Геохимические классификации элементов

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

По распространенности

Петрогенные

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

Редкие

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

По роли в строении организмов

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

Макроэлементы

Элементы, содержание которых в живых организмах составляет больше 0,001 %. Это кислород, водород, углерод, азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор, железо и др. Эти элементы слагают ткани живых организмов.

Микроэлементы

Элементы, содержание которых мало, но они участвуют в биохимических процессах и в значительной мере определяют самочувствие живых организмов. По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Среди них: цинк, кобальт, железо, йод, селен, медь, молибден, бром, фтор.

Классификация В. М. Гольдшмидта

Предложена Гольдшмидтом исходя из предположения, что Земля образовалась в результате разделения первично однородного вещества, аналогичного метеоритам, на четыре части: металл, серный расплав, силикатная часть и атмосфера с океаном. Каждый элемент имеет склонность концентрироваться в одной из этих сред, и соответственно разделены на сидерофильные, литофильные, халькофильные и атмофильные элементы. Иначе говоря, это классификация по наибольшему коэффициенту распределения элемента между четырьмя фазами.

Атмофильные

H, N, инертные газы — всего 8 элементов.

Выделяются в газовую фазу и накапливаются в атмосфере. В природе для них характерно газообразное состояние. Большинство из них имеет атомы с заполненной электронной внешней оболочкой, располагаются в верхних частях кривой атомных объёмов; преимущественно диамагнитны. Для большинства (кроме водорода, близкого к литофильным элементам) характерно нахождение в природе в элементарном состоянии.

Халькофильные

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

Литофильные

Обладают сродством к силикатным минералам и расплавам.

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

Сидерофильные

Обладают сродством к железу.

Fe, Co, Ni, Mo, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Au.

Таблица

Гольшмидтовская классификация в периодической системе элементов

1

18

1

1 H

2

13

14

15

16

17

2 He

2

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

3

11 Na

12 Mg

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

4

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

5

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

(43) Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

6

55 Cs

56 Ba

57-71 Lan

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

7

87 Fr

88 Ra

89-103 Act

(104) Rf

(105) Db

(106) Sg

(107) Bh

(108) Hs

(109) Mt

(110) Ds

(111) Rg

(112) Cn

(113) Nh

(114) Fl

(115) Mc

(116) Lv

(117) Ts

(118) Og

Лантаноиды

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

(61) Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

Актиноиды

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

(93) Np

(94) Pu

(95) Am

(96) Cm

(97) Bk

(98) Cf

(99) Es

(100) Fm

(101) Md

(102) No

(103) Lr

Обозначения:

Атмофильные

Халькофильные

Литофильные

Сидерофильные

редкие и отсутствующие в природе

См. также

• Геохимия

Литература

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