элементов, находящихся в минерале в форме изоморфных примесей называю его «изоморфную емкость». Для наглядного изображения изоморфных связей А.Е.Ферсман предложил составлять «звезды изоморфизма», как например: В.И.Вернадским типичные изоморфные замещения 24. Морфотропия, ее сущность и связь с изоморфизмом и полиморфизмом Ответ: От греческого μορφή — «форма» и τροπή — «поворот». Изменение свойств, в том числе и структуры, в однотипных по с стехиометрии соединениях при резком изменении состава. Морфотропией называется резкое изменение кристаллической структуры в закономерном ряду химических соединений при сохранении количественного соотношения структурных единиц. В основе морфотропных переходов в рядах соединений РЗЭ лежат структурные перестройки разной степени глубины. Под морфотропией понимается резкое, но закономерное изменение кристаллической формы и структуры. Приведенное рассуждение показывает, что явления полиморфизма, изоморфизма и морфотропии тесно связаны друг с другом и являются следствием общих причин. Очень хорошим примером могут служить карбонаты двухвалентных металлов и изоструктурные с ними нитраты щелочных металлов 25. Полиморфизм, его типы и закономерности проявления. Ответ: Полиморфизм от греческого πολὺ- — «много», и μορφή — «форма». Способность вещества существовать в различных кристаллических структурах которые называются полиморфными модификациям и (их принят о обозначать греческими буквами α, β, γ и т. д.) Открыт в 1798 год у М. Клапрот на примере карбоната кальция (CaCO3), для которого были обнаружены две модификации кальцит и арагонит. Полиморфизм объясняется тем, что одни и те же атомы вещества могут образовывать различные устойчивые кристаллические решётки, соответствующие минимумам на поверхности энергии Гиббса. U – внутренняя энергия, P – давление, V – объем, Т – абсолютная температур а, S – энтропия. При повышении температуры более прочная кристаллическая решетка низко температурной модификации и может характеризоваться меньшей энтропией за счёт того, что о на менее восприимчива к возбуждению тепловых колебаний, поэтому другая модификация , характеризующаяся более крутой зависимостью энергии Гиббса от температуры, становится более выгодной. Типы полиморфизма: 1 Реконструкционный – полное изменение структуры (распад до элементарных блоков: атомы, полиэдры); 2 Деформационный полиморфизм – сжатие / растяжение структуры; 3 Сдвиговый полиморфизм – смещение фрагментов структуры (слоев) 26. Внешние и внутренние факторы миграции, их взаимоотношения и эволюция во времени и в пространстве. Ответ: Внутренние факторы миграции химических элементов. Определяются свойствами самих элементов и их соединений. К ним относят: (по В.А.Алексеенко, 1989) электростатические или кристаллизационные свойства ионов (в том числе потенциал Картледжа, энергетические коэффициенты А.Е.Ферсмана), радиусы ионов и атомов, химические и свойства связи соединений, гравитационные и радиоактивные свойства атомов. Внешние факторы миграции химических элементов. К внешним факторам миграции химических элементов относятся температура, давление среды миграции, кислотность-щелочность среды (рН), окислительно-восстановительный или редок-с потенциал (eH), силы природных коллоидных систем, произведение растворимости и другие. Внутренние – это свойства химических элементов, определяемые строением атомов, их способность давать летучие или растворимые соединения, осаждаться из растворов и расплавов. - Термодинамические условия (T, P). - Химическая обстановка (Eh, pH, наличие органических кислот и др.) 27. Окислительно-востановительный потенциал как фактор миграции атомов химических элементов. Ответ: Окислительно-восстановительные процессы чрезвычайно характерны для земной коры. Окислителями могут быть все элементы и ионы, способные принимать электроны, а восстановителями – отдавать их. Важнейший окислитель – кислород (О2, Н2O2, O3 и др.). Это связано как с его высоким Кларком, так и с химической активностью. К важнейшим окислителям относится S (в форме SO 2-4), C (CO2), N (NO -3 , NO -2 и др.), Fe (Fe3+), Mn (Mn4+, Mn3+). Восстановление – процесс противоположный окислению, протекает в зонах, где отсутствует свободный кислород; атомы или ионы присоединяют электроны, происходит понижение валентности. Восстанавливаются минеральные и органические соединения. Самый сильный восстановитель – «гидратированный электрон» ēaq, который образуется, например, при радиолизе воды. Сильный восстановитель и другой продукт радиолиза – атомарный водород. В реальных условиях важнейшие восстановители – это молекулярный водород (H2), сероводород (H2S), соединения углерода (CH4, CO, различные органические соединения),Fe (Fe2+), Mn (Mn2+, Mn3+)и др. Окисление обязательно сопровождается восстановлением, но в геохимии принято говорить только об одной стороне процесса. Так при образовании зоны окисления говорят об окислении S, Fe, Cu, но не говорят о восстановлении кислорода. Каждая система может быть охарактеризована по уровню окисленности–восстановленности среды. Говорят об окислительной, слабо окислительной, резко восстановительной. Для количественной оценки окислительно-восстановительной среды используют Eh – окислительно-восстановительный потенциал, измеряемый в вольтах (В, мВ). 28. Первичные и вторичные свойства атомов. Понятие о геохимических свойствах и роли внешней среды. Ответ: Первичные и вторичные качества, гносеологические понятия механистического материализма, введённые английским учёным Р. Бойлем и получившие широкую известность после «Опыта о человеческом разуме» (1690) Дж. Локка (самые термины встречаются в средневековой схоластике, например у Альберта Великого). Вторичные качества, по Локку,— это субъективные ощущения, не совпадающие со свойствами внешних объектов самих по себе; к ним относятся цвет, звук, вкус, запах и т. д. Геохимия окружающей среды – наука, изучающая распределение химических элементов в пространстве и во времени, возникновение и трансформацию разных форм нахождения элементов, процессы их миграции, проявления рассеяния и аккумуляции в разных природных условиях. 29. Первичные и вторичные ореолы рассеяния атомов химических элементов. Ответ: Под первичными ореолами рассеивания полезных ископаемых подразумевается совокупность околорудных изменений и накоплений в рудовмещающих породах, связанных с концентрацией полезных элементов в процессе эндогенной и экзогенной минерализацией. Интенсивность и масштабы концентрации руд и изменений боковых пород зависят от структуры вмещающих пород, различают два основных генеральных типа первичных ореолов: Диффузионные; Диффузионно-инфильтрационные. Первичные ореолы рассеяния, возникающие, при эндогенном процессе имеют чаще всего две стадии: Сингенетической концентрации; Эпигенетического накопления, наложенного на вмещающие породы в процессе рудообразования. В ореолах рассеяния, кроме рудных химических элементов, хорошо прослеживаются элементы индикаторы (спутники), ореолы которых значительно шире ореолов основных компонентов. Например (Pb-Zn-Ag) -Ar-Ba. Ag-Bi-Cu. Вторичные ореолы в зависимости от своей природы подразделяются на механические, солевые, биогеохимические, водные, газовые. В основе всех перечисленных процессов образования вторичных ореолов лежат законы геохимической миграции химических элементов в зоне гипернеза. Наиболее подвижными химическими элементами являются Сu, Ni, Co, Mo, Ra, Zn, наиболее подвижные К, Na, Ca, Та, Pt, Au, Sn, W, Hg. Кроме геохимических вторичных ореолов рассеяния выделяют потоки рассеяния - под которыми понимается механические потоки рассеяния, расположенные по песчаным берегам рек, склонам локализованных россыпей (Рис. 32). Ко вторичным ореолам рассеяния относятся коры выветривания, представляющие собой выходы коренных горных пород (и связанные с ними полезные ископаемые), измененные длительным воздействием грунтовых вод, атмосферных осадков, почв, воздуха и живых организмов. 30. Геохимические барьеры, типы, сущность, параметры, значение. Ответ: На геохимических барьерах образуются рудные и безрудные аномалии. Согласно современным представлениям, различают следующие геохимические барьеры природные и техногенные. Среди этих двух типов выделяют: механические барьеры, физико-химические, биогеохимические. По особенностям строения различают также двойные, горизонтальные, вертикальные, подвижные, геохимические барьеры. Перельманом выделяется несколько разновидностей физико-химических геохимических барьеров: Емельяновым выделяется 8 горизонтальных и 9 вертикальных геохимических барьеров, которыми определяются хемогенная садка химических элементов. Это - граница фотосинтеза, граница донной воды и осадка, область выхода холодных глубинных вод (зона апвеллинга) и др. Кислородный геохимический барьер (тип А) характеризуется проявлением окислительной обстановки из-за наличия большого количества свободного кислорода. Интенсивность всех окислительных процессов резко возрастает. Сульфидный геохимический барьер (тип В) характеризуется