Распространенность химических элементов в земной коре
С позиций геохимии месторождение полезных ископаемых представляет собой геохимическую аномалию, концентрация химических элементов в которой пригодна для рентабельной разработки.
Величины концентраций элементов в месторождениях прямо зависят от содержаний химических элементов в земной коре (кларков). (табл. 1.1). Чем выше кларк элемента, тем выше его содержания в месторождениях.
Таблица 1.1
Распространенность химических элементов в верхней части
континентальной коры (по данным А.А. Ярошевского, 1990)
| Декада | Содержание в пределах декады, % мас. | Число элементов | Символы элементов(в скобках значения n) |
| I | n 101 | O (4.79), Si (2.95) (Сумма 77.4%) | |
| II | n 100 | Al (8.14), Fe (4.37), Ca (2.71), K (2.4), Na (2.01), Mg (1.79) (Сумма 21,42%) (Сумма Iи II декад 98,82%) | |
| III | n 10-1 | Ti (3.2), C (2.7), H (1.6), S (1.0) | |
| IV | n 10-2 | 9+15TR | Mn (7.7), P (7.0), Ba (5.8), F (5.0), Sr (2.9), Cl (2.0), Zr (1.7), V (1.1), Rb (1.1), TR (1.1) |
| V | n 10-3 | Cr (9.9), Zn (7.6), Ni (5.8), Cu (4.6), Y (2.8), Li (2.7), Co (2.3), N (2.0), Ga (1.9), Sc (1.6), Nb (1.6), Pb (1.6), B (1.2), Th (1.2) | |
| VI | n 10-4 | Hf (4.0), Cs (4.0), Be (3.5), Yb (3.0), U (3.0), Sn (2.5), Ta (2.5), Br (2.0), As (1.7), Ge (1.5), W (1.2), Mo (1.0) | |
| VII | n 10-5 | Tl (7.0), I (5.0), Bi (3.0), Sb (2.0), In (1.0) | |
| VIII | n 10-6 | Hg (8.0), Ag (7.0), Se (5.0), Pd (1.0) | |
| IX | n 10-7 | Pt (n), Au (4.0), Te (1.0) | |
| X | n 10-8 | Re (n) | |
| XII | n 10-10 | Ra (1.0) |
От чего зависит распространенность химических элементов в земной коре?
В геохимии по этому вопросу существуют два эмпирических правила: правило симметрии и правило четности.
1. Правило симметрии: наиболее распространены атомы с одинаковым количеством протонов и нейтронов в ядре, т.е. элементы начала Периодической системы.
p
p = n
 |
n
Рис. 1.1. Диаграмма, иллюстрирующая постепенное преобладание количества нейтронов над количеством протонов с увеличением порядкового номера элемента
2. Правило четности: наиболее распространены атомы с четным количеством протонов и нейтронов.
Таблица 2
Соотношения количества протонов и нейтронов в атомах химических элементов
| №№ пп | Кларк, %мас. | Элемент | Количество | |
| протонов | нейтронов | |||
| 47,9 | 16О32 | |||
| 29,5 | 14Si28 | |||
| 8.14 | 13Al27 | |||
| 4.37 | 26Fe56 | |||
| 2.71 | 20Ca40 | |||
| 2.4 | 19K39 | |||
| 2.01 | 11Na23 | |||
| 1.79 | 12Mg24 | |||
| 0.32 | 22Ti48 | |||
| 0.27 | 6C12 | |||
| 0.16 | 1H1 | |||
| 0.10 | 16S32 | |||
| Сумма 99,67 |
Эмпирические правила показывают, что распространенность химических элементов, в конечном счете, определяется строением ядер их атомов.
Кларком элемента определяются его запасы в месторождениях, содержания в рудах и цены на металлы (табл. 2.3.).
Таблица 2.3
Зависимость суммарных запасов, минимальных промышленных содержаний и цен на металлы от кларков химических элементов
| Декада | Кларк элемента, % | Запасы, тыс. т | Содержания в рудах, % | Цены на металлы, дол./т |
| n 100 (Al, Fe, Na, K) | n 107 | n 101 | n 100 | |
| n 10-1 (Ti, Mn) | n 106 | n 100 | n 101 | |
| n 10-3 (Zn, Cu, Pb) | n 105 | n 10-1 | n 102 | |
| n 10-4 (Sn, Mo, W) | n 103 | n 10-2 | n 103 | |
| n 10-6 (Hg, Ag) | n 102 | n 10-3 | n 104 | |
| n 10-7 (Pt, Au) | n 101 | n 10-4 | n 106 |
Таким образом, геохимический параметр – кларк химического элемента – имеет не только теоретическое значение для наук о Земле, но и важное экономическое значение.
Величиной кларка определяется также распространенность месторождений химического элемента в земной коре.
Наиболее распространены в земной коре месторождения строительных материалов, вещество которых состоит из элементов с четным количеством протонов и нейтронов.
Менее распространены месторождения руд черных металлов, еще меньше месторождений руд цветных, редких и благородных металлов.