3. tanfolyam - Összetétel CH MIN
Dokumentumok
III. A Földgömb kémiai és ásványi összetétele A Föld felszínének 21% -a földhöz, 79% -a pedig az óceánokhoz tartozik. Kiszámítva a mennyiségeket
A kontinentális és az óceáni kéreg aránya eltérő: kontinentális és átmeneti kéreg és 79%, az óceáni csak 21%. Ez az arány fontos elem, amelyet figyelembe kell venni a kéreg teljes összetételének becslésénél.
Mivel a kéregben lévő anyag ismert, kémiai elemek képződnek, amelyek a pontos törvények szerint ásványokat képeznek, amelyek viszont kőzetekké kapcsolódnak.
Ábra. 3.1. Az elemek periódusos táblázata (a részleteket lásd: http://www.chemicool.com)
A kőzetek kőzettani egységeket alkotnak, amelyek végül a különböző típusú pikkelyeket alkotják: kontinentális,
átmeneti és óceáni. Megbecsülni a kontinentális kéreg kémiai, ásványtani és kőzettani összetételét
különböző módszereket használt, de minden módszerben a kontinenseken a felszínre kerülő kőzetek összetételéből és a fúrásból származó adatokból indultunk ki. A becslések a felső rétegeinek (üledékes és gránit gödrök) összetételét tükrözik. Az alsó réteg (bazalt) esetében az összetételt geofizikai adatok felhasználásával értékeltük.
Az óceáni kéreg összetételének becslését az alkotó rétegek esetében is másképp végeztük. Az üledékes réteg összetételét az óceán fenekéből történő kotrással nyert minták miatt jól meghatározták, a bazaltos réteget kezdetben geofizikai módszerekkel, később a vulkanikus szigeteken végzett magmatitok közvetlen vizsgálatával, az utóbbi időben pedig mély tengeri fúrásokkal tanulmányozták. A bazaltréteg alapját csak geofizikailag vizsgálták.
1. KÉMIAI ÖSSZETÉTEL Mendelev táblázatának 111 eleme közül csak 90 természetes, és
ezek a 12 csak a 0,1% -nál (tömegszázalékban) magasabb koncentrációt érik el, és jobban tükröződnek a skála összetételében (3.1. ábra; 3.2): O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, H, P és Mn,
kémiai összetételének 99,23% -át. A fennmaradó 0,77% a többi 79 ismert elemhez tartozik.
Amint az a táblázatból kiderül, az oxigén és a szilícium az ásványi anyagok és a földkéreg kőzeteinek kémiai összetételének 72,4% -át teszi ki, ez magyarázza a szilícium-ásványok és oxidok széles körű elterjedését. A vas és a magnézium súlyában is változás van a Föld átlagos összetételében a kéreghez képest, a két elem sokkal nagyobb mennyiségben található meg a köpenyben és a magban.
Ábra. 3.2. A fő kémiai elemek a földkéregben és a Föld összetételében (Skinner és Porter, 1980 után)
Goldschmidt szerint a Föld összetételében található kémiai elemek a következők szerint csoportosíthatók
családok: - légköri elemek: H, C, O, N, Cl, I, Br és inert gázok, gyakoriak az atmoszférában, hidroszférában és
Bioszféra; - litofil elemek: Li, Na, Mg, Al, Si, Ti, Ca, stb., amelyek túlsúlyban vannak a kéreg összetételében
földi és alsó litoszféra;
Ábra. 3.3. Goldschmidt és Suess modelljei a kémiai elemek eloszlására a belső geoszférákban és az elnevezés
a kémiai összetételtől függően (Olaru, 2004 után)
- sziderofil elemek: Fe, Ni, C, P, Co, Ge stb., nagy affinitással a vas iránt és koncentráltabbak
kiválasztva a belső gödrökben (mag);
- kalkofil elemek: S, P, Cr, Mn, Cu, Zn, Pb, Fe, As, Ag stb., kén iránti affinitással, jelen vannak a meteorokban, de gazdasági jelentőségű fémszulfidokban koncentrálódnak (keverék, galén, pirit, kalkopirit stb.).
