Goldschmidt-Klassifizierung - Goldschmidt classification
Die Klassifizierung der Firma Goldschmidt , entwickelt von Victor der Firma Goldschmidt (1888-1947), ist eine geochemische Klassifizierung welchen Gruppen der chemischen Elemente in der Erde nach ihren bevorzugten Wirts Phasen in lithophile ( Rock -loving), siderophile ( Eisen -loving), chalcophile ( Sulfid ore -loving oder Chalcogen -loving) und atmophile (Gasliebende) oder flüchtiges (das Element oder eine Verbindung , in der sie auftritt, flüssig oder gasförmige bei Umgebungsoberflächenbedingungen).
Einige Elemente haben Affinitäten zu mehr als einer Phase. Die Hauptaffinität ist in der folgenden Tabelle angegeben und eine Diskussion jeder Gruppe folgt dieser Tabelle.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | fünfzehn | 16 | 17 | 18 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gruppe → | |||||||||||||||||||
| ↓ Zeitraum | |||||||||||||||||||
| 1 | 1 Std |
2 Er |
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| 2 | 3 Li |
4 Be |
5 B |
6 C |
7 N |
8 O |
9 F |
10 Ne |
|||||||||||
| 3 | 11 Nein |
12 mg |
13 Al |
14 Si |
15 P |
16 S |
17 Cl |
18 Ar |
|||||||||||
| 4 | 19 K |
20 Ca |
21 Sc |
22 Ti |
23 V |
24 Cr |
25 Mio. € |
26 Fe |
27 Co |
28 Ni |
29 Cu |
30 Zn |
31 Ga |
32 Ge |
33 As |
34 Se |
35 Br |
36 Kr |
|
| 5 | 37 Rb |
38 Sr |
39 Y |
40 Zr |
41 Nb |
42 Monate |
43 Tc |
44 Ru |
45 Rh |
46 Pd |
47 Ag |
48 CDs |
49 Zoll |
50 Sn |
51 Sb |
52 Te |
53 Ich |
54 Xe |
|
| 6 | 55 Cs |
56 Ba |
|
71 Lu |
72 Hf |
73 Ta |
74 W |
75 Re |
76 Os |
77 Ir |
78 Punkte |
79 Au |
80 Hg |
81 Tl |
82 Pb |
83 Bi |
84 Po |
85 At |
86 Rn |
| 7 | 87 Fr |
88 Ra |
|
103 Lr |
104 Rf |
105 dB |
106 Sg |
107 Bh |
108 Stunden |
109 Mio. t |
110 Ds |
111 Rg |
112 Cn |
113 Nh |
114 fl |
115 Mc |
116 Lv |
117 Ts |
118 Og |
|
|
57 La |
58 Ce |
59 Pr |
60 Nd |
61 Uhr |
62 Sm |
63 Euro |
64 Gd |
65 TB |
66 Dy |
67 Ho |
68 Er |
69 tm |
70 Yb |
|||||
|
|
89 Ac |
90 Th |
91 Pa |
92 U |
93 Np |
94 Pu |
95 Am |
96 cm² |
97 Bk |
98 Vgl |
99 Es |
100 Fm |
101 Md |
102 Nein |
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Goldschmidt-Klassifizierung: Lithophil Siderophil Chalkophile Atmophil Synthetik
Lithophile Elemente
Lithophile Elemente sind solche, die auf oder nahe der Oberfläche verbleiben, weil sie sich leicht mit Sauerstoff verbinden und Verbindungen bilden, die nicht in den Erdkern sinken . Die lithophilen Elemente umfassen: Al , B , Ba , Be , Br , Ca , Cl , Cr , Cs , F , I , Hf , K , Li , Mg , Na , Nb , O , P , Rb , Sc , Si , Sr , Ta , Th , Ti , U , V , Y , Zr , W und die Lanthanoide oder REEs (Seltenerdelemente).
Lithophile Elemente bestehen hauptsächlich aus den hochreaktiven Metallen der s- und f-Blöcke . Sie umfassen auch eine kleine Anzahl reaktiver Nichtmetalle und die reaktiveren Metalle des D-Blocks wie Titan , Zirkonium und Vanadium . Lithophile leitet sich von "lithos" ab, was "Rock" bedeutet, und "phileo", was "Liebe" bedeutet.
Die meisten lithophilen Elemente bilden sehr stabile Ionen mit einer Elektronenkonfiguration eines Edelgases (manchmal mit zusätzlichen f-Elektronen). Die wenigen, die dies nicht tun, wie Silizium, Phosphor und Bor, gehen mit Sauerstoff extrem starke kovalente Bindungen ein – oft mit einer Pi-Bindung . Ihre starke Affinität zu Sauerstoff führt dazu, dass sich lithophile Elemente sehr stark mit Siliciumdioxid verbinden und Minerale mit relativ geringer Dichte bilden, die so zur Erdkruste schwimmen . Die von den Alkalimetallen gebildeten besser löslichen Mineralien konzentrieren sich in Meerwasser oder in extrem trockenen Regionen, wo sie kristallisieren können. Die weniger löslichen lithophilen Elemente sind auf alten Kontinentalschilden konzentriert, wo alle löslichen Mineralien verwittert sind.