наличием большого количества сероводорода H2S и, как следствие, появлением в водах анионов гидросульфида HS- и сульфида S2-. Глеевый геохимический барьер (тип С) характеризуется сменой окислительной обстановки на восстановительную смену. Идут процессы восстановления элементов до низших степеней окисления. Щелочной геохимический барьер (тип D) характеризуется изменением среды в сторону снижения концентрации ионов водорода (увеличение рН среды). Идут процессы образования нерастворимых гидрооксидов и карбонатов металлов. Кислотный геохимический барьер (тип Е) характеризуется изменением среды в сторону увеличения концентрации ионов водорода (снижение рН среды). Идут процессы образования малорастворимых кислот и солей. Испарительный геохимический барьер (тип F) характеризуется увеличением концентрации анионов и катионов в растворе вследствие процесса испарения воды. Происходит кристаллизация и осаждение солей из-за уменьшения их растворимости. Термодинамический геохимический барьер (тип Н) характеризуется концентрированием химических элементов в результате резкого изменения температуры и давления. Наиболее хорошо такой тип геохимического барьера изучен для явлений понижения давления в водах, содержащих углекислоту Н2СО3 . Техногенные геохимические барьеры – участки ноосферы, в которых происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и как следствие их концентрация, являющиеся следствием хозяйственной деятельности человечества. Как было отмечено выше, различные геохимические показатели в результате разного направления миграции изменяются не всегда однозначно, а некоторые из них разнонаправлено (например, ЦГ/ЦП) при вертикальной и латеральной миграции. Поэтому при рассмотрении характера изменения каких-то геохимических параметров нефти для установления направленности миграции необходимо рассматривать более широкий круг геохимических вопросов — генетические показатели, корреляцию нефть-НМ-порода и др., а главное — необходимо их увязывать с конкретной геологической ситуацией. При определении геохимических параметров используются опыты с индикаторами при непрерывном и импульсном вводе их в горные породы и пласты. 31. Общая характеристика процесса миграции. Ее типы и формы проявления. Ответ: Энергичная миграция в кислых и слабокислых водах окислительной обстановки и низкая подвижность в нейтральных и щелочных водах (преимущественно катионы). Энергичная миграция в кислых и щелочных водах (преимущественно катионы). Экономическое значение миграций заключается в перераспределении трудовых ресурсов между районами страны или различными государствами. При этом обычно происходит движение населения из районов староосвоенных в районы нового освоения, где не хватает рабочих рук, а также из государств с избытком трудовых ресурсов в те государства, где их не хватает. Но в периоды экономических кризисов, когда сложившиеся территориальные пропорции хозяйства нарушаются, возможны и обратные потоки мигрантов из районов нового освоения или стран, принимавших переселенцев. В первую очередь начинают возвращаться недавние мигранты, не укоренившиеся на новом месте. По степени организации различают два вида миграций: организованную и неорганизованную миграцию. Основными видами организованной миграции являются: общественные призывы, сельскохозяйственные переселения, организованный набор рабочей силы, переводы по службе в другие районы, распределение выпускников ПТУ, техникумов и вузов. Неорганизованная, или индивидуальная, миграция - это территориальные перемещения населения, вызванные такими причинами, как стремление на новом месте улучшить свое материальное положение, создать семью, получить образование и т. д. Классифицируя миграционное движение по причинам, следует выделить: экономические, социальные, культурные, политические, этнические (национальные), религиозные, расовые, военные, демографические движения (объединение семей, брачная миграция) и др. 4По времени перемещения все виды миграций населения подразделяются на: безвозвратную, т. е. перемену места жительства окончательно, навсегда, и временную миграцию. Безвозвратный вид (или переселение) может быть назван миграцией в строгом значении этого слова. Безвозвратную миграцию называют полной, полноценной, то есть совершающейся на совсем. Безвозвратная миграция одновременно отвечает двум условиям: - во-первых, население перемещается из одних населенных пунктов в другие; - во-вторых, перемещения сопровождаются сменой постоянного места жительства. |