Azáltal, hogy az elemeket a belső geoszférákba koncentráljuk sűrűség szerint, a Goldschmidt és a Suess modellek külön nevekkel látják el őket (3.3. Ábra).
Egy másik megközelítés a kémiai elemeket az egyesülési hajlam szerint osztja fel, megkülönböztetve a petrogén elemeket (Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, C, Si, Ti, Zr, N, P, V, O, F, Cl) és metallogén elemek (Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Cr, Mo, Te, W, Co, Ni, Pt, U). A mangánt és a vasat a két elemcsoport határán tartják, kettős szerepük van.
2. A FÖLDKÉRT ÁSVÁNYAI
A speciális törvények szerint végzett kombinációk révén a kéregben található kémiai elemek
szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú ásványi anyagokat képez. Az ásványi anyagok többsége szilárd formában és kristályos szerkezettel rendelkezik, de vannak amorf szerkezetű ásványok is, és egyes szerzők szerint néhány szerves anyag, például borostyán és mész.
2.1. A kristálytan fogalmai Az anyagok atomszerkezete, amelyet röntgensugarakkal kísérletileg igazoltak, megmutatja ezt az anyagot
szakaszos szerkezetű, atomok között egymástól elválasztott atomok alkotják. Attól függően, hogy a részecskék hogyan helyezkednek el az űrben, a következő csíkok különböztethetők meg
szerkezeti - amorf állapot, amelyben a részecskék teljesen rendezetlenül vannak elrendezve; - a nematikus állapot, amelyben a részecskék hajlamosak egymás után rendet tenni
irány, párhuzamos vonalakat képezve; - szmektikus állapot, amelyben a részecskék hajlamosak kettő után rendeződni
irányok, megvalósító síkok, amelyek viszont rendezetlenül vannak elrendezve; - a kristályos állapot, amelyben a részecskék periodikusan három irányba rendeződnek a térben. A nematikus és a szmektikus csillagok csak egyes szerves anyagok esetében találhatók meg, tehát nem
ásványi anyagokat, köztes rétegeknek tekintve az amorf állapot és a kristályos állapot között. Az ilyen csíkokkal rendelkező anyagokat mezomorf, lágy kristályoknak vagy folyadékkristályoknak is nevezzük.
Elvileg bármely ásvány lehet mind kristályos, mind amorf, de az amorf állapot fizikailag és kémiailag instabil, így minden ásvány természetes módon hajlamos arra, hogy kristályos, stabil formává váljon.
Kristályos és amorf ásványok. Az ásványi anyagok fizikai-kémiai szempontból homogén testek, az ásványi fajok az alapvető egységek az ásványtani vizsgálatok során.
Az amorf ásványok szerkezetét az atomok, ionok vagy molekulák rendezetlen elrendezése jellemzi. Az amorf ásványi anyagokat soha nem köti természetes módon az átalánydíj, amelyek hajlamosak lekerekített, gömb alakú, reniform, általában szabálytalan formák kialakítására.
A kristályos ásványok olyan természetes geometriai konstrukciók, amelyekben az atomok, ionok vagy molekulák rendezetten és periodikusan vannak elrendezve a tér X, Y és Z irányában, az úgynevezett kristálytani irányoknak. Ennek az elrendezésnek köszönhető, hogy az ásványok sokszög alakúak, amelyeket egyenes élek mentén metsző lapos díjak szegélyeznek.
