Ю.В. Королева, А.Ю. Романчук

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНО ‒ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

ПО ГЕОХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Для студентов 2 курса факультета географии и геоэкологии

специальности геоэкология

УДК

Введение

Термин геохимия (химия Земли), предложенный в 1838 г. Х.Ф. Шенбейном (Швейцария), не отражает в полной мере сути науки, её цели и задачи. Геохимию часто рассматривают как некоторую гибридную научную область, возникшую на границе геологии и химии.

Геохимия как самостоятельная наука была создана тремя учеными: Ф.У. Кларком, В.И. Вернадским, и В. Гольдшмидтом

Выдающийся русский и советский ученый В. И. Вернадский по праву считается одним из основателей современной геохимии. В 1927 г. он так расшифровал ее содержание: “Геохимия научно изучает химические элементы, т.е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве-времени, их генетические на, нашей планете соотношения”.

В современной трактовке «Геохимия- наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

Целью лабораторно-практических работ является закрепление теоретического материала лекций, освоение основных принципов выполнения расчетов и обработки геохимических данных.

№	Название	Колич-во часов
1.	Расчет теоретического химического состава минералов по их идеальным формулам	2
2.	Оценка распространенности химических элементов в главных разновидностях горных пород	2
3.	Изучение геохимических свойств элементов	2
4.	Изучение геохимических свойств изотопов	2
5.	Определение абсолютного возраста магматических горных пород и типа источников магм по изотопным отношениям	2
6.	Процессы растворения твердых веществ в природных водах	2
7.	Вычисление коэффициентов миграции и биологического поглощения	2
8	Численные показатели и графическая характеристика загрязнения почв тяжелыми металлами и другими химическими элементами	2
	Всего:	16

Лабораторная работа № 1 Расчет теоретического химического состава минералов по их идеальным формулам

Цель работы: Освоить основные приемы вычисления химического состава в зависимости от класса минерала (сульфид, оксид, силикат ит.д.), пользуясь таблицей 11 справочника.

Задачи: рассчитать состав бескислородного и кислородсодержащего минерала, а также соединения с дополнительными анионами.

Общие сведения:

Расчет теоретического состава бескислородных соединений (интерметаллиды, сульфиды, сульфосоли и их аналоги).

Пример: Рассчитать массовую долю атомов цинка и серы в минерале сфалерите ZnS

Решение: В структуре минерала на один атом цинка приходится один атом серы (т.е. минерал, по количеству атомов наполовину состоит из цинка, наполовину – из серы). M(Zn) = 65,38 M(S) = 32,07.

65,38+32,07=97,45 (М_ZnS).

Расчет теоретического состава минералов, содержащих кислород (оксиды, гидрооксиды, соли кислородных кислот, силикаты).

Традиционной формой записи результатов химического анализа является запись в виде оксидов тех элементов, которые входят в состав минерала.

Пример: Рассчитать состав диопсида с идеальной формулой CaMg(Si₂O₆).

Диопсид можно представить как смесь трех оксидов: CaO, MgO и SiO₂:

CaMg(Si₂O₆) = 1CaO+1MgO+2SiO₂.

М(CaMg(Si₂O₆)) =216,54; М(CaO) = 56,08; М(MgO) = 40,30; M(SiO₂)=60,08.

Расчет теоретического состава кислородсодержащих минералов с дополнительными анионами (F, Cl, S).

Роль анионов вместо части кислорода в кристаллической решетке минерала играют F^‒, Cl^‒, S^2‒. Общее количество кислорода оказывается завышенным на это количество других анионов. В связи с этим, указывается то избыточное количество кислорода, которое введено за счет фтора, хлора или серы. Оно обозначается как O=F₂, O=Cl₂, O=S и записывается после первой суммы анализа.

Окончательная сумма, за вычетом этих поправок, теоретически, должна быть равна 100 %. Кислород и эти анионы связаны между собой поправочными коэффициентами, исходя из логики замещения.

замещение	O2-<2F-	O2-< 2Cl-	O2-< S2-
расчет
Коэффициент K	0,421	0,226	0,499

Пример: Рассчитать теоретический химический состав кислородсодержащего минерала топаз Al₂(SiO₄)F₂.

Молекулярная масса топаза (М):

Al₂O₃(101,96)+ SiO₂(60,08)+2F(38,00)=200,04

Имеется избыточное количество кислорода – 5 атомов кислорода, в то время как в идеальной формуле топаза – 4. Роль добавочного аниона в топазе играет фтор.

Найдем истинную молекулярную массу топаза:

Сумма = 108,69%.

Избыточное количество кислорода O = F₂ составляет 20,65·0,421= 8,69.

Результаты вычислений верны, т.к. 108,69 ‒ 8,69 = 100%.

Полная запись теоретического анализа идеального топаза:

Компонент: Al₂O₃ - 55,39 %; SiO₂ - 32,64%; F - 20,65%. Сумма 108,69

O = F₂ - 8,69 . Сумма 100,00

Варианты заданий: Рассчитать состав минерала.

Вар.	минерал
1	Акерманит Ca2MgSi2O7, янтарь С10H16O4, киноварь HgS
2	Анортит CaAl2Si2O8, тальк Mg3Si4O10(OH)2, гематит Fe2O3
3	Берилл Be3Al2Si6O18, галенит PbS, гельвин Mn4[BeSiO4]3S
4	Борацит Mg3[B3B4O12]OCl, виллемит Zn2SiO4, корунд Al2O3
5	Гейкилит MgTiO3, малахит Cu2(OH)2CO3, доломит CaMg(CO3)2
6	Сфен CaTiSiO5, хлорапатит Ca5(PO4)3Cl, родонит MnSiO3
7	Шпинель MgAl2O4, халькопирит CuFeS2, ферросилит FeSe2
8	Циркон ZrSiO4, монтичеллит CaMgSiO4, фторапатит Ca5(PO4)3F
9	Каолинит Al2Si2O5(OH)4, магнезиоферрит MgFe2O4, ферросилит FeSe2
10	Криолит Na3AlF6, фторфлогопит KMg3AlSi3O10F, тенорит MnSiO4