Формы нахождения элементов

Формы нахождения элементов – информация о формах элементов представляет интерес для геохимии, химии окружающей среды, промышленной экологии, а также для медицины (токсикологии, клинической химии). Для специалистов разных областей понятия о формах элементов существенно различаются. Различаются терминология и классификация форм элементов. В аналитической химии окружающей среды удобна классификация, учитывающая изотопный состав элементов, их окислительное состояние, возможность существования элементов в виде различных неорганических соединениях и комплексов, макромолекулярных комплексов с природными лигандами, а также в сорбированном виде на частицах различного размера и природы. Вещественный анализ является комбинированным и включают стадии разделения и концентрирования, экстракции из жидких образцов, экстрагирования из твердых проб и др. Разделение на фракции долей элементов, связанных с твердыми частицами, находящихся в виде высокомолекулярных и низкомолекулярных форм, требует применения других методов, основанных на физическом разделении: мембранной фильтрации или проточного фракционирования в поперечном поле. В геохимии выделяют следующие формы нахождения: собственно минералы (кристаллические фазы), примеси в минералах, различные формы рассеянного состояния; форма нахождения элементов в природе несет сведения о степени ионизации, характере химических связей элементов в фазах и т.п.

В масштабах изученной части Вселенной вещество (элементы) находится в трех главных, достоверно известных формах.

• Первая форма — концентрированные атомы, образующие звезды различных типов, газовые туманности, планеты, кометы, метеориты и космические твердые частицы вещества. Степень концентрации вещества во всех перечисленных телах резко отличается. Наиболее рассеянные состояния атомов в газовых туманностях удерживаются гравитационными силами или находятся на грани их преодоления.
• Вторая форма — рассеянные атомы и молекулы, образующие межзвездный и межгалактический газ, состоящий из свободных атомов, ионов, молекул, электронов. Количество его в нашей Галактике значительно меньше, чем вещества, которое сосредоточено в звездах и газовых туманностях. Межзвездный газ находится на различных стадиях разреженности.
• Третья форма — интенсивно мигрирующие, летящие с громадной скоростью атомные ядра и элементарные частицы, составляющие космические лучи.

В настоящее время понятно, что этими тремя формами не исчерпываются все возможные состояния вещества в космосе. Астрофизики допускают, что существует особая форма вещества в космосе - «безатомная» и такими телами могут рассматриваться пульсары, открытые в конце прошлого века.

Современная геохимия в пределах Солнечной системы и Земли встречается с атомами, структура которых достоверна установлена. Поэтому поведение химических элементов в различных термодинамических условиях земной коры существенно зависит от формы их нахождения, а она определяется состоянием атома данного элемента в природных растворах, включениях, кристаллической решетке минералов и других.

В.И. Вернадский выделил главные четыре формы нахождения химических элементов в земной коре и на ее поверхности:

1. горные породы и минералы (твердые кристаллические фазы),
2. магмы,
3. рассеянное состояние,
4. живое вещество.

Каждая из этих форм отличается особым состоянием их атомов.

Существует и другое выделение форм нахождения элементов в природе, зависящие от конкретных свойств самих элементов. А.И. Перельман выделил подвижные и инертные формы нахождения химических элементов в литосфере. Согласно его определению, подвижная форма представляет собой такое состояние химического элемента в горных породах, почвах и рудах, находясь в котором, элемент легко может переходить в раствор и мигрировать. Инертная форма нахождения химического элемента представляет такое его состояние в горных породах, рудах, коре выветривания и почвах, в котором элемент в условиях данной обстановки обладает низкой миграционной способностью и не может или почти не способен переходить в раствор и мигрировать. Естественно, что формы нахождения элементов в реальной обстановке земной коры могут меняться, например, элемент может переходить от относительно инертной к подвижной активной форме существования.

И все-таки, после многочисленных и многолетних исследований можно констатировать, что основная форма нахождения элементов в земной коре связана с узлами кристаллических решеток, которые могут быть заняты как непосредственно главными элементами данного минерала, входящими в его химическую формулу, так и изоморфными примесями (не образуя самостоятельных кристаллических фаз).

Литература

Вернадский В.И. Очерки геохимии // Избр. соч.: В 5 т. - М.: Изд-во АН СССР, 1954;

Войткевич Г.В., Бессонов О.А. Химическая эволюция Земли М., 1986;

А.И.Перельман. Геохимия. - М.:Высшая школа, 1988;

Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М., Изд-во МГУ, 1991.

Определение форм нахождения элементов в объектах окружающей среды.

Спиваков Б.Я. Анализ объектов окружающей среды: Тез. докл. 4-й Всерос. конф. "ЭКОАНАЛИТИКА-2000" с междунар. участием, Краснодар, 17–23 сент., 2000. Краснодар. 2000, с. 67–68. Рус.