Aufgrund ihrer starken Affinität zu Sauerstoff sind die meisten lithophilen Elemente in der Erdkruste relativ zu ihrer Häufigkeit im Sonnensystem angereichert. Die reaktivsten s- und f-Block-Metalle, die entweder salzhaltige oder metallische Hydride bilden , sind auf der Erde als Ganzes im Verhältnis zu ihrer solaren Häufigkeit bekanntermaßen außerordentlich angereichert. Dies liegt daran, dass in den frühesten Stadien der Erdentstehung die Reaktion, die die stabile Form jedes chemischen Elements kontrollierte, seine Fähigkeit war, Verbindungen mit Wasserstoff zu bilden. Unter diesen Bedingungen wurden die s- und f-Blockmetalle während der Erdentstehung stark angereichert. Die am stärksten angereicherten Elemente sind Rubidium , Strontium und Barium , die zusammen über 50 Massenprozent aller Elemente ausmachen, die schwerer als Eisen in der Erdkruste sind.
Die nichtmetallischen Lithophile – Phosphor und die Halogene – existieren auf der Erde als ionische Salze mit S-Block-Metallen in Pegmatiten und Meerwasser. Mit Ausnahme von Fluor , dessen Hydrid Wasserstoffbrückenbindungen bildet und daher von relativ geringer Flüchtigkeit ist, haben diese Elemente ihre Konzentrationen auf der Erde durch das Entweichen flüchtiger Hydride während der Erdbildung deutlich reduziert. Obwohl sie in der Erdkruste in Konzentrationen vorhanden sind, die ihren solaren Häufigkeiten ziemlich nahe kommen, sind Phosphor und die schwereren Halogene auf der Erde als Ganzes im Vergleich zu ihren solaren Häufigkeiten wahrscheinlich erheblich erschöpft .
Mehrere Übergangsmetalle, darunter Chrom , Molybdän , Eisen und Mangan , zeigen sowohl lithophile als auch siderophile Eigenschaften und können in beiden Schichten gefunden werden. Obwohl diese Metalle starke Bindungen mit Sauerstoff eingehen und niemals im freien Zustand in der Erdkruste vorkommen, wird angenommen, dass metallische Formen dieser Elemente im Erdkern als Relikte aus einer Zeit ohne Sauerstoff in der Atmosphäre existieren. Wie die "reinen" Siderophile sind diese Elemente (mit Ausnahme von Eisen) in der Kruste im Verhältnis zu ihrer Sonnenhäufigkeit beträchtlich erschöpft.
Aufgrund ihrer starken Affinität zu Sauerstoff waren lithophile Metalle, obwohl sie den größten Teil der metallischen Elemente in der Erdkruste ausmachen, vor der Entwicklung der Elektrolyse nie als freie Metalle verfügbar . Bei dieser Entwicklung sind viele lithophile Metalle als Strukturmetalle ( Magnesium , Aluminium , Titan , Vanadium ) oder als Reduktionsmittel ( Natrium , Magnesium , Calcium ) von erheblichem Wert . Das Schmelzen dieser Metalle ist äußerst energieintensiv. Bei Emissionen von Treibhausgasen, die im Verdacht stehen, zum Klimawandel beizutragen , wird die Verwendung dieser Elemente als Industriemetalle in Frage gestellt, obwohl die Erschöpfung seltener und weniger reaktiver Chalkophiler Metalle nur wenige Ersatzstoffe übrig lässt.
Die Nichtmetalle Phosphor und die Halogene waren den frühen Chemikern ebenfalls nicht bekannt, obwohl die Herstellung dieser Elemente weniger schwierig ist als die von metallischen Lithophilen, da die Elektrolyse nur mit Fluor erforderlich ist. Als Oxidationsmittel kommt elementarem Chlor eine besondere Bedeutung zu – meist wird es durch Elektrolyse von Natriumchlorid hergestellt .
Siderophile Elemente
Siderophile (von sideron , "Eisen" und phileo , "Liebe") Elemente sind die Übergangsmetalle, die dazu neigen, in den Kern zu sinken, weil sie sich leicht in Eisen entweder als feste Lösungen oder in geschmolzenem Zustand lösen, obwohl einige Quellen Elemente enthalten, die sind keine Übergangsmetalle in ihrer Liste der Siderophile, wie Germanium . Andere Quellen können sich auch in ihrer Liste basierend auf der diskutierten Temperatur unterscheiden – Niob , Vanadium , Chrom und Mangan können je nach angenommener Temperatur und angenommenem Druck als Siderophile angesehen werden oder nicht. Verwirrend ist auch, dass einige Elemente wie das oben erwähnte Mangan sowie Molybdän starke Bindungen mit Sauerstoff eingehen, sich aber im freien Zustand (wie sie auf der primitiven Erde existierten, als es keinen freien Sauerstoff gab) so leicht vermischen können mit Eisen, dass sie sich nicht wie echte lithophile Elemente in der silikatischen Kruste anreichern. Eisen ist mittlerweile einfach überall .
Zu den siderophilen Elementen zählen die stark siderophilen Ruthenium , Rhodium , Palladium , Rhenium , Osmium , Iridium , Platin und Gold , die mäßig siderophilen Kobalt und Nickel , zusätzlich zu den bereits erwähnten „umstrittenen“ Elementen – einige Quellen beinhalten sogar Wolfram und Silber .
Die meisten siderophilen Elemente haben praktisch keine Affinität zu Sauerstoff: Tatsächlich sind Goldoxide gegenüber den Elementen thermodynamisch instabil. Sie bilden stärkere Bindungen mit Kohlenstoff oder Schwefel , aber auch diese sind nicht stark genug, um sich mit den chalkophilen Elementen abzutrennen. So werden siderophile Elemente durch metallische Bindungen mit Eisen in der dichten Schicht des Erdkerns verbunden, wo der Druck hoch genug sein kann, um das Eisen fest zu halten. Mangan, Eisen und Molybdän gehen zwