Скачать презентацию ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С Є Шнюков Лекція 1 Поняття Скачать презентацию ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С Є Шнюков Лекція 1 Поняття

GEOCH_09-10_L1-7.ppt

  • Количество слайдов: 143

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 1 Поняття про сучасну геохімію: об’єкт та предмет ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 1 Поняття про сучасну геохімію: об’єкт та предмет геохімії, її зв’язок з іншими дисциплінами

Вступ (коротка характеристика дисципліни): n n n Навчальна дисципліна Вступ (коротка характеристика дисципліни): n n n Навчальна дисципліна "Основи геохімії" є базовою нормативною дисципліною, яка викладається у 7 -му семестрі на 4 -му курсі при підготовці фахівців‑бакалаврів за спеціальністю 6. 040103 – геологія (спеціалізації - геохімія і мінералогія та геологія ). Її викладання передбачає 72 години лекцій, самостійну роботу студентів, модульні контрольні роботи. Вивчення дисципліни завершується іспитом (2 кредити ECTS).

Об’єктом вивчення навчальної дисципліни Об’єктом вивчення навчальної дисципліни "Основи геохімії" є хімічні елементи (нейтральні атоми, іони, групи атомів), які знаходяться в умовах земної кори та інших геосфер. n Предметом вивчення навчальної дисципліни "Основи геохімії" саме й є ті умови земної кори та інших геосфер (мантії, ядра, гідросфери, атмосфери, біосфери, тошо), що зумовлюють процеси міграції, концентрування і розсіяння хімічних елементів та призводять до формування хімічного складу природних об’єктів (гірських порід, руд, мінералів тощо), який ми можемо безпосередньо спостерігати в теперешній час. n

n n Тобто можемо константувати, що геохімія це наука про хімічний склад земної речовини, n n Тобто можемо константувати, що геохімія це наука про хімічний склад земної речовини, розповсюдженість, розподіл, фізико-хімічні процеси міграції, концентрування та розсіяння хімічних елементів та їх ізотопів як у геосферах, так і в масштабі всієї планети Земля. Є й інші визначення геохіміїяк науки (Вернадський, Ферсман, Віноградов, Гольдшмідт, Кларк тощо), які наведені у рекомендованих до використання підручниках. Згідно з найбільш широким з них до складу так званої великоїгеохіміївходять й петрологія та мінералогія. Треба зауважити, що зараз «сфера інтересів» геохімії розширилась й на інші планети Сонячної системи. Ця тенденція ілюструє зв’язок геохімії з космохімією, який буде продемонстрований далі.

Головна відміна геохімія хімії : від n Хімія вивчає перетворення речовини в найрізноманітних! діапазонах Головна відміна геохімія хімії : від n Хімія вивчає перетворення речовини в найрізноманітних! діапазонах фізико-хімічних (РТX) умов, які можуть бути спеціально та досить довільно задані дослідниками. n Геохіміядосліджує поведінку хімічних елементів та їх ізотопів лише у специфічних та більш вузьких! діапазонах фізико-хімічних (РТX) умов, які властиві земним геосферам. n Наочною ілюстрацією цієї відміни є той факт, що в лабораторних умовах хіміками одержано десятки тисяч різноманітних тількі неорганічних сполук, а на Землі зараз відомо лише більше 3500 мінеральних видів, які утворені з тих самих хімічних елементів, але не в довільних, а конкретних РТX-умовах земних геосфер.

Наголосимо, що саме тому ми й визначаємо обєкт та передметгеохімії таким чином: ’ n Наголосимо, що саме тому ми й визначаємо обєкт та передметгеохімії таким чином: ’ n n Об’єктом вивчення навчальної дисципліни "Основи геохімії" є хімічні елементи (нейтральні атоми, іони, групи атомів), які знаходяться в умовах земної кори та інших геосфер. Предметом вивчення навчальної дисципліни "Основи геохімії" саме й є ті умови земної кори та інших геосфер (мантії, ядра, гідросфери, атмосфери, біосфери, тошо), що зумовлюють процеси міграції, концентрування і розсіяння хімічних елементів та призводять до формування хімічного складу природних об’єктів (гірських порід, руд, мінералів тощо), який ми можемо безпосередньо спостерігати у теперешній час.

Саме тому: Метою і завданням навчальної дисципліни Саме тому: Метою і завданням навчальної дисципліни "Основи геохімії" є ознайомлення студентів з теоретичними засадами та сучасними методами геохімії та останніми досягненнями цієї науки. В результаті вивчення дисципліни студенти повинні вміти проаналізувати і пояснити хід природних мінерало-, петро- і рудоутворючих процесів з точки зору поведінки хімічних елементів в залежності від їх геохімічних властивостей та РТX-умов зовнішнього середовища.

 Місце дисципліни в структурно-логічній схемі спеціальності: Нормативна навчальна дисципліна Місце дисципліни в структурно-логічній схемі спеціальності: Нормативна навчальна дисципліна "Основи геохімії" є важливою та невід’ємною складовою частиною циклу професійної підготовки фахівців освітньокваліфікаційного рівня "бакалавр" за спеціальністю „Геологія” (всі спеціалізації, але перш за все „геохімія і мінералогія”). Дисципліна "Основи геохімії" розрахована на студентів-бакалаврів, які успішно засвоїли курси “речовинного” профілю „Фізика”, „Хімія”, „Мінералогія”, „Петрографія” тощо. Поряд з іншими дисциплінами геохімічного напрямку вона складає чітку послідовність у навчальному плані спеціалізації “геохімія і мінералогія”. Тобто, для бакалаврів спеціалізації “геохімія і мінералогія” має місце наступний ряд дисциплін геохімічного напрямку: “Основи аналітичної геохімії” – “Методи дослідження мінеральної речовини” – “Основи фізична геохімія” – “Основи космохімії” – “Основи геохімії” – “Основи ізотопної геохімії” – “Геохімічні методи пошуків” – “Методи обробки геохімічних даних”.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 1. Поняття про сучасну геохімію n Загальний УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 1. Поняття про сучасну геохімію n Загальний зміст, об’єкт, предмет та головні завдання геохімії як науки. n Історія виникнення та розвитку геохімії як наукової дисципліни. n Сучасне положення геохімії серед природничих наук, її взаємодія з мінералогією, петрологією, геофізикою та іншими науками про Землю. n Сучасні завдання та розділи геохімії, їх зміст та предмет. Загальне теоретичне та практичне значення геохімії. n Значення геохімічних досліджень для прогнозування, пошуків, розвідки корисних коплин та комплексного використання мінеральних ресурсів. n Геохімія та екологія. Значення еколого-геохімічних досліджень для охорони навколишнього середовища. n Роль геохімічних даних у біології, сільському господарстві, медицині, сучасних та перспективних промислових технологіях.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 2. Методи геохімії n Сучасні інструментальні методи УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 2. Методи геохімії n Сучасні інструментальні методи елементного, ізотопного та фазового аналізу як основа одержання первинних фактичних даних. n Статистичний аналіз первинних даних як головний метод одержання оцінок фундаментальних параметричних геохімічних показників. n Термодинамічний аналіз поведінки хімічних елементів як метод дослідження ендогенних та екзогенних природничих систем. n Значення експериментальних досліджень в геохімії. n Кількісне геохімічне моделювання як засіб комплексного синтезу та інтерпретації спостережених (аналітично одержаних), термодинамічних та експериментальних геохімічних даних.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 3. Загальна геохімічна характеристика планети Земля та УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 3. Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер. (1) n Метеорити, їх склад, класифікація та значення для геохімії. n Космічна розповсюдженість хімічних елементів та їх походження (нуклеосинтез). Закон Ферсмана-Гольдшмідта щодо поширеності елементів у природі. n Склад, будова та походження Сонячної системи. n Будова та геохімія планет земної групи у порівнянні з існуючими даними щодо планет-гігантів, зовнішніх планет та малих тіл Сонячної системи. n Земля, її походження та загальний склад. Будова внутрішніх оболонок Землі в світлі геофізичних даних та результатів експериментальних досліджень.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 3. Загальна геохімічна характеристика планети Земля та УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 3. Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер. (2) n Розповсюдженість хімічних елементів в земній корі. Кларки елементів та методи їх визначення. n Мантія Землі, її мінеральний та хімічний склад. Джерела наявних даних. Примітивна та деплетована мантія. Поняття про мантійні геохімічні резервуари. n Ядро Землі. Обмеженість наявних даних та їх джерела. Сучасні уявлення про фазовий та хімічний склад ядра Землі. n Гідросфера Землі, її будова та границі. Типи природних вод. Геохімія океанічних, континетальних та підземних вод. Взаємодія континент — океан — атмосфера. Походження гідросфери та її еволюція в геологічній історії. n Атмосфера Землі. Її границі, будова, склад, походження та еволюція. n Біосфера та техносфера. Визначення понять. Геохімічне та геологічне значення живої речовини та людської діяльності.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 4. Хімічні елементи та їх ізотопи в УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 4. Хімічні елементи та їх ізотопи в геохімії (1) Будова та розміри атомів та іонів n Елементарні частки та розподіл електронів в атомах. n Атомні радіуси хімічних елементів. n Іонні радіуси хімічних елементів. n Потенціали іонізації та спорідненість до електрону атомів та іонів. n Електронегативність хімічних елементів. n Кислотно-основні властивості хімічних елементів. n Типи хімічного зв’язку та їх значення для геохімії. n Кристалохімія та їзоморфізм. Головні типи ізоморфізму та його геохімічне значення.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 4. Хімічні елементи та їх ізотопи в УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 4. Хімічні елементи та їх ізотопи в геохімії (2) Ізотопи та радіоактивність n Будова ядер атомів і геохімічні особливості елементів. Поняття про нукліди. Розповсюдженість (поширеність) атомів у природі як функція будови їх ядер. n Ядерні процеси у природі. Значення радіоактивних (K, U, Th) елементів як джерела енергії у еволюції Землі. Поняття про "вимерлі" елементи (на прикладі “проблеми 61 -го (Pm) елементу”). n Радіоактивні ізотопи та їх значення для геохімії. Поняття про методи визначення віку геологічних об’єктів (U-Pb, K-Ar, Rb-Sr, Sm-Nd та інші). Використання радіогенних ізотопів Sr, Nd, Pb для встановлення генезису та історії формування геологічних об'єктів. n Поширення та геохімія стабільних ізотопів. Кінетичний та термодинамічний ізотопні ефекти. Ізотопна геотермометрія. Ізотопи H, O, C і S та їх роль як індикаторів генезису та умов формування геологічних об’єктів.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 4. Хімічні елементи та їх ізотопи в УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 4. Хімічні елементи та їх ізотопи в геохімії (3) Геохімічна класифікація елементів. n n n Періодична система елементів Д. І. Менделеєва в геохімії. Геохімічні класифікації елементів Вернадського, Заварицького, Гольдшмідта, Ферсмана. Сучасна геохімічна класифікація елементів.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 5. Фактори, які контролюють розподіл хімічних елементів УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 5. Фактори, які контролюють розподіл хімічних елементів в геосферах. (1) n Головні поняття та засоби, які використовуються в дослідженні розподілу елементів (макро- та мікрокомпоненти природних систем, рівноважний, ефективний та комбінований коефіцієнти розподілу елементів, методи їх визначення; хондритнормалізовані графіки та їх використання для інтерпретації розподілу рідкісноземельних елементів, зокрема полівалентних, тощо). n Структурний контроль розподілу елементів. Структура силікатних розплавів. Зв’язок ступеню їх полімерізації та поведінки елементів в процесі кристалізації магм. Вплив структури мінеральних фаз та властивостей ізоморфних елементів (заряди та ефективні радіуси іонів) на значення їх коефіцієнтів розподілу мінерал/розплав. n Термодинамічний контроль розподілу елементів. Закриті та відкриті геохімічні системи. Інертні та цілком рухливі компоненти систем. Інтенсивні та екстенсивні параметри їх стану. Хімічна рівновага в природних системах та її умови. Концентрація та активність, їх співвідношення для макро- та мікрокомпонентів. Константа рівноваги та її залежність від температури та інших факторів. Співідношення між константами рівноваги реакцій міжфазового обміну елементів та їх коефіцієнтами розподілу.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 5. Фактори, які контролюють розподіл хімічних елементів УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 5. Фактори, які контролюють розподіл хімічних елементів в геосферах. (2) n Кінетичний контроль розподілу елементів. Швидкість дифузії компонентів як головний кінетичний фактор. Типи дифузії. Коефіцієнт дифузії та його залежність від температури та ступеню полімерізації розплаву. Дифузія в кристалах. Зародження та швидкість росту кристалів в природних системах як кінетичний фактор. Вплив кінетичних факторів на коефіцієнти розподілу хімічних елементів. n Поєднаний вплив структурного, термодинамічного та кінетичного факторів на розподіл елементів в геологічних об’єктах (на прикладі сучасних моделей поведінки рідкісних елементів в процесах часткового плавлення та кристалізації розплавів). n Розсіяний та концентрований стан елементів в природі, інтенсивність та типи їх міграції.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 6. Геохімія ендогенних систем (1) Магматичні та УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 6. Геохімія ендогенних систем (1) Магматичні та магматогенно-гідротермальні системи. (1) n n n Поняття про магматичну еволюцію та її фактори. Магматичні та магматогенно-гідротермальні рудогенеруючі системи. Теоретичне та прикладне значення їх геохімічного дослідження. Рівні генерації магматичних розплавів (коровий, мантійний) та методи іх визначення. Часткового плавлення як механізм магмогенерації. Рівноважна та фракційна теоретичні моделі поведінки рідкісних елементів в цьому процесі. Їх порівняльне значення для дослідження реальних геологічних утворень. Кристалізаційна диференціація магматичних розплавів як головний фактор магматичної еволюції. Ліквація розплавів, її петролого-геохімічне значення. Рівноважна та фракційна теоретичні моделі поведінки рідкісних елементів в процесі кристалізаційної диференціації магматичних розплавів. Їх порівняльне значення для дослідження реальних магматичних комплексів. Співвідношення складу розплавів та магматичних порід. Геохімічні критерії відміни магматичних серій, сформованих в процесах часткового плавлення та кристалізаційної диференціації магм. Геохімічні ознаки кристалізації розплавів за фракційною моделлю.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 6. Геохімія ендогенних систем (2) Магматичні та УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 6. Геохімія ендогенних систем (2) Магматичні та магматогенно-гідротермальні системи. (2) n n n n Роль комбінованих коефіцієнтів розподілу хімічних елементів та розчинності акцесорних мінералів в магматичній еволюції. Ефективність фракціювання та контамінація розплавів як фактори магматичної еволюції. Їх геохімічне значення. Використання експериментальних даних щодо розчинності акцесорних фаз в силікатних розплавах для визначення температурного режиму функціювання магматичних систем. Флюїдний режим магматичної еволюції та його геохімічне значення. Розчинність води в розплавах, засоби визначення їх водонасиченості. Умови генерації магматогенних флюїдів. Розподіл елементів між рідкою (розплав) та флюїдною фазами магмтичних систем. Методи визначення коефіцієнтів розподілу флюїд/розплав. Їх геохімічне та практичне значення. Формування магматичних, пегматитових та магматогенно-гідротермальних рудних родовищ в ході магматичної еволюції. Геохімічні критерії потенційної рудогенеруючої спроможності магм. Комплексування різних теоретичних моделей поведінки елементів при частковому плавленні та кристалізації розплавів в дослідженні зв’язку та співвідношення процесів генерації магм та їх подальшої еволюції.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 6. Геохімія ендогенних систем (3) Метаморфічні системи. УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 6. Геохімія ендогенних систем (3) Метаморфічні системи. n n n Типи метаморфізму. Сучасні та палеогеотермічні градієнти, методи їх визначення. Фації та фізико-хімічні умови регіонального метаморфізму. Поведінка хімічних елементів в процесі регіонального метаморфізму. Геохімічні ознаки первинного складу метаморфічних порід. Метаморфічні системи як джерело рудоносних гідротермальних розчинів. Формування метаморфогенних рудних родовищ. Гідротермально-метасоматичні системи. n n Джерела гідротермальних розчинів, їх склад та фізико-хімічні умови існування. Метасоматична зональність, інфільтраційний та дифузійний типи метасоматозу. Міграція елементів в гідротермальних розчинах, фільтраційних ефект, його геохімічна роль. Геохімічні риси головних продуктів гідротермального та метасоматичного процесів. Геохімічний взаємозв’язок ендогенних рудоутворюючих систем.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 7. Геохімія седиментогенезу n n n Хімічний УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 7. Геохімія седиментогенезу n n n Хімічний склад та розповсюдженість осадової оболонки Землі. Геохімія процесів вивітрювання в арідних та гумідних кліматичних зонах. Колоїди в земній корі. Типи літогенезу та його фізико-хімічні фактори (температура, тиск, окисно-відновні умови тощо). Процеси галогенезу. Роль органічної речовини у процесах осадкоутворення. Геохімія основних типів осадових порід. Головні геохімічні типи осадочних родовищ та родовищ кори вивітрювання.

УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 8. Геохімічна еволюція Землі. n n n УЗАГАЛЬНЕНИЙ НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ: 8. Геохімічна еволюція Землі. n n n n Геохімічна диференціація первинної земної речовини. Формування мантії та ядра. Примітивна мантія Землі як джерело речовини для формування земної кори. Виникнення системи мантія — кора та загальна спрямованість її еволюції. Часткове плавлення на мантійному та коровому рівні глибин і подальша магматична еволюція розплавів як головний механізм формування континентальної кори. Роль мантійних геохімічних резервуарів в цьому процесі. Формування океанічної кори. Роль процесу корового рециклювання в геохімічній еволюції верхньої мантії та земної кори в цілому. Сучасні моделі росту континентальної кори та взаємовідносин мантія — кора. Дегазація мантії та її геохімічне значення. Головні тенденції еволюції та геохімічний взаємозв’язок процесів седиментогенезу, магматизму, метаморфізму. Металогенічні епохи, їх практичне значення.

Тобто, загальний план курсу: 1. Поняття про сучасну геохімію 2. Методи геохімії 3. Загальна Тобто, загальний план курсу: 1. Поняття про сучасну геохімію 2. Методи геохімії 3. Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер 4. Хімічні елементи та їх ізотопи в геохімії n Будова та розміри атомів та іонів n Ізотопи та радіоактивність n Геохімічна класифікація елементів. 5. Фактори, які контролюють розподіл хімічних елементів в геосферах. (1) n Головні поняття та засоби, які використовуються в дослідженні розподілу елементів n Структурний контроль розподілу елементів. n Термодинамічний контроль розподілу елементів. n Кінетичний контроль розподілу елементів. n Поєднаний вплив структурного, термодинамічного та кінетичного факторів на розподіл елементів в геологічних об’єктах (на прикладі сучасних моделей поведінки рідкісних елементів в процесах часткового плавлення та кристалізації розплавів). Розсіяний та концентрований стан елементів в природі, інтенсивність та типи їх міграції. 6. Геохімія ендогенних систем n Магматичні та магматогенно-гідротермальні системи n Метаморфічні системи n Гідротермально-метасоматичні системи n Геохімічний взаємозв’язок ендогенних рудоутворюючих систем 7. Геохімія седиментогенезу 8. Геохімічна еволюція Землі n

Тобто, загальний план курсу: ОБНОВЛЯЕМЫЙ ВАРИАНТ 1. Поняття про сучасну геохімію та її методи Тобто, загальний план курсу: ОБНОВЛЯЕМЫЙ ВАРИАНТ 1. Поняття про сучасну геохімію та її методи 2. Хімічні елементи в геохімії n Будова атомів та іонів n Важливі для геохімії властивості хімічних елементів n Геохімічна класифікація елементів 3. Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер 4. Фактори, які контролюють розподіл хімічних елементів в геосферах n Головні поняття та засоби, які використовуються в дослідженні розподілу елементів n Структурний контроль розподілу елементів. n Термодинамічний контроль розподілу елементів. n Кінетичний контроль розподілу елементів. n Поєднаний вплив структурного, термодинамічного та кінетичного факторів на поведінку елементів в геохімічних процесах. n Розсіяний та концентрований стан елементів в природі, інтенсивність та типи їх міграції. 5. Ізотопи та радіоактивність 6. Геохімія ендогенних систем n Магматичні та магматогенно-гідротермальні системи n Метаморфічні системи n Гідротермально-метасоматичні системи n Геохімічний взаємозв’язок ендогенних рудоутворюючих систем 7. Геохімія седиментогенезу 8. Геохімічна еволюція Землі 9. Значення геохімії для вирішення актуальних теоретичних та прикладних задач

 Повернемось до ряду дисциплін геохімічного профілю: “Основи аналітичної геохімії” – “Методи дослідження мінеральної Повернемось до ряду дисциплін геохімічного профілю: “Основи аналітичної геохімії” – “Методи дослідження мінеральної речовини” – “Основи фізична геохімія” – “Основи космохімії” – “Основи геохімії” – “Основи ізотопної геохімії” – “Геохімічні методи пошуків” – “Методи обробки геохімічних даних”. – лабораторні заняття Цей ряд продовжується у магістерській програмі за спеціальністю “геохімія і мінералогія”: “Прикладна фізична геохімія”, „Методи фізико-хімічного моделювання геологічних процесів”, „Методи ізотопної геохронології” тощо.

Зв’язок геохімії з іншими науками Геологія: Мінералогія Космологія Геохімія Космогонія Петрологія Космохімія Астрономія Прикладні Зв’язок геохімії з іншими науками Геологія: Мінералогія Космологія Геохімія Космогонія Петрологія Космохімія Астрономія Прикладні дисципліни Хімія Фізика Астрофізика

Завдання для самостійної роботи: n n Визначення науки “Геохімія” Галузі використання геохімічних даних Рекомендована Завдання для самостійної роботи: n n Визначення науки “Геохімія” Галузі використання геохімічних даних Рекомендована література, інтернет-ресурси.

ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ n n n Основна: Барабанов В. Ф. Геохимия. — Л. : ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ n n n Основна: Барабанов В. Ф. Геохимия. — Л. : Недра, 1985. — 422 с. Войткевич Г. В. , Закруткин В. В. Основы геохимии. — М. : Высшая школа, 1976. - 365 с. Мейсон Б. Основы геохимии — М. : Недра, 1971. — 311 с. Хендерсон П. Неорганическая геохимия. — М. : Мир, 1985. — 339 с. Тугаринов А. И. Общая геохимия. — М. : Атомиздат, 1973. — 288 с. Додаткова: n n n Войткевич Г. В. , Кокин А. В. , Мирошников А. Е. , Прохоров В. Г. Справочник по геохимии. — М. : Недра, 1990. — 480 с. Geochemistry and Mineralogy of Rare Earth Elements / Ed. : B. R. Lipin & G. A. Mc. Kay. – Reviews in Mineralogy, vol. 21. — Mineralogical Society of America, 1989. – 348 p. White W. M. Geochemistry -2001

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 2 Поняття про сучасну геохімію: історія виникнення та ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 2 Поняття про сучасну геохімію: історія виникнення та розвитку геохімії, її сучасні завдання та розділи

Геохімія – молода наука. Історія її створення та розвитку є типовою для багатьох перспективних Геохімія – молода наука. Історія її створення та розвитку є типовою для багатьох перспективних наукових галузей (ядерна фізика, космохімія, космологія, космохімія тощо). Головні періоди (етапи) історії геохімії Головні назвемо таким чином: Етап 1. “Загальнонауковий”: античність – друга половина XIX сторіччя н. е. Етап 2. “Етап формування та інтенсивного розвитку”: друга половина XIX сторіччя – 1950 -ті. . . 1960 -ті роки Етап 3. “Сучасний” : 1960 -ті роки – 2020 -ті ? ? ? роки Зауважимо що: 3 -й етап, звичайно, не є останнім. Вже зараз (починаючи з кінця 1980 -х – початку 1990 -х років) спостерігаються наявні ознаки переходу до наступного етапу розвитку геохімії та всього комплексу споріднених дисциплін. Назвемо цей етап “перспективним”. Хронологічні межи цього та інших етапів, а також реперні ознаки переходу від одного етапу до іншого раціонально обгрунтувати надаючи їх коротку характеристику.

Тому ІСТОРІЮ нашої дисципліни ми розглянемо більш широко. Поділемо її (звичайно умовно) на три Тому ІСТОРІЮ нашої дисципліни ми розглянемо більш широко. Поділемо її (звичайно умовно) на три періоди (етапи), які не мають чітких хронологічних меж. При цьому ми обов’язково будемо брати до уваги зв’язки КОСМОХІМІЇ з іншими науковими дисциплінами, перш за все з астрономією, астрофізикою, фізикою та геохімією, які ми вже розглядали раніше: Геологія: Мінералогія Космологія Геохімія Космогонія Петрологія Космохімія Астрономія Прикладні дисципліни Хімія Фізика Астрофізика

Етап 1: “Загальнонауковий” (античність – друга половина XIX сторіччя) Характризується поступовим, але дуже повільним Етап 1: “Загальнонауковий” (античність – друга половина XIX сторіччя) Характризується поступовим, але дуже повільним процесом відкриття хімічних елементів, а також накопичення інформації щодо хімічног складу мінералів, гірських порід та інших природних об’єктів. Значна частина х. е. саме й відкрита при дослідженні мінералів, гірських порід та природних мінералізованих вод. У XIX сторіччі цей процесс значно прискорився. Оскільки науки геохімії ще не існувало, приоритет у цих дослідженнях належить спочатку вченим широкого профілю, а потім – мінералогам та хімікам: n n n Античність – Теофраст, Пліній (перші спорстереження над хімічними процесами у земній корі та їх загальнофілософська інтерпретація з позицій, які ми зараз вважаємо геохімічними). XVII-XVIII сторіччя – англієць Р. Бойль (перші дослідження хімії атмосфери та природних вод), росіянин М. Ломоносов (обгрунтування значення хімії у дослідженні процесів формування вугілля, торфу, нафти), француз А. Лавуазьє (засади геохімії газів атмосфери та геохімії природних вод). . . . Перша половина XIX сторіччя – шведський хімік Берцеліус (великі, піонерські праці у галузі хім. аналізу порід, мінералів, вод, а також відкриття багатьох хімічних елементів – Th, Ce, Se, одержання у чистому вигляді Si, Ti, Zr), англійський мінералог В. Філіпс ще у 1815 р. зробив сбробу оцінити середній вміст елементів (10 шт. ) у земній корі, іншу таку спробу зробили німці К. Шпренгель та І. Брейтгаупт, які створили, за думкою В. І. Вернадського, пробраз кларків. Більш того, у 1838 р. з’явився термін “Геохімія” (Шонбейн, Швейцарія). [До речі, термін “геологія” введено лише на 60 років раніше - у 1778 р. (англіець швейцарського походження Жан Де Люк)] Висновок: У середині с XIX сторіччя вчені різних спеціальностей (хіміки мінералоги) сформували всі передумови створення геохімії як окремої науки. Але недостатність існуючого фактичного (емпіричного) матеріалу та недостатній рівень розвитку засобів його одержання (аналітичні методи) заважали зробити наступний крок.

Етап 2. “Етап формування та інтенсивного розвитку”: друга половина XIX сторіччя – 1950 -ті. Етап 2. “Етап формування та інтенсивного розвитку”: друга половина XIX сторіччя – 1950 -ті. . . 1960 -ті роки Передумовою цього етапу є бурхливий науково-технічний розвиток: n n n Густав Кирхгоф та Роберт Бунзен (Гейдельберг, Німеччина) – винайдення першого спектроскопу (1859 р. ), що призвело до широкого застосування спектрального аналізу для дослідження різноманітних гірських порід, Сонця, зірок. Так, вже у 1868 р. англійці Дж. Локьер та Н. Погсон за допомогою цього методу відкрили на Сонці новий елемент – гелій. (Cs, Rb …). Зауважимо, що для цього вже тоді застосовувався саме ФІЗИЧНИЙ метод, що харктерно для всього подальшого розвитку геохімії. Д. І. Менделєєв (Росія) – відкриття періодичного закону (1869 р. ) Бурхливий розвиток аналітичної хімії. Це забезпечило широкі можливості одержання даних щодо концентрацій головних та мікроелементів (major and trace elements) у гірських породах, мінералах тощо, а також теоретичну базу для ынтерпретацыъ цих даних. Але дійсне створення сучасної ГЕОХІМІЇ почалось з праць трьох засновників цієї науки – Кларка (США), Вернадського (Росія) та Гольдшмідта (Германія, Норвегія) Познайомимось з цими видатними вченими

Френк Уиглсуорт Кларк (Frank Wigglesworth Clarke ) 19. 03. 1847, Бостон — 23. 05. Френк Уиглсуорт Кларк (Frank Wigglesworth Clarke ) 19. 03. 1847, Бостон — 23. 05. 1931, Вашингтон Видатний американский геохимик, член Академии искусств и наук (1911). 1867 р. — закінчив Гарвардський університет 1874 -1883 рр. — профессор университета в Цинциннати. 1883 -1924 рр. — головний хімік Геологічної Служби США (USGS). Головні праці присвятив дослідженню хімічного складу різноманітних геологічних утворень. Вперше коректно оцінив середній склад земної кори (визначив кларки елементів).

Владимир Иванович Вернадский 28. 02. 1863, СПб — 6. 01. 1945, Москва Владимир Иванович Владимир Иванович Вернадский 28. 02. 1863, СПб — 6. 01. 1945, Москва Владимир Иванович Вернадский родился в Санкт-Петербурге. В 1885 окончил физико-математический факультет Петербурского университета. В 1898 — 1911 профессор Московского университета. В круг его интересов входили геология и кристаллография, минералогия и геохимия, радиогеология и биология, биогеохимия и философия. Деятельность Вернадского оказала огромное влияние на развитие наук о Земле, на становление и рост АН СССР, на мировоззрение многих людей. В 1915 — 1930 председатель Комиссии по изучению естественных производственных сил России, был одним из создателей плана ГОЭЛРО. Комиссия внесла огромный вклад в геологическое изучение Советского Союза и создание его независимой минерально-сырьевой базы. С 1912 академик РАН (позже АН СССР ). Один из основателей и первый президент ( 27 октября 1918) Украинской АН. С 1922 по 1939 директор организованного им Радиевого института. В период 1922 — 1926 работал за границей в Праге и Париже. Опубликовано более 700 научных трудов. Основал новую науку — биогеохимию, и сделал огромный вклад в геохимию. С 1927 до самой смерти занимал должность директора Биогеохимической лаборатории при АН СССР. Был учителем целой плеяды советских геохимиков. Наибольшую известность принесло учение о ноосфере. Создал закон о повсеместной распространенности х. э. Первым широко применял спектральный анализ.

Виктор Мориц Гольдшмидт (Victor Moritz Goldschmidt) 27. 01. 1888, Цюрих — 20. 03. 1947, Виктор Мориц Гольдшмидт (Victor Moritz Goldschmidt) 27. 01. 1888, Цюрих — 20. 03. 1947, Осло Виктор Мориц Гольдшмидт родился в Цюрихе. Его родители, Генрих Д. Гольдшмидт (Heinrich J. Goldschmidt) и Амели Коэн (Amelie Koehne) назвали своего сына в честь учителя отца, Виктора Майера. Семья Гольдшмидта переехала в Норвегию в 1901 году, когда Генрих Гольдшмидт получил должность профессора химии в Кристиании (старое название Осло). Первая научная работа Гольдшмидта называлась «Контактовый метаморфизм в окрестностях Кристиании» . В ней он впервые применил термодинамическое правило фаз Гиббса к геологическим объектам. Серия его работ под названием «Геохимия элементов» (Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente) считается началом геохимии. Работы Гольдшмидта о атомных и ионных радиусах оказали большое влияние на кристаллохимию. Гольдшмидт предложил геохимическую классификации элементов, закон изоморфизма названый его именем. Выдвинул одну из первых теорий относительно состава и строения глубин Земли, причем предсказания Гольдшмидта подтвердились в наибольшей степени. Одним из первых рассчитал состав верхней континентальной коры. Во время немецкой оккупации Гольдшмидт был арестован, но незадолго до запланированной отправки в концентрационный лагерь был похищен Норвежским Сопротивлением, и переправлен в Швецию. Затем он перебрался в Англию, где жили его родственники. После войны он вернулся в Осло, и умер там в возрасте 59 лет. Его главный труд — «Геохимия» — был отредактирован и издан посмертно в Англии в 1954 году.

Тісна співпраця наук та їх провідних представників: Важливим є те, що результати досліджень перелічених Тісна співпраця наук та їх провідних представників: Важливим є те, що результати досліджень перелічених дисциплін були комплементарними. Так, наприклад, геохімія разом з астрономією забезпечувала одержання оцінок космічної розповсюдженості елементів, а фізика розробляла моделі нуклеосинтезу, які дозволяли теоретично розрахувати розповсюдженість елементів виходячи з кожної моделі. Зрозуміло, що відповідність емпіричних та модельних оцінок є критерієм адекватності моделі. Використання такого класичного підходу дозволило помітно вдосконалити теорію нуклеосинтезу та космологічні концепції, перш за все концепцію «Великого Вибуху» . Така співпраця між геохімією та фізикою була тісною та плідною. Її ілюструє досить рідкісне фото цього слайду. В. М. Гольдшмідт та А. Ейнштейн на одному з о-вів Осло-фіорду (Норвегія), де вони знайомились з палеозойскими осадочними породами (1920 р. )

Ферсман Олександр Євгенович (1883, СПб – 1945, Сочі) n Навчався: Новоросійський та Московський ун-ти, Ферсман Олександр Євгенович (1883, СПб – 1945, Сочі) n Навчався: Новоросійський та Московський ун-ти, учень В. І. Вернадського , який керував його першими роботами. n Аспірантура — Германія (рук. — В. М. Гольдшмидт), присвячена дослідженню кристалів алмазу (монография «Алмаз» ). n У 1912 р. О. Є. Ферсман стає професором Московського університету, де читає перший у світі курс геохімії. n 1917 -1945 рр. — директор Мінералогічного музею РАН, який зараз носить його ім’я. n 1920 р. — інициатор створення першого у СРСР Ільменського державного наукового заповідника. n 1920 -30 -ті рр. — відкриття унікальних родовищ світового класу — Мончегорського мідно-нікелевого та Хибинського апатитового. n 1930 -ті рр. — фундаментальна праця «Геохімія» (4 т. ), праці в області геохімії космосу та прикладної (пошукової) геохімї, детальне, класичне дослідження пегматитів (монографія «Мінералогія гранітних пегматитів» ). n Академік СПб Імператорської Академії Наук з 1912 р. , академік АН СРСР (РАН) з 1919 р. Віце-президент АН СРСР (1926 -1929 рр. ).

Александр Павлович Виноградов n n n 9. 08. 1895, СПб — 16. 11. 1975, Александр Павлович Виноградов n n n 9. 08. 1895, СПб — 16. 11. 1975, Москва n Ученик и ближайший сотрудник В. И. Вернадского. Окончил Военно-медицинскую академию и химический факультет Ленинградского университета в 1924 г. Академик АН СССР (1953), вице-президент АН СССР (1967 -1975). Ддиректор института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР с 1947 г. Основатель его прецизионной аналитической базы. В 1953 г. основал и возглавил кафедру геохимии геологического факультета МГУ, зав. кафедрой геохимии МГУ (1953 -1975 гг. ) Геохимии: проводил идею создания физико-химической теории геологических процессов. Оопределил средний состав главных пород Земли. Предложил гипотезу универсального механизма образования оболочек планет на основе зонного плавления силикатной фазы и разработал представление о химической эволюции Земли. Развил в СССР геохимию изотопов и геохимию океана и методы изотопной геохронологии. Биогеохимия: ввёл понятие «биогеохимические провинции» , развил биогеохимический метод поисков полезных ископаемых. Космохимия: хим. состав метеоритов, планет (Луна, Венера).

Бурксер Євген Самійлович • Піонер ізотопно-геохімічних та геохронологічних досліджень в Україні • • Проф. Бурксер Євген Самійлович • Піонер ізотопно-геохімічних та геохронологічних досліджень в Україні • • Проф. Київського Університету • Більшу частину життя працював у Інституті Геологічних наук НАНУ

Етап 3. “Сучасний” : 1960 -ті роки – 2020 -ті ? ? ? роки Етап 3. “Сучасний” : 1960 -ті роки – 2020 -ті ? ? ? роки Ми можемо сказати, що саме починаючи з цього етапу почалась епоха “кількісної геохімії”. Передумовою цього етапу є подальший, ще більш інтенсивний науково-технічний розвиток: n n n Розвиток аналітичної техніки (ICP, MS, XRF, EMP, PMP, SHRIMP, LA-ICP-MS) Широке застосування фізико-хімічних підходів до інтерпретації геохімічних даних Широке використання експериментальних досліджень – моделюються системи, які наближені до прирородних (магматичних, гідротермальних) Застосування методів математичного моделювання геохімічних процесів Широке використання численних новітніх космохімічних даних Все це зумовило перехід до створення комплексних геохімічних (петрологогеохімічних) моделей ендогенних та екзогенних систем, в тому числі до моделей, які описують міграцію елементів при формуванні геосфер Землі (моделі планетарного масштабу). Таким чином, геохімія починає “віддавати”свої потужні моливості в петрологію, мінералогію, геодинаміку. . Поступово вона стає узагальнюючою науковою дисципліною, яка саме й спроможна сформувати коректне, повне та системне уявлення про планетарну еволюцію планети Земля та її геосфер. Звичайно, що такий розвиток можливостей призвів й до розквіту прикладних розділів геохімії, насамперед пошукової та екологічної геохімії. В сучасних умовах геохімія займає почесне місце серед найбільш розвинутих геологічних дисциплін. Перелік видатних постатей серед вчених, які внесли суттєвий внесок у розвиток геохімії на 3 -му етапі її розвитку дуже великий. В цьому переліку звичайно такі вчені як С. Р. Тейлор, Мак-Леннан, К. Г. Ведеполь, В. Гриффин, Д. Шоу, В. Уайт, багато інших закордонних дослідників, а також:

Коржинский Дмитрий Сергеевич (1899 -1985) – один из крупнейших петрологов и геохимиков всего 20 Коржинский Дмитрий Сергеевич (1899 -1985) – один из крупнейших петрологов и геохимиков всего 20 -го века. Создатель: (1) теории термодинамически открытых систем с вполне подвижными компонентами, которые являются моделью природных минералообразующих процессов, (2) теории метасоматических процессов и формирования метасоматической зональности (диффузионный и инфильтрационный типы), (3) теории кислотно-основной эволюции постмагматических гидротермальных растворов, (4) гипотезы о потоках трансмагматических флюидов …… Жариков Вилен Андреевич. Академик РАН, доктор геол. мин. наук, директор Института экспериментальной минералогии АН СССР, профессор, зав. кафедрой геохимии геологического факультета МГУ, Опубликовал более 300 научных работ в оласти теоретической и экспериментальной геохимии, минералогии, петрологии Рябчиков Игорь Дмитриевич - геохимик, доктор геол. -мин. наук, профессор кафедры геохимии геологического факультета МГУ, академик РАH. Создатель теории поведения элементов-примесей в магматических системах, предложил термодинамические методы оценки коэффициента распределения, провел комплекс экспериментальных исследований систем, моделирующих процессы формирования рудоносных флюидов при кристаллизации магм. Первым выполнил серию экспериментальных исследований, которые позволили установить механизм генерации алмазоносных лампроитовых и кимберлитовых магм.

Сучасна геохімія є цільною та системною, але й досит розгалудженою наукою. Які ж задачі Сучасна геохімія є цільною та системною, але й досит розгалудженою наукою. Які ж задачі вона вирішує та які ж розділи входять до її складу? Відповідаючи на це запитання слід пригадати загальні зв’язки геохімії з іншими природничими дисциплінами, які ми вже розглідали раніше: Геологія: Космологія Мінералогія Геохімія Космогонія Петрологія Космохімія Прикладні дисципліни Хімія Фізика Астрономія Астрофізика

Тобто, найважливіші задачі геохімії: n n n Визначення відносної та абсолютної розповсюдженості хімічних елементів Тобто, найважливіші задачі геохімії: n n n Визначення відносної та абсолютної розповсюдженості хімічних елементів та їх ізотопів в геосферах Землі та інших планет (зв’язок з КОСМОХІМІЄЮ!). Дослідження розподілу та міграції хімічних елементів при формуванні геосфер Землі та у їх межах. Визначення факторів, що контролюють поведінку елементів у геохімічних процесах їх міграції, розсіяння та концентрування. Встановлення законів та закономірностей поведінки елементів в процесах формування геосфер Землі та функціонування природних, в тому числі рудогенеруючих систем. Вирішення прикладних завдань (пошукова геохімія та екологічна геохімія).

Розділи геохімії: n n n n n Геохімія геосфер (кори, мантії, атмосфери, гідросфери). Геохімія Розділи геохімії: n n n n n Геохімія геосфер (кори, мантії, атмосфери, гідросфери). Геохімія природних, в тому числі рудогенеруючих систем/процесів (магматичних, гідротермальних, метаморфічних, тощо). Геохімія окремих елементів та їх груп (геохімія платиноїдів, елементів групи заліза, рідкісних елементів, рідкісноземельних елементів, радіоактивних елементів, тощо). Ізотопна геохімія (визначення віку геологічних утворень, встановлення генетичного зв’язку рудної речовини з різноманітними ендогенними джерелами, оцінка пропорцій змішування різних джерел та їх хімічного складу, термометрія). Біогеохімія. Геохімія техногенезу та екологічна геохімія. Пошукова геохімія. Аналітична геохімія. . .

Ці завдання геохімія вирішує за допомогою раціональної системи методів - дослідницьких “інструментів” кожного її Ці завдання геохімія вирішує за допомогою раціональної системи методів - дослідницьких “інструментів” кожного її розділу: n n Аналітичні методи. Статистичний аналіз. Термодинамічний аналіз. Кількісне геохімічне моделювання процесів та систем.

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 3 Методи геохімії ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 3 Методи геохімії

Тобто, найважливіші задачі геохімії: n n n Визначення відносної та абсолютної розповсюдженості хімічних елементів Тобто, найважливіші задачі геохімії: n n n Визначення відносної та абсолютної розповсюдженості хімічних елементів та їх ізотопів в геосферах Землі та інших планет (зв’язок з КОСМОХІМІЄЮ!). Дослідження розподілу та міграції хімічних елементів при формуванні геосфер Землі та у їх межах. Визначення факторів, що контролюють поведінку елементів у геохімічних процесах їх міграції, розсіяння та концентрування. Встановлення законів та закономірностей поведінки елементів в процесах формування геосфер Землі та функціонування природних, в тому числі рудогенеруючих систем. Вирішення прикладних завдань (пошукова геохімія та екологічна геохімія).

Розділи геохімії: n n n n n Геохімія геосфер (кори, мантії, атмосфери, гідросфери). Геохімія Розділи геохімії: n n n n n Геохімія геосфер (кори, мантії, атмосфери, гідросфери). Геохімія природних, в тому числі рудогенеруючих систем/процесів (магматичних, гідротермальних, метаморфічних, тощо). Геохімія окремих елементів та їх груп (геохімія платиноїдів, елементів групи заліза, рідкісних елементів, рідкісноземельних елементів, радіоактивних елементів, тощо). Ізотопна геохімія (визначення віку геологічних утворень, встановлення генетичного зв’язку рудної речовини з різноманітними ендогенними джерелами, оцінка пропорцій змішування різних джерел та їх хімічного складу, термометрія). Біогеохімія. Геохімія техногенезу та екологічна геохімія. Пошукова геохімія. Аналітична геохімія. . .

Ці завдання геохімія вирішує за допомогою раціональної системи методів - дослідницьких “інструментів” кожного її Ці завдання геохімія вирішує за допомогою раціональної системи методів - дослідницьких “інструментів” кожного її розділу: n n Аналітичні методи. Статистичний аналіз. Термодинамічний аналіз. Кількісне геохімічне моделювання процесів та систем.

Класифікація базових аналітичних методів геохімії Аналітичні методи Валові методи: аналіз макроб’єктів (породи. . . Класифікація базових аналітичних методів геохімії Аналітичні методи Валові методи: аналіз макроб’єктів (породи. . . ) Визначення елементного складу Макрокомпоненти Визначення ізотопного складу Мікрокомпоненти Локальні методи: аналіз мікроб’єктів (мінерали. . ) Визначення елементного складу Визначення ізотопного та елементного складу Мас-спектрометрія (MS) Електронно-зондовий мікроаналіз (EMP) Рентгенофлуоресцентна спектрометрія (XRF) Методи “мокрої хімії” Рентгено-флуоресцентна спектрометрія (XRF) LA-ICP-MS Протонно-зондовий мікроаналіз (PMP, PIXE) Атомно-емісійна спектрометрія з індуктивно зв’язаною плазмою (ICP-AES) SIMS (SHRIMP) XRF-MP/SG Мас-спектрометрія з індуктивно зв’язаною плазмою (ICP-MS) ( Атомно-абсорбційна спектроскопія (AAS) (

Кларки провідних петротипів (сине) та ідеалізовані вимоги (максимальні та мінімільні) до межі визначення (МВ) Кларки провідних петротипів (сине) та ідеалізовані вимоги (максимальні та мінімільні) до межі визначення (МВ) елементів (червоне): Максимальні вимоги: МВ = 0. 1 мінімального кларку елемента Мінімальні вимоги: МВ = 0. 2 кларку елемента в найбільш розповсюджених гірських породах

Реальні можливості (МВ) методу AAS-Flame у співсталенні з ідеалізованим вимогами: AAS-Flame - пламенная атомно-абсорбционная Реальні можливості (МВ) методу AAS-Flame у співсталенні з ідеалізованим вимогами: AAS-Flame - пламенная атомно-абсорбционная спектроскопия

Реальні можливості (МВ) методу ICP-AES у співсталенні з ідеалізованим вимогами: ICP-AES - атомно-эмиссионная спектроскопия Реальні можливості (МВ) методу ICP-AES у співсталенні з ідеалізованим вимогами: ICP-AES - атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно -связанной плазмой;

Реальні можливості (МВ) методу ICP-MS у співсталенні з ідеалізованим вимогами: ICP-MS - масс-спектрометрия с Реальні можливості (МВ) методу ICP-MS у співсталенні з ідеалізованим вимогами: ICP-MS - масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой

Реальні можливості (МВ) методу AES-Arc у співсталенні з ідеалізованим вимогами: AES-Arc - атомно-эмиссионная спектроскопия Реальні можливості (МВ) методу AES-Arc у співсталенні з ідеалізованим вимогами: AES-Arc - атомно-эмиссионная спектроскопия с дуговой атомизацией

Реальні можливості (МВ) методу XRF у співсталенні з ідеалізованим вимогами: XRF - рентгенофлуоресцентная спектроскопия Реальні можливості (МВ) методу XRF у співсталенні з ідеалізованим вимогами: XRF - рентгенофлуоресцентная спектроскопия

Реальні можливості (МВ) методу INAA у співсталенні з ідеалізованим вимогами: INAA - инструментальный нейтронно-активационный Реальні можливості (МВ) методу INAA у співсталенні з ідеалізованим вимогами: INAA - инструментальный нейтронно-активационный анализ.

Реальні можливості (МВ) методу ICP-MS при аналізі розчинів: ICP-MS - масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой Реальні можливості (МВ) методу ICP-MS при аналізі розчинів: ICP-MS - масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой

Метод ICP-MS на теперешній час – найбільш перспективний: ICP-MS - масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой Метод ICP-MS на теперешній час – найбільш перспективний: ICP-MS - масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой

Контроль систематичної похибки елементного аналізу гірських порід При визначенні концентрацій головних компонентів (макроелементів) При Контроль систематичної похибки елементного аналізу гірських порід При визначенні концентрацій головних компонентів (макроелементів) При визначенні концентрацій домішкових компонентів (мікроелементів)

НДЛ мінералого-геохімічних досліджень Методи дослідження: 4. Рентгенофлуоресцентний аналіз вмісту макрокомпонентів в порошкових пробах гірських НДЛ мінералого-геохімічних досліджень Методи дослідження: 4. Рентгенофлуоресцентний аналіз вмісту макрокомпонентів в порошкових пробах гірських порід та інших неорганічних матеріалів Спектрометр рентгенівський багатоканальний СРМ-25 Результати визначення концентрації Si. O 2 в стандартних зразках гірських порід з використанням методу фундаментальних параметрів (рожеве) та альфа-корекції (жовте)

Енергодисперсійний спектр стандартного зразка VS-N (Франція) Енергодисперсійний спектр стандартного зразка VS-N (Франція)

Класифікація базових аналітичних методів геохімії Аналітичні методи Валові методи: аналіз макроб’єктів (породи. . . Класифікація базових аналітичних методів геохімії Аналітичні методи Валові методи: аналіз макроб’єктів (породи. . . ) Визначення елементного складу Макрокомпоненти Рентгенофлуоресцентні методи (XRF) Методи “мокрої хімії” Локальні методи: аналіз мікроб’єктів (мінерали. . ) Визначення ізотопного складу Мікрокомпоненти Рентгенофлуоресцентні методи (XRF) Визначення ізотопного та елементного складу AAS Електронно-зондовий мікроаналіз (EMP) LA-ICP-MS Протонно-зондовий мікроаналіз (PMP) Мас-спектрометрія (MS) ICP-AES ICP-MS Визначення елементного складу SIMS (SHRIMP)

Принципова схема електронного мікроскопа-мікроаналізатора 1 - нитка накалювання; 2 – електронна гармата; 3 – Принципова схема електронного мікроскопа-мікроаналізатора 1 - нитка накалювання; 2 – електронна гармата; 3 – конденсорна лінза; 4 – стабілізація струму зонда; 5 – освітлення зразка; 6 – об’єктивна лінза; 7 – підсилювач; 8 – вихід пропорційного лічильника; 9 – амплітудний аналізатор імпульсів; 10 - рахункова схема; 11 – інтенсиметр або персональний комп’ютер; 12 – спектрометр м’якого рентгенівського випромінювання; 13 – вихід сцинтиляційного лічильника; 14 – спектрометр жорсткого рентгенівського випромінювання; 15 – зразок; 16 – самопис або принтер.

Електронно-зондовий мікроаналіз (EMP) X-ray Mapping of a zoned Garnet. CAMECA SX 100 Електронно-зондовий мікроаналіз (EMP) X-ray Mapping of a zoned Garnet. CAMECA SX 100

НДЛ мінералого-геохімічних досліджень Методи дослідження: 3. Електронно-мікрозондовий аналіз хімічного складу мінералів та інших неорганічних НДЛ мінералого-геохімічних досліджень Методи дослідження: 3. Електронно-мікрозондовий аналіз хімічного складу мінералів та інших неорганічних сполук Розподіл концентрацій Si. O 2, Al 2 O 3, K 2 O, Na 2 O та Ca. O вздовж зерна калієвого польового шпату розміром 0, 2 мм Модифікований електронний мікроскоп мікроаналізатор РЕММА-202 М

НДЛ мінералого-геохімічних досліджень Методи дослідження: 6. Рентгенофлуоресцентний аналіз хімічного складу поодиноких зерен мінералів розміром НДЛ мінералого-геохімічних досліджень Методи дослідження: 6. Рентгенофлуоресцентний аналіз хімічного складу поодиноких зерен мінералів розміром від 0. 02 мм Принципова схема та діючий спектрометр для дослідження поодиноких зерен мінералів (розробка НДЛ)

Енергодисперсійний спектр стандартного зразка VS-N (Франція) Енергодисперсійний спектр стандартного зразка VS-N (Франція)

Принципова схема магнітного мас-спектрометра Принципова схема магнітного мас-спектрометра

Мас-спектрометрія вторинних іонів SIMS CAMECA IMS 7 f is a magnetic sector SIMS with Мас-спектрометрія вторинних іонів SIMS CAMECA IMS 7 f is a magnetic sector SIMS with top performances in trace element depth profiling and secondary ion microscopy. CAMECA IMS 1280 -LARGE RADIUS MAGNETIC SECTOR SIMS FOR GEOLOGY

LA-ICP-MS Мас-спектрометр Система лазерної абляції LA-ICP-MS Мас-спектрометр Система лазерної абляції

Систематическая и случайная погрешности метода LAM-ICP-MS по данным многократного контрольного анализа (N = 49) Систематическая и случайная погрешности метода LAM-ICP-MS по данным многократного контрольного анализа (N = 49) стандарта NIST 610 при исследовании элементного состава образцов сравнения Kovd-ZR и Kovd-AP.

Thorium mapping in zircon grain U/Pb Concordia diagram. Thorium mapping in zircon grain U/Pb Concordia diagram.

Сравнительная характеристика XRF-MP, LAM-ICP-MS и других современных локальных аналитических методов на основе принципиальных зависимостей Сравнительная характеристика XRF-MP, LAM-ICP-MS и других современных локальных аналитических методов на основе принципиальных зависимостей случайной погрешности анализа (V, %) от концентрации определяемых элементов (C, ppm). Для LAM-ICP-MS приведены оценки рядовых (1) и максимально точных [138] (2) определений.

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 4 Хімічні елементи в геохімії: будова атомів та ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 4 Хімічні елементи в геохімії: будова атомів та іонів

Атом: визначення Схематичне зображення атома гелію з електронною хмарою навколо і складним за будовою Атом: визначення Схематичне зображення атома гелію з електронною хмарою навколо і складним за будовою ядром А том (від грец. άτομοσ — неподільний, лат. відповідник - individuum) — найменша частинка хімічного елементу, яка зберігає всі його хімічні властивості. Атом складається з щільного ядра з позитивно заряджених протонів та електрично нейтральних нейтронів, яке оточене набагато більшою хмарою негативно заряджених електронів. Коли число протонів відповідає числу електронів, атом електрично нейтральний; в іншому випадку це є іон, з певним зарядом. Атоми класифікують відповідно до числа протонів та нейтронів: число протонів визначає хімічний елемент, а число нейтронів визначає ізотоп елементу. В кінці 19 -го та на початку 20 -го столітть, фізики відкрили першу з субатомних частинок — електрон, а дещо пізніше атомне ядро, таким чином показавши, що атом не є неподільний. Розвиток квантової механіки дозволив пояснити не лише будову атомів, а також іхні властивості: оптичні спектри, здатність вступати в реакції й утворювати молекули, тощо.

Атом: історія відкриття та дослідження Поняття атом, як і саме слово, має давньогрецьке походження, Атом: історія відкриття та дослідження Поняття атом, як і саме слово, має давньогрецьке походження, хоча істинність гіпотези про існування атомів знайшла своє підтвердження лише в 20 сторіччі. Першим почав проповідувати атомістичне вчення в 5 ст. до н. е філософ Левкіпп. Потім естафету підхопив його учень Демокріт (фото зверху праворуч). Основною ідеєю, яка стояла за даним поняттям протягом всіх сторіч, було уявлення про світ як про набір величезної кількості неподільних елементів, які є дуже простими за своєю структурою і існують від початку часів. Але це була лише ідея, яка дуже довго не знаходила свого експериментального підтвердження. В 17 -му та 18 -му сторіччі хіміки встановили, що хімічні речовини вступають в реакції в певних пропорціях, які виражаються за допомогою малих чисел. Крім того вони виділили певні найпростіші речовини, які назвали хімічними елементами. Ці відкриття призвели до відродження та розвитку ідеї про неподільні частинки. Але тільки в 19 столітті Джон Дальтон (1808 р. ) одержав свідчення існування атомів, але припускав, що вони неподільні. Ернест Резерфорд (1911) показав експериментально, що атом складається з ядра, оточеного негативно зарядженими частками — електронами.

Атом: будова Планетарна модель атома, запропонована Резерфордом Сучасні уявлення про будову атома базуються на Атом: будова Планетарна модель атома, запропонована Резерфордом Сучасні уявлення про будову атома базуються на квантовій механіці. Модель атома Нільса Бора На популярному рівні будову атома можна викласти у рамках хвильової моделі, яка опирається на модель Бора, але враховує також додаткові відомості з квантової механіки.

Атом: електронна конфігурація Ядро оточене електронною хмарою, яка займає більшу частину його об'єму. В Атом: електронна конфігурація Ядро оточене електронною хмарою, яка займає більшу частину його об'єму. В електронній хмарі можна виділити оболонки, для кожної з яких існує кілька можливих орбіталей. Заповнені орбіталі складають електронну конфігурацію, індивідуальну для кожного хімічного елемента. Схематичне зображення електронної конфігурації Ba Електронна конфігурація — формула розташування електронів на різних електронних оболонках атома хімічного елемента. З погляду квантової механіки, електронна конфігурація - це повний перелік одноелектронних хвильових функцій, із яких можна скласти повну хвильову функцію атома. Електронна конфігурація атома значною мірою визначає його хімічні властивості. Для позначення електронної конфігурації хімічного елементу використовують назви орбіталей: s, p, d, f, g. Перед назвою орбіталі стоїть основне квантове число, а верхній індекс після позначення орбіталі вказує на те, скільки електронів є на орбіталях даного сорту. Наприклад, для неону електронна конфігурація записується 1 s 22 p 6. Цей запис означає, що неон має два електрони на внутрішній s-орбіталі, 2 електрони на зовнішній s-орбіталі й 6 електронів на зовнішній p-орбіталі.

Атом: електронні конфігурації Кожна орбіталь може містити до двох електронів, що характеризуються трьома квантовими Атом: електронні конфігурації Кожна орбіталь може містити до двох електронів, що характеризуються трьома квантовими числами: основним (n = 1, 2…), орбітальним (l =0, 1, 2 … n-1), магнітним (m = 0, +1, +2 … +l ). Кожен електрон на орбіталі має унікальне значення четвертого квантового числа: спіну (ms = +1/2) Орбіталі визначаються специфічним розподілом ймовірності знаходження електрону. «Границею» орбіталі вважається відстань, на якій імовірність того що електрон може перебувати поза нею є меншою 90 %. Кожна орбиталь не може містити більше ніж 2 електрони з однаковим набіром трьох квантових чисел. Їх спіни повинні бути протилежними (принцип Паулі) Для позначення електронної конфігурації хімічного елементу використовують назви орбіталей: s, p, d, f, g (n = 1, 2…) Атоми можуть віддавати та приєднувати електрони, стаючи позитивно або негативно зарядженими іонами. Лише електрони зовнішньої оболонки можуть брати участь в утворенні міжатомних зв'язків. Хімічні властивості елемента визначаються тим, з якою легкістю ядро може віддавати або здобувати електрони. Це залежить як від числа електронів так і від ступеня заповненості зовнішньої оболонки.

Атом: електронні конфігурації Електро нна оболо нка — група вироджених або близьких за енергією Атом: електронні конфігурації Електро нна оболо нка — група вироджених або близьких за енергією електронних орбіталей атома. За принципом Паули , на кожній із оболонок може розташовуватися лише певне число електронів = 2 n 2, а емність кожної підоболонки — 2(2 l + 1). Из вышеприведённой схемы легко определяются ёмкости последовательных периодов: 2, 8, 8, 18, 32. . . Розрізняють внутрішні й зовнішні (валентні) електронні оболонки. Внутрішні оболонки відповідають за спектри рентгенівського випромінювання та спектри рентгенівського поглинання атомів. Зовнішні оболонки відповідають за хімічні властивості атома. Облолонки бувають заповненими, незаповненими та частково заповненими.

Атом: періодичний закон Д. І. Менделеєва Периодический закон Менделеева, фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение Атом: періодичний закон Д. І. Менделеєва Периодический закон Менделеева, фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д. И. Менделеевым в 1869 при сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных весов. Графическим (табличным) выражением П. з. явилась разработанная Менделеевым периодическая система элементов. Физический смысл П. з. был вскрыт лишь после выяснения того, что заряд ядра атома возрастает при переходе от одного химического элемента к соседнему (в периодической системе) на единицу элементарного заряда. Численно заряд ядра равен порядковому номеру (Z) соответствующего элемента в периодической системе, то есть числу протонов в ядре, в свою очередь равному числу электронов соответствующего нейтрального атома. Химические свойства атомов определяются структурой их внешних электронных оболочек, периодически изменяющейся с увеличением заряда ядра, и, следовательно, в основе П. з. лежит представление об изменении заряда ядра атомов, а не атомной массы элементов. Наглядная иллюстрация П. з. — кривые периодические изменения некоторых физических величин (ионизационных потенциалов, атомных радиусов, атомных объёмов) в зависимости от Z. Какого-либо общего математического выражения П. з. не существует.

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. В каждой подгруппе содержатся элементы, обладающие сходными химическими свойствами. Элементы а- и б-подгрупп в каждой группе, как правило, обнаруживают между собой определённое химическое сходство, главным образом в высших степенях окисления, которые, как правило, соответствуют номеру группы. Периодом называется совокупность элементов, начинающаяся щелочным металлом и заканчивающаяся инертным газом (особый случай — 1 -й период); каждый период содержит строго определённое число элементов. П. с. э. состоит из 8 групп и 7 периодов (7 -й не завершен).

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. Первый период содержит всего 2 элемента: H и He. Место H в системе неоднозначно: поскольку он проявляет свойства, общие со щелочными металлами и с галогенами, его помещают либо в Ia-, либо (предпочтительнее) в VIIa-подгруппу. Гелий — первый представитель VIIa-подгруппы (однако долгое время Не и все инертные газы объединяли в самостоятельную нулевую группу).

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. Второй период (Li — Ne) содержит 8 элементов. Он начинается щелочным металлом Li, единственная степень окисления которого равна I. Затем идёт Be — металл, степень окисления II. Металлический характер следующего элемента В выражен слабо (степень окисления III). Идущий за ним C — типичный неметалл, может быть как положительно, так и отрицательно четырёхвалентным. Последующие N, O, F и Ne — неметаллы, причём только у N высшая степень окисления V соответствует номеру группы; кислород лишь в редких случаях проявляет положительную валентность, а для F известна степень окисления VI. Завершает период инертный газ Ne.

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. Третий период (Na — Ar) также содержит 8 элементов, изменение их свойств во многом аналогично второму периоду. Однако Mg, в отличие от Be, более металличен, равно как и Al по сравнению с В, хотя Al присуща амфотерность. Si, Р, S, Cl, Ar — типичные неметаллы, но все они (кроме Ar) проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы. Т. о. , в обоих периодах по мере увеличения Z наблюдается ослабление металлического и усиление неметаллического характера элементов. Они наиболее распространены в природе, а С, N и O являются наряду с H основными элементами органической материи (органогенами). Все элементы 1 -3 периодов входят в подгруппы а.

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. Четвёртый период (K — Kr) содержит 18 элементов (первый большой период, по Менделееву). После щелочного металла K и щёлочноземельного Ca (s-элементы) следует ряд из десяти так называемых переходных элементов (Sc — Zn), или d-элементов (символы даны синим цветом), которые входят в подгруппы б соответствующих групп П. с. э. Большинство переходных элементов (все они металлы) проявляет высшие степени окисления, равные номеру группы (исключение — Fe, Co, Ni). Элементы, начиная с Ga и кончая Kr (р-элементы), принадлежат к подгруппам а, и характер изменения их свойств такой же, как и в соответствующих интервалах Z у элементов второго и третьего периодов.

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. Пятый период (Rb — Xe) построен аналогично четвёртому; в нём также имеется вставка из 10 переходных элементов (Y — Cd), d-элементов. Специфические особенности периода: 1) в триаде Ru — Rh — Pd только рутений проявляет степень окисления VIII; 2) все элементы подгрупп а проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы; 3) у I отмечаются слабые металлические свойства. Таким образом, характер изменения свойств по мере увеличения Z у элементов четвёртого и пятого периодов более сложен (металлические свойства сохраняются в большом интервале Z).

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. Шестой период (Cs — Rn) включает 32 элемента. В нём помимо 10 d-элементов (La, Hf — Hg) содержится совокупность из 14 f-элементов, лантаноидов, от Ce до Lu (символы чёрного цвета). Элементы от La до Lu химически весьма сходны. Особенности периода: 1) в триаде Os — Ir — Pt только осмий проявляет степень окисления VIII; 2) At имеет более выраженный (по сравнению с 1) металлический характер; 3) Rn, по-видимому (его химия мало изучена), должен быть наиболее реакционноспособным из инертных газов.

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Современная охватывает 106 химических элементов. Все трансурановые елементы (Z = 93— 106), а также элементы с Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) и 87 (Fr) получены искусственно. Фундаментальным принципом построения П. с. э. является разделение всех элементов на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. Седьмой период (Fr (Z = 87), также должен содержать 32 элемента, из которых пока известно 20 (до элемента с Z = 106). Fr и Ra — элементы соответственно Ia- и IIa -подгрупп (s-элементы), Ac — аналог элементов IIIб -подгруппы (d-элемент). Следующие 14 элементов, f-элементы (с Z от 90 до 103), составляют семейство актиноидов. В химическом отношении ряды лантаноидов (3+) и актиноидов (N+) обнаруживают заметные различия. Изучение элементов с Z = 104 и Z = 105 показало, что эти элементы являются аналогами гафния и тантала соответственно, то есть d-элементами, и должны размещаться в IVб- и Vб-подгруппах. Членами б-подгрупп должны быть и последующие элементы до Z = 112, а далее (Z = 113— 118) появятся р-элементы (IIIa — VIlla-подгруппы).

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва В основе теории П. с. э. лежит Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва В основе теории П. с. э. лежит представление о специфических закономерностях построения электронных оболочек (слоев, уровней) и подоболочек (подуровней) в атомах по мере роста Z. Нильс Бор (1913 -21) выявил три особенности формирования электронных конфигураций атомов: 1) заполнение электронных оболочек (кроме оболочек, отвечающих значениям главного квантового числа n = 1 и 2) происходит не монотонно до полной их ёмкости, а прерывается появлением совокупностей электронов, относящихся к оболочкам с большими значениями n; 2) сходные типы электронных конфигураций атомов периодически повторяются; 3) границы периодов (за исключением первого и второго) не совпадают с границами последовательных электронных оболочек. Реальная схема формирования электронных конфигураций атомов по мере роста Z может быть в общем виде записана следующим образом: Вертикальными чертами разделены периоды П. с. э. (их номера обозначены цифрами наверху); жирным шрифтом выделены подоболочки, которыми завершается построение оболочек с данным n. Под обозначениями подоболочек проставлены значения главного (n) и орбитального (l) квантовых чисел, характеризующие последовательно заполняющиеся подоболочки.

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва В соответствии с принципом Паули ёмкость каждой Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва В соответствии с принципом Паули ёмкость каждой электронной оболочки равна 2 n 2, а ёмкость каждой подоболочки — 2(2 l + 1). Из вышеприведённой схемы легко определяются ёмкости последовательных периодов: 2, 8, 8, 18, 32. . . Каждый период начинается элементом, в атоме которого появляется электрон с новым значением n. Таким образом, периоды можно характеризовать как совокупности элементов, начинающиеся элементом со значением n, равным номеру периода, и l = 0 (ns 1 -элементы), и завершающиеся элементом с тем же n и l = 1 (np 6 -элементы); исключение — первый период, содержащий только lsэлементы. При этом к а-подгруппам принадлежат элементы, для атомов которых n равно номеру периода, а l = 0 или 1, то есть происходит построение электронной оболочки с данным n. К б-подгруппам принадлежат элементы, в атомах которых происходит достройка оболочек, остававшихся незавершёнными (в данном случае n меньше номера периода, а l = 2 или 3). Первый — третий периоды П. с. э. содержат только элементы а-подгрупп. Приведённая реальная схема формирования электронных конфигураций атомов не является безупречной, поскольку в ряде случаев чёткие границы между последовательно заполняющимися подоболочками нарушаются (например, после заполнения в атомах Cs и Ba 6 s-подоболочки в атоме лантана появляется не 4 f-, а 5 d-электрон, имеется 5 d-электрон в атоме Gd и т. д. ). Кроме того, первоначально реальная схема не могла быть выведена из каких-либо фундаментальных физических представлений; такой вывод стал возможным благодаря применению квантовой механики к проблеме строения атома.

Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Закон Мозли Экспериментально установлен Г. Мозли (1913). Атом: періодична система елементів Д. І. Менделеєва Закон Мозли Экспериментально установлен Г. Мозли (1913). Согласно этому закону корень квадратный из частоты (ν) спектральной линии характеристического рентгеновского излучения элемента есть линейная функция его порядкового номера (Z): где R — постоянная Ридберга, Sn — постоянная экранирования, n — главное квантовое число. На диаграмме Мозли (см. рис. ) зависимость от Z представляет собой ряд прямых (К-, L-, М- и т. д. серии, соответствующие значениям n = 1, 2, 3, . . . ). Неопровержимое доказательство правильности размещения элементов в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Содействовал выяснению физического смысла Z. В соответствии с М. з. , рентгеновские характеристические спектры не обнаруживают периодических закономерностей, присущих оптическим спектрам (определяются внешними электронными оболочками). Это указывает на то, что проявляющиеся в характеристических рентгеновских спектрах внутренние электронные оболочки атомов всех элементов имеют аналогичное строение.

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 5 Хімічні елементи в геохімії: найбільш важливі для ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 5 Хімічні елементи в геохімії: найбільш важливі для геохімії властивості атомів та іонів

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Повернемось до періодичної системи, яка, як ми Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Повернемось до періодичної системи, яка, як ми побачили, базується на будові атомів. Звичайно, що періодична система була покладена в основу першої геохімічної класифікації хімічних елементів (В. М. Гольдшмідт, 1933), яка враховувала властивості атомів та їх поведінку в природних процесах.

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів 1 – атмофільні елементи (от греч. atmos Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів 1 – атмофільні елементи (от греч. atmos - воздух) - инертные газы и азот, образующий самую прочную из двухатомных молекул N 2. (Урусов)

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів 2 - літофільні элементи (від греч. lithos Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів 2 - літофільні элементи (від греч. lithos - камень), які сконцентровані в оксидных и силикатных фазах. Їх атоми мають в іонізованому стані будову атомів благородных газов (Урусов)

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів (Урусов) 3 – халькофільні елементи (от греч. Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів (Урусов) 3 – халькофільні елементи (от греч. chalkos - медь), які утворюють сполуки з сіркою та її аналогами (селеном, теллуром, мышьяком …). Звичайно належать до груп Б періодичної системи (заповнена 18 - эл. оболонка перед валентною оболонкою )

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів (Урусов) 4 – сидерофільні елементи (от греч. Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів (Урусов) 4 – сидерофільні елементи (от греч. sideros - железо), які утворюють металеву фазу метеоритів та, мабуть, ядро Землі. (переходні метали з незавершеною d-оболонкою)

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів (Урусов) Які ж саме властивості елементів визначають Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів (Урусов) Які ж саме властивості елементів визначають їх поведінку в природних процесах та відповідну геохімічну класифікацію?

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Періодична залежність атомних об’ємів від Z та геохімічні Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Періодична залежність атомних об’ємів від Z та геохімічні групи елементів (1 - атмо-, 2 - літо-, 3 – сидеро- та 4 – халькофільні). В. М. Гольдшмідт - розміри атомів різних груп різко відрізняються. (атмофилы и литофилы располагаются на пиках кривых, а халькофилы и особенно сидерофилы скапливаются у минимумов, причем первые из них оказываются на восходящих, а вторые вместе с частью литофилов - на нисходящих склонах впадин).

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів МГУ -Урусов Залежність орбітального радіуса вільних атомів та іонів Періодичність зміни властивостей хімічних элементів МГУ -Урусов Залежність орбітального радіуса вільних атомів та іонів від їх порядкового номера Форма орбіталей зовнішніх електронних оболонок атомів ----

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Радіуси іонів (Ri) теж змінюються періодично, але ситуація Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Радіуси іонів (Ri) теж змінюються періодично, але ситуація дещо інша: (1) розміри літофільних іонів змінюються в широких межах – від дуже малих Ве 2+ и Si 4+ до дуже великих Cs+ и Ва 2+. (2) деякі халькофільні іони досить великі (Au+, Hg 2+, Tl+, Pb 2+). (3) Іонні радіуси мало змінюються в діагональних напрямках (Li+ - Mg 2+ - Sc 3+ - Zr 4+ , тощо). (4) Елементи 6 -го періода, які стоять після La, мають практично такі ж розміри, що й їх легкі аналоги в групах (Hf 4+ - Zr 4+, Nb 5+ - Ta 5+, W 6+ - Mo 6+), тобто в ряду лантаноїдів з зростанням Z відбувається зменьшення радіусів іонів ( «лантаноїдне стислення» ).

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів МГУ Урусов Періодичність зміни властивостей хімічних элементів МГУ Урусов

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів White Потенціал іонізації ( Ii ): Періодичність зміни властивостей хімічних элементів White Потенціал іонізації ( Ii ):

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів White Електронегативність (ЕН): Металлы и неметаллы разделяются в Периодической Періодичність зміни властивостей хімічних элементів White Електронегативність (ЕН): Металлы и неметаллы разделяются в Периодической системе диагональным поясом металлоидов (Si-Ge-As. Sb-Bi) с промежуточной ЭО. Таким образом, литофильные элементы принадлежат к наиболее типичным Sb-Bi) с промежуточной ЭО. Таким образом, литофильные элементы принадлежат к наиболее типичным металлам главных подгрупп, с одной стороны, и наиболее типичным неметаллам (кислород, фтор) - с другой. Элементы с промежуточными значениями ЭО распределяются между халькофилами (сера и ее аналоги - селен и теллур, мышьяк и его аналоги - сурьма и висмут, металлы побочных подгрупп 1, 2 и 3 -й групп Периодической системы) и сидерофилами (обычно это переходные металлы).

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Електронегативність (ЕН): характеризує здатність атома утримувати свої елетрони Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Електронегативність (ЕН): характеризує здатність атома утримувати свої елетрони та приймати до валентної оболонки «чужі» . Тому, якщо ЕН хімічно зв’язаних атомів близькі – ковалентний зв’язок. Якщо дуже різні – іонний зв’язок. З’язки проміжного типу (іонноковалентні) хар-зують різними ступенями іонності. ЕН зростає в періодах зліва направо та зменьшується зверху вниз в групах. Тому елементи з низькою ЕН (типові метали) знаходяться знизу зліва в Пер. с. , а елементи з найбільшою ЕН (типові неметали) - зверху справа.

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Електронегативність (ЕН): Металлы и неметаллы разделяются в Периодической Періодичність зміни властивостей хімічних элементів Урусов Електронегативність (ЕН): Металлы и неметаллы разделяются в Периодической системе диагональным поясом металлоидов (Si-Ge-As. Sb-Bi) с промежуточной ЭО. Таким образом, литофильные элементы принадлежат к наиболее типичным Sb-Bi) с промежуточной ЭО. Таким образом, литофильные элементы принадлежат к наиболее типичным металлам главных подгрупп, с одной стороны, и наиболее типичным неметаллам (кислород, фтор) - с другой. Элементы с промежуточными значениями ЭО распределяются между халькофилами (сера и ее аналоги - селен и теллур, мышьяк и его аналоги - сурьма и висмут, металлы побочных подгрупп 1, 2 и 3 -й групп Периодической системы) и сидерофилами (обычно это переходные металлы).

Періодичність зміни властивостей хімічних элементів White Електронегативність (ЕН): Металлы и неметаллы разделяются в Периодической Періодичність зміни властивостей хімічних элементів White Електронегативність (ЕН): Металлы и неметаллы разделяются в Периодической системе диагональным поясом металлоидов (Si-Ge-As. Sb-Bi) с промежуточной ЭО. Таким образом, литофильные элементы принадлежат к наиболее типичным Sb-Bi) с промежуточной ЭО. Таким образом, литофильные элементы принадлежат к наиболее типичным металлам главных подгрупп, с одной стороны, и наиболее типичным неметаллам (кислород, фтор) - с другой. Элементы с промежуточными значениями ЭО распределяются между халькофилами (сера и ее аналоги - селен и теллур, мышьяк и его аналоги - сурьма и висмут, металлы побочных подгрупп 1, 2 и 3 -й групп Периодической системы) и сидерофилами (обычно это переходные металлы).

Властивості (характеристики) хімічних элементів Таким чином: Радіуси іонів (Ri) та електронегативність (ЕН) хімічних елементів Властивості (характеристики) хімічних элементів Таким чином: Радіуси іонів (Ri) та електронегативність (ЕН) хімічних елементів періодично змінюються в залежності від Z, зумовлюють їх поведінку в геохімічних процесах та визначають належність елементів до груп геохімічної класифікації, яка вперше була запропонована ще В. М. Гольдшмідтом (1933 р. ). Треба зауважити, що ця класифікація досі не втратила свого значення. Вона враховується у сучасних геохімічних класифікаціях елементів, з якими ми познайомимось наприкінці лекцій з розділу “Хімічні елементи в геохімії”. Далі ми докладніше розглянемо ці (та деякі інші) найбільш важливі для геохімії властивості (характеристики) хімічних елементів.

Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) Ионная связь - это химическая связь, образованная Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) Ионная связь - это химическая связь, образованная за счет электростатического притяжения между катионами и анионами. Механизм образования ионной связи можно рассмотреть на примере реакции между натрием и хлором. Атом щелочного металла легко теряет электрон, а атом галогена - приобретает. В результате этого возникает катион натрия и хлорид-ион. Они образуют соединение за счет электростатического притяжения между ними. В простой электростатической модели ионной связи используется понятие ионных радиусов. Сумма радиусов соседних катиона (r+ ) и аниона (r−) должна равняться соответстующему межъядерному радиусов соседних катиона (r ) и аниона (r −) должна равняться соответстующему межъядерному расстоянию: r 0 = r+ + r− = r + r При этом остается неясным, где следует провести границу между катионом и анионом. Сегодня известно, что чисто ионной связи не существует, так как всегда имеется некоторое перекрывание электронных облаков. Для вычисления радиусов ионов используют методы исследования, которые позволяют определять электронную плотность между двумя атомами. Межъядерное расстояние делят в точке, где электронная плотность минимальна.

Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) Размеры иона зависят от многих факторов. (1) Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) Размеры иона зависят от многих факторов. (1) Заряд иона - обратнопропорционально (2) Координационное число - прямопропорционально. Сравнение ионных радиусов можно проводить только при одинаковом координационном числе, поскольку оно оказывает влияние на размер иона из-за сил отталкивания между противоионами. Это хорошо видно на примере иона Ag+; его ионных радиус равен 81, 114 и 129 пм для координационных чисел 2, 4 и 6, соответственно. Структура идеального ионного соединения, обусловленная максимальным притяжением между разноименными ионами и минимальным отталкиванием одноименных ионов, во многом определяется соотношением ионных радиусов катионов и анионов: Отношение r+ / r− КЧ катиона Окружение Пример 0, 225− 0, 414 4 Тетраэдрическое Zn. S 0, 414− 0, 732 6 Октаэдрическое Na. Cl 0, 732− 1, 000 8 Кубическое Cs. Cl Додекаэдрическое В ионных кристаллах не обнаружено >1, 000 12

Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) (1) При постоянном заряде иона с ростом Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера (а, следовательно, заряда ядра) ионный радиус уменьшается (лантаноиды). (2) В группах ионные радиусы в целом увеличиваются с ростом порядкового номера. Однако для d-элементов четвертого и пятого периодов вследствие лантаноидного сжатия может произойти даже уменьшение ионного радиуса (Zr 4+ - Hf 4+). (3) В периодах - уменьшение ионного радиуса, связанное с усилением притяжения электронов к ядру при одновременном росте заряда ядра и заряда самого иона: Na+ - Mg 2+ - Al 3+ (координационное число 6). По этой же причине увеличение заряда иона приводит к уменьшению ионного радиуса для одного элемента: Fe 2+ 77 пм, Fe 3+ 63 пм, Fe 6+ 39 пм (координационное число 4).

Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) (1) При постоянном заряде иона с ростом Властивості (характеристики) хімічних элементів: радіуси іонів (Ri) (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера (а, следовательно, заряда ядра) ионный радиус уменьшается (лантаноиды). (2) В группах ионные радиусы в целом увеличиваются с ростом порядкового номера. Однако для d-элементов четвертого и пятого периодов вследствие лантаноидного сжатия может произойти даже уменьшение ионного радиуса (Zr 4+ - Hf 4+). (3) В периодах - уменьшение ионного радиуса, связанное с усилением притяжения электронов к ядру при одновременном росте заряда ядра и заряда самого иона: Na+ - Mg 2+ - Al 3+ (координационное число 6). По этой же причине увеличение заряда иона приводит к уменьшению ионного радиуса для одного элемента: Fe 2+ 77 пм, Fe 3+ 63 пм, Fe 6+ 39 пм (координационное число 4).

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 6 Хімічні елементи в геохімії: ізоморфізм та його ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 6 Хімічні елементи в геохімії: ізоморфізм та його геохімічне значення

 «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера (а, следовательно, заряда ядра) ионный радиус уменьшается (лантаноиды). (2) В группах ионные радиусы в целом увеличиваются с ростом порядкового номера. Однако для d-элементов четвертого и пятого периодов вследствие лантаноидного сжатия может произойти даже уменьшение ионного радиуса (Zr 4+ - Hf 4+). (3) В периодах - уменьшение ионного радиуса, связанное с усилением притяжения электронов к ядру при одновременном росте заряда ядра и заряда самого иона: Na+ - Mg 2+ - Al 3+ (координационное число 6). По этой же причине увеличение заряда иона приводит к уменьшению ионного радиуса для одного элемента: Fe 2+ 77 пм, Fe 3+ 63 пм, Fe 6+ 39 пм (координационное число 4).

 «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера (а, следовательно, заряда ядра) ионный радиус уменьшается (лантаноиды). (2) В группах ионные радиусы в целом увеличиваются с ростом порядкового номера. Однако для d-элементов четвертого и пятого периодов вследствие лантаноидного сжатия может произойти даже уменьшение ионного радиуса (Zr 4+ - Hf 4+). (3) В периодах - уменьшение ионного радиуса, связанное с усилением притяжения электронов к ядру при одновременном росте заряда ядра и заряда самого иона: Na+ - Mg 2+ - Al 3+ (координационное число 6). По этой же причине увеличение заряда иона приводит к уменьшению ионного радиуса для одного элемента: Fe 2+ 77 пм, Fe 3+ 63 пм, Fe 6+ 39 пм (координационное число 4).

 «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Наприклад, “лантанофільність” та “ітрофільність” мінералів, тобто їх здатність до «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Наприклад, “лантанофільність” та “ітрофільність” мінералів, тобто їх здатність до селективного ізоморфного накопичення REE 1 [La-Nd] замість REE 3 (Er-Lu) у першому випадку та REE 2 [Sm-Ho] та Y у другому, зумовлює різниця радіусів головного (Rk) та домішкового (Ri) катіонів: де Контролююче значення цього фактора в ізоморфізмі REE(3+) та Y(3+) ілюструє монотонна залежність коефіцієнта розподілу мінерал/розплав (Di) від ΔRi. Очевидно, що чим меньше абсолютне значення Δ Ri , тим вища здатність мінерала до ізоморфного накопичення елемента i при інших рівних умовах.

 «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Досить легко ввести кількісні показники значення яких закономірно зростають «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Досить легко ввести кількісні показники значення яких закономірно зростають від 0 до 100 відповідно до збільшення лантано- ( BLa/Lu ) та ітрофільності ( BY ) мінералів: La/Lu де Зауважимо, що більша складність першого показника зумовлена необхідністю відобразити здатність структури мінералу до альтернативного вибору між REE 1 та REE 3 при реалізації ізоморфних заміщень.

 «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: (1) При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера (а, следовательно, заряда ядра) ионный радиус уменьшается (лантаноиды). (2) В группах ионные радиусы в целом увеличиваются с ростом порядкового номера. Однако для d-элементов четвертого и пятого периодов вследствие лантаноидного сжатия может произойти даже уменьшение ионного радиуса (Zr 4+ - Hf 4+). (3) В периодах - уменьшение ионного радиуса, связанное с усилением притяжения электронов к ядру при одновременном росте заряда ядра и заряда самого иона: Na+ - Mg 2+ - Al 3+ (координационное число 6). По этой же причине увеличение заряда иона приводит к уменьшению ионного радиуса для одного элемента: Fe 2+ 77 пм, Fe 3+ 63 пм, Fe 6+ 39 пм (координационное число 4).

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 7 Хімічні елементи в геохімії: сучасна геохімічна класифікація ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 7 Хімічні елементи в геохімії: сучасна геохімічна класифікація хімічних елементів

На попередніх лекціях ми з’ясували, що: Радіуси іонів (Ri) та електронегативність (ЕН) хімічних елементів На попередніх лекціях ми з’ясували, що: Радіуси іонів (Ri) та електронегативність (ЕН) хімічних елементів періодично змінюються в залежності від Z, зумовлюють їх поведінку в геохімічних процесах, в тому числі при реалізаціїї ізоморфізму в мінералах. Ці властивості й визначають належність елементів до груп геохімічної класифікації, яка вперше була запропонована ще В. М. Гольдшмідтом (1933 р. ). Треба зауважити, що ця класифікація досі не втратила свого значення. Вона досить повно враховується у сучасних геохімічних класифікаціях елементів, які ми й розглянемо зараз завершуючи розділ “Хімічні елементи в геохімії” нашого курсу.

Класифікація елементів відповідно до їх розповсюдженості (число атомом на 106 атомов Si) H, He Класифікація елементів відповідно до їх розповсюдженості (число атомом на 106 атомов Si) H, He Перш за все пригадаємо, що: C, O, Mg, Si (1) елементи мають різну розповсюдженість у Всесвіті Fe Zr Ba Pt, Pb Li Так, для Сонця, кам’яних метеоритів (хондритів) та загалом для Всесвіту встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.

Log ( число атомів на 106 атомів Si ) Класифікація елементів відповідно до їх Log ( число атомів на 106 атомів Si ) Класифікація елементів відповідно до їх розповсюдженості H, He Перш за все пригадаємо, що: C, O, Mg, Si (2) Елементи мають різну розповсюдженість й у земних породах Fe Zr Ba REE Pt, Pb Th, U Li Верхня частина континентальної кори Зауважимо, що для верхньої континентальної кори загалом картина схожа, але є й суттєві відхилення.

Класифікація елементів відповідно до їх розповсюдженості Log ( число атомів кора - хондрит ) Класифікація елементів відповідно до їх розповсюдженості Log ( число атомів кора - хондрит ) Верхня частина континентальної кори у порівнянні з розповсюдженістю у Всесвіті Li C, O, Mg, Si Zr Th, U Ba Fe Pt, Pb REE H, He Перш за все пригадаємо, що: (2) Елементи мають різну розповсюдженість й у земних породах Ці суттєві відхилення для верхньої континентальної кори добре помітні при порівнянні її складу з вмістом елементів у хондритах (~ Всесвіт ~ Сонце)

Класифікація елементів відповідно до їх розповсюдженості Перш за все пригадаємо, що: (2) Елементи мають Класифікація елементів відповідно до їх розповсюдженості Перш за все пригадаємо, що: (2) Елементи мають різну розповсюдженість й у земних породах. У валовому складі силікатної частини Землі (BSE – “Bulk Silicate Earth”) 6 елементів - O, Mg, Si, Fe, Al, Ca займають 99, 1 wt%. Тому ці елементи прийнято відносити до групи “провідних” (“головних”), або “major elements”. Інші елементи з низькими концентраціями відносять до групи мікроелементів (“trace elements”). Треба зауважити, що обсяги груп “major elements” та “trace elements” змінюються в залежності від геологічних утворень, що розглядаються геохімією (верхня кора, мантія, ядро, граніти, базальти тощо).

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Повернемось до періодичної системи, яка, як ми Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Повернемось до періодичної системи, яка, як ми побачили, базується на будові атомів. Звичайно, що періодична система була покладена в основу першої геохімічної класифікації хімічних елементів (В. М. Гольдшмідт, 1933), яка враховувала властивості атомів та їх поведінку в природних процесах.

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Сучасна форма періодичної системи хімічних елементів (прийнята Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Сучасна форма періодичної системи хімічних елементів (прийнята IUPAC*) *IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry [ Міжнародний союз теоретичної та прикладної хімії (ИЮПАК)] *IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry [ Мі жнародний союз теоретичної та прикладної хімії ( ИЮПАК)] В попередніх версіях таблиці нумерація груп була такою: IA-VIIIA та IB-VIIB.

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Геохімічна класифікація елементів (В. М. Гольдшмідт, 1933 Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Геохімічна класифікація елементів (В. М. Гольдшмідт, 1933 р. ) К

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної класифікації елементів

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної класифікації елементів

Геохімічна класифікація хімічних элементів: Леткі елементи (volatiles) Розчинність благородних газів у силікатних розплавах в Геохімічна класифікація хімічних элементів: Леткі елементи (volatiles) Розчинність благородних газів у силікатних розплавах в діапазоні температур 1200 -14000 С в залежності від атомного радіуса елемента та “валової” (bulk) композиції розплаву (Carroll & Draper, 1994) STP cm 3/g = cm 3 /g за стандартних умов = 273 K та 0. 1 MPa () ; 1 cm 3/g ~ 4. 46 x 10 -5 x moles/g У силікатних розплавах розчинність цих елементів є функцією не тільки атомного радіусу та композиції розплаву, але й тиску, У реальних силікатних породах та мінералах їх концентрації звичайно варіюють від 10 -4 до 10 -12 STP cm 3/g (10 -1 – 10 -9 ppm). Механізм входження в кристали цих елементів (їх атоми не зв’язані з іншими!!!!) - сорбція на поверхні іх росту (ван дер Ваальс)

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної класифікації елементів

Геохімічна класифікація хімічних элементів: Благородні метали (Noble Metals) Геохімічна класифікація хімічних элементів: Благородні метали (Noble Metals)

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів Одна з сучасних версій (White, 2000) геохімічної класифікації елементів

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів: Рідкісноземельні елементи Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів: Рідкісноземельні елементи

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів: Рідкісноземельні елементи Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів: Рідкісноземельні елементи

 «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Наприклад, “лантанофільність” та “ітрофільність” мінералів, тобто їх здатність до «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Наприклад, “лантанофільність” та “ітрофільність” мінералів, тобто їх здатність до селективного ізоморфного накопичення REE 1 [La-Nd] замість REE 3 (Er-Lu) у першому випадку та REE 2 [Sm-Ho] та Y у другому, зумовлює різниця радіусів головного (Rk) та домішкового (Ri) катіонів: де Контролююче значення цього фактора в ізоморфізмі REE(3+) та Y(3+) ілюструє монотонна залежність коефіцієнта розподілу мінерал/розплав (Di) від ΔRi. Очевидно, що чим меньше абсолютне значення Δ Ri , тим вища здатність мінерала до ізоморфного накопичення елемента i при інших рівних умовах.

 «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Досить легко ввести кількісні показники значення яких закономірно зростають «Розмірний» (Ri) фактор ізоморфізму: Досить легко ввести кількісні показники значення яких закономірно зростають від 0 до 100 відповідно до збільшення лантано- ( BLa/Lu ) та ітрофільності ( BY ) мінералів: La/Lu де Зауважимо, що більша складність першого показника зумовлена лише необхідністю відобразити здатність структури мінералу до альтернативного вибору між REE 1 та REE 3 при реалізації ізоморфних заміщень.

Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів: Рідкісноземельні елементи Періодична система та геохімічна класифікація хімічних элементів: Рідкісноземельні елементи

Геохімічна класифікація хімічних элементів Геохімічна класифікація хімічних элементів