Введение

Геохимия – это наука о химическом составе Земли, ее оболочек и различных геологических образований, наука о законах миграции, концентрации и рассеяния химических элементов в различных геологических процессах.

Главная задача геохимии заключается в познании существа изучаемого геологического объекта на уровне химических элементов, выявлении закономерностей строения, условий и процессов его образования и принятия на этой основе практически важных решений.

1. Строение и свойства атомов химических элементов.

В атомах выделяют ядро и электронную оболочку. Ядро сложено положительно заряженными протонами и лишенными заряда нейтронами. Количество протонов определяет положительный заряд ядра и номер химического элемента в таблице Д.И.Менделеева. Заряд ядра нейтрализуется отрицательно заряженными электронами, образующими электронную оболочку. Ее размер в сотни тысяч раз превосходит размер ядра. Поэтому размер атомов и ионов определяется их электронной оболочкой, а их масса, наоборот, определяется массой ядра, т.к. масса электрона в 1836 раз легче протона и в 1921 раз легче нейтрона. У некоторых химических элементов количество нейтронов в их ядрах может быть разным. Это определяет наличие у элемента изотопов с разной атомной массой. Бывают изотопы стабильные и радиоактивные. Последние самопроизвольно распадаются, что сопровождается радиоактивным α -, β -, ∂ - излучением. Закон радиоактивного распада выражается в виде N_o=N_{t *} е^λt или N_t= N_{o *} е^-λt , где N_o – количество ядер радиоактивного элемента в начальный момент времени, N_t – то же самое по прошествии времени t, λ – константа распада, е – основание натурального логарифма. При содержании в источнике N радиоактивных ядер его радиационная активность (А) равна А = N _* λ и выражается в беккерелях (Бк), 1Бк = 1 _* с^-1, т.е. один распад в секунду. Главными радиоактивными элементами земной коры являются : U²³⁸, Th²³², K⁴⁰, Rb⁸⁷. Их наибольшие концентрации характерны для кислых (граниты, гнейсы) и глинистых пород.

Электроны в атомах образуют оболочки, которые нумеруются, начиная от ядра. Номер оболочки представляет собой главное квантовое число, которое совпадает с номером периода в таблице Д.И.Менделеева. Поэтому в вертикальных столбцах таблицы Менделеева сверху вниз происходит увеличение размеров атомов, ионов и уменьшение потенциалов их ионизации.

Внутри каждой оболочки происходит заполнение электронами разрешенных квантовой механикой s-, p-, d-, f- подоболочек в последовательности увеличения их энергии. В горизонтальных рядах таблицы Менделеева слева направо вследствие возрастания заряда ядер происходит уменьшение размеров атомов, ионов и увеличение потенциалов их ионизации.

С точки зрения теории кислот и оснований Льюиса-Бренстеда-Усановича атомы, ионы присоединяющие электроны, являются кислотами, а атомы, ионы, отдающие электроны являются основаниями. Поэтому в соответствии с отмеченными выше тенденциями изменения потенциалов ионизации элементов в таблице Менделеева можно считать, что в вертикальных столбцах этой таблицы сверху вниз происходит усиление щелочных свойств элементов, а в горизонтальных ее рядах слева направо усиливаются кислотные свойства элементов. Численно кислотность-щелочность элемента можно выразить величиной отношения I_n/r_i, где I_n – потенциал ионизации, r_i– ионный радиус. С увеличением этого отношения усиливаются кислотные свойства элементов. Для водных растворов часто используют потенциал Картледжа (ионный потенциал) W_i/r_i, где W_i – валентность иона, r_i – его радиус. С ростом этого потенциала усиливаются кислотные свойства ионов.