A természetes geometriai konstrukciókat, amelyekben az atomok a térben három (vagy négy) irányban periodikusan rendeződnek, szimmetriával jellemezve, kristályos hálózatoknak nevezzük. Íriszek és retikuláris síkok alkotják. Azt az irányt, amelyben az atomok a periodikus térben vannak elrendezve (egyenlő távolságra), rácsnak nevezzük. A rácsot gyakorlatilag úgy kapjuk meg, hogy X irányba, periodikusan, azonos távolsággal lefordítunk egy geometriai motívumot (ebben az esetben atomok, molekulák, komplex ionok stb.) (3.4.1. Ábra). A távolság a retikuláris írisz periódusa vagy paramétere. Ha egy b tengelyen egy másik, Y-vel jelölt tengely mentén egy retikuláris vonalat húzunk, akkor egy retikuláris síkot kapunk, amelyet az a és b paraméterek jellemeznek (3.4.2. Ábra). Ezután, ha a rácssíkot lefordítják a után
Z-vel jelölt tengely, c paraméterrel, egy retikuláris hálót kapunk (kristályos hálózat), amelyet az a, b, c paraméterek jellemeznek (= interatomikus távolságok a három tengelyen X, Y, Z). A három irányt, X, Y, Z, amely után a retikuláris íriszek maximális sűrűséget mutatnak, kristálytengelynek nevezzük (3.4.3. Ábra).
A kristálytani hálózat legkisebb felosztását, amelyet az a, b és c paraméterek jellemeznek, elemi cellának vagy elemi párhuzamosnak nevezzük. Az elemek, amelyek meghatározzák az elemi párhuzamos oldalirányú oldalt, az interatomikus távolságok a három kristálytengelyen: a, b, i c és a síkok által készített szögek, amelyeket a kristálytengelyek határoznak meg:, i (3.4.4. Ábra).
Ábra. 3.4. Kristályos hálózatok (Androne, 2008 után)
(1 - retikuláris ir; 2 - retikuláris sík; 3 kristályos hálózat; 4 elemi párhuzamos)
A szimmetria elemei. Megértjük az alakzat (kristályosított ásvány) geometriai szimmetriáját
az ábra tulajdonsága, hogy szimmetrikus műveletek (pl. testforgatás) alkalmazásával egybeessen önmagával. A szimmetriaelemek lehetnek egyszerűek (egyetlen szimmetriaművelettel, pl. Tükrözéssel) és összetettek, két szimmetriaművelettel (pl. A tükör forgatása). A szimmetria elemei csak a kristályosodott ásványokra jellemzőek.
a) Az egyszerű szimmetriaelemek a szimmetriatengelyek, a szimmetriasíkok és a szimmetriaközpontok.
A szimmetria tengelye kristályirány, a kristályt 3600-mal forgató alkotás körül az összes elemét (díjak, élek, sarkok) n-szer megismételjük; n a szimmetriatengely sorrendjét jelenti. Az ásványi királyságban csak az 1., 2., 3., 4. és 6. nagyságrendű szimmetriatengelyek lehetségesek. A tengelyeknek megfelelő szimmetria működése a forgás, amelyet 3600/n-rel egyenlő fokszámmal végeznek, tehát 3600, 1800, 1200 esetén., 900 és 600. A tengelyek lehetnek bipolárisak (a tengely mindkét végén azonos elemekkel vannak csoportosítva) és polárisak (a tengely egyetlen végén csoportosított szimmetriaelemekkel). A tengely jelölése An típusú, ahol n a tengely sorrendjét jelenti (1, 2, 3, 4 vagy 6). A kristályokban a magasabb rendű tengelyek (3, 4 és 6) egyediek, kivéve a köbös rendszert, ahol több magasabb rendű tengely jelenik meg (3A4 4A3).
A szimmetriasík két egyenlő és szimmetrikus részre osztja a kristályt, így egyikük a másik tükörképeként jelenik meg. A síkok jelölése Pn típusú, ahol n a szimmetriatengely sorrendjét jelenti, amelyre a sík merőleges. A szimmetriasíkok művelete a tükrözés.
A szimmetria középpontja a kristály belsejében lévő pont, amelyre bármely elem eljut