Следующий раздел: 3. Химия во Вселенной Выше по контексту: Проект Краткая Энциклопедия Химия (Вопросы Предыдущий раздел: 1. Физическая химия или химическая   Алфавитный индекс

Разделы

2. Химия в природе


2.1 Миграция химических элементов в природных средах

Вопрос: Какие химические элементы, кроме Ca-Sr, Fe-Mn мигрируют в природных средах в парной зависимости?

Ответ: Количественную распространенность в земной коре впервые установил Ф.У. Кларк . В его честь А.Е. Ферсман в 1923г. предложил термином ``кларк'' обозначать среднее содержание химического элемент в земной коре, какой-либо ее части, Земле в целом, в планетах и других космических объектах.

Кларки самых распространенных изверженных кислых пород установлены достаточно точно, много данных и о кларках базальтов и других основных пород, осадочных пород. Ниже приведены кларки в % самых распространенных элементов:

Хим. элементы Распространение в %
O 46,0
Si 26,1
Al 8,1
Fe 6,7
Mn 3,0
Mg 0,1
Ca 5,1
Na 2,4
K 1,4
Ti 0,7
H 0,1
P 0,1
прочие 0,2
... ...

Основной вопрос геохимии -- объяснение причин столь неравномерного распространения элементов.

Оказалось, что в земной коре преобладают легкие атомы, занимающие начальные клетки периодической системы, ядра которых содержат небольшое количество протонов и нейтронов. Также преобладают элементы с четными порядковыми номерами и атомными массами.

Родственные по периодической системе элементы ведут себя в земной коре далеко не одинаково. Так, K и Na, Fe и Ni, Cl и I, Cr и Mo -- аналоги в химии, но в земной коре мигрируют по-разному. Это связано с тем, что для геохимии часто основное значение имеют такие свойства элементов, которые с общехимических позиций второстепенны: обратимость или необратимость миграции, радиоактивность, способность давать минералы и т.п.

Многие элементы с одинаковыми кларками ведут себя в земной коре резко различно (Ga, N и Co, Sn и U и т.д.), а элементы с различными кларками -- сходно (S и Se, Ca и Sr и т.д.). Таким образом, миграция элементов в земной коре зависит не только от их химических свойств, но и от кларков.

Химические элементы, ионы и соединения, определяющие условия миграции в данной системе, именуются ведущими. Число их невелико. Например, геохимия гидротермальных систем во многом определяется $ S$, $ SiO_2$, $ F$, $ Cl$,$ CO_2$, $ H^{+}$ и $ OH^{-}$ -- ионами. Геохимическое своеобразие океанов определяется О, растворенным в воде, $ Cl^{-}$, $ Na^{+}$ и небольшим числом других элементов. В таежных болотах ведущими являются $ Fe^{2+}$, $ H^{+}$, $ Mn^{2+}$ и т. д. Химические элементы с низкими кларками не могут быть ведущими из-за малых концентраций в системах -- они вынуждены мигрировать в той обстановке, которую создают ведущие элементы. Различия в кларках определяют ведущую роль S и второстепенную $ Te$, ведущее значение $ Na$ и не ведущее $ Rb$, $ Li$, $ Cs$. Редкие элементы в местах их концентрации (например, в месторождениях) становятся ведущими ($ Hg$, $ U$, $ Mo$ и т.д.).

Ведущее значение элемента зависит не только от его кларка и концентрации в данной системе. Важно, чтобы элемент мигрировал и накапливался в системе. Распространенные, но слабо мигрирующие элементы не являются ведущими. Один и тот же элемент в разных системах может быть и ведущим, и второстепенным. Например, $ Fe$ имеет ведущее значение во многих гидротермальных системах, но его роль невелика в почвах пустынь, водах океана. Наконец, если элемент энергично мигрирует, но не накапливается, он также не является ведущим. Так, $ Na$ и $ Cl$ энергично выщелачиваются из кислой коры выветривания и не являются там ведущими. Только в соляных озерах, где $ Na$ и $ Cl$ мигрируют и накапливаются, они становятся ведущими

Понятие о парагенезисе элементов ввел в 1909 г. В.И. Вернадский, имея в виду их совместную концентрацию. Парагенная ассоциация элементов обусловлена единым процессом, она может быть как одновременной, так и не одновременной, связанной, например, с последовательным осаждением элементов при постепенном охлаждении расплава или раствора. В дальнейшем парагенезису элементов уделялось много внимания в Трудах В. М. Гольдшмидта, А. Е. Ферсмана, А. А. Саукова, В. В. Щербины, А. С. Уклонского, К. А. Власова и других геохимиков, так как одна из главных задач геохимии и состоит в изучении парагенных ассоциаций элементов. Чисто пространственную ассоциацию элементов и минералов, не связанную генетически, В. И. Лебедев именует парастерезисом. Наиболее изучены парагенные ассоциации элементов в минералах. Парагенезис главных элементов, как правило, объясняется законами кристаллохимии (например, Fe и S в пирите, Fe, Mg, Si, О в оливине и т.д.).

Более сложны и разнообразны парагенезисы элементов -- примесей. Так, для оливина характерна примесь Ni, Со, для халькопирита -- часто Re, In, Se, Те, Ge, An, Ni, Со, Ag, Cd, Tl, As, Sb, Pt, Pd, для полевых шпатов -- Rb, Cs, Li, Tl, Be, Ca, Ba, Sr и др., для уранита -- Pb, Ra, Не. Причины образования подобных ассоциаций различны: близость ионных радиусов, радиоактивный распад, сорбция и т.д. Хорошо изучены также парагенные ассоциации элементов в горных породах и рудах. Например, для ультраосновных пород характерна ассоциация Mg, Cr, Ni, Со, Fe, Mn, Pd, Pt, для пегматитов -- К, Rb, Li, Cs, Be, TR, Zr, Nb, Та, F, В и др., для многих экзогенных урановых руд -- Mo, Se, V, Re.

Кроме парагенных различают запрещенные ассоциации элементов (отрицательный парагенезис), т. е. ассоциации, невозможные в данной системе. Примером отрицательного парагенезиса служат Ni и Ba в минералах, Cr и U в рудах, Сu и Мn в осадочных формациях.


Литература: А.И.Перельман ``Геохимия'', М., Высшая школа, 1989.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru

2.2 Крепость спирта

Вопрос: Почему у спирта крепость 96 градусов, а не больше?

Ответ: Этиловый спирт $ C_2H_5OH$ (точка кипения 78,3 $ {}^{\circ}$С; точка плавления -114 $ {}^{\circ}$С), называемый иначе винным спиртом, широко применяется на практике (например, он является исходным сырьем для получения синтетического каучука, часто применяемым горючим реактивных топлива, и т.д.). Поэтому он производится в очень больших количествах. Самый старый рецепт его получения, дошедший до нас, содержится в относящейся к XII веку копии книги ``Ключ живописи'': Смешай чистое очень крепкое вино с третьей частью соли и нагрей в соответствующем сосуде: получишь горючую воду.

Для пищевых целей этиловый спирт (этанол) получают обычно сбраживанием природных продуктов, содержащих в своем составе крахмал или сахар, а для промышленных целей -- синтетически (гидратацией этилена) или химической и биохимической переработкой древесины. Неминуемо при такой переработке необходимо выделять спирт из воды. Самый простой и дешевый способ для этого - выпаривание при кипении. Этиловый спирт является хорошим растворителем, а с водой смешивается в любых соотношениях, что объясняется образованием водородных связей между молекулами спирта и воды. Однако соотношение 96% спирта и 4% воды является особым. Это так называемая азеотропная смесь, т.е. смесь, кипящая при постоянной температуре и не меняющая своего состава при кипении. Она кипит при температуре лишь на 0,1 градуса ниже, чем чистый спирт. Поэтому с помощью простого, дешевого способа выпаривания получить более высокую концентрацию спирта практически невозможно (под давлением азеотропная смесь меняет не только температуру кипения, но и состав, что можно использовать для получения более высокой концентрации, но это ведет к удорожанию продукта).


Источник: Б.В.Некрасов ``Основы общей химии'', М.: Химия, 1973, том 1.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru



E.M.Baldin@inp.nsk.su
23 Января 2000