Геохимические классификации элементов

Геохими́ческие классифика́ции элеме́нтов — способы систематизации химических элементов в зависимости от их встречаемости в природе. Таких классификаций существует несколько.

В природе встречаются 89 элементов из периодической таблицы Менделеева (не считая радиогенных короткоживущих элементов, обнаруженных в следовых количествах). Однако в метеоритах, на Земле и планетах земной группы в подавляющем большинстве случаев породы и минералы на 99 % сложены 12 элементами, называемыми петрогенными (петро — порода, ген — происхождение). Эти элементы: O, Si, Ti, Al, Mg, Fe, Ca, K, Mn, P, Na, C.^[1]

Все остальные элементы относятся к редким или рассеянным элементам. Принципиальная разница между петрогенными и редкими элементами заключается в том, что петрогенные элементы определяют фазовый (минеральный) состав системы, в то время как редкие элементы входят в эти фазы в виде примесей и пассивно распределяются между существующими фазами, но не влияют на их содержание и устойчивость. У этого правила есть исключения. Так, стронций даже в небольших количествах сильно влияет на устойчивость кальцита/арагонита. С другой стороны, при появлении в системе минералов, в которых редкий элемент основной, например в случае кристаллизации циркона или монацита, такой элемент ведёт себя как петрогенный элемент.

В биогеохимии принято разделение элементов по их роли в строении живых организмов.

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 ткани живых организмов.

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: цинк, кобальт, железо, йод, селен, медь, молибден, бром, фтор.

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.

H, N, инертные газы — всего 8 элементов.^[2][3][4]

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.

В соответствии с классификацией норвежского геохимика В. М. Гольдшмидта, к ним относятся химические элементы сульфидных руд, то есть элементы побочной группы периодической системы химических элементов. В их число входит 19 элементов: S, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Hg, Tl, Pb, Bi, Po. Металлические халькофильные элементы обладают специфическим сродством к сере, селену и теллуру. На долю всех халькофильных элементов приходится всего 0,046 % массы земной коры, но из-за способности накапливаться в определённых условиях они образуют рудные месторождения, среди которых доминируют гидротермальные жильные. В осадочных породах сульфиды ряда элементов (меди, свинца, цинка и частично серебра) образуют стратиформные (пластовые) рудные залежи.

Обладают сродством к силикатным минералам и расплавам.

Элементы, составляющие около 93 % массы земной коры и около 97 % массы солевого состава океанической воды. Они располагаются на убывающих участках кривой атомных объёмов. K Л.э. относятся: Li, Be, B, C, O, F, Na, Mg, Al, Si, P, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Br, Rb, Sr, Zr, Nb, I, Cs, Ba, Hf, Ta, W, At, Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U. Л.э. трудно восстанавливаются до элементарного состояния и преимущественно парамагнитны. B природе подавляющая масса этих элементов входит в состав силикатов, но также широко распространены их оксиды, галогениды, карбонаты, сульфаты, фосфаты. Плотности соединений Л.э. невысоки (от 2⋅10³ до 4⋅10³ кг/м³).

Обладают сродством к железу.

Fe, Co, Ni, Mo, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Au^[2].

• Геохимия

• Войткевич В. Г. Происхождение и химическая эволюция Земли / под ред. Л. И. Приходько. — М.: Наука, 1973. — 168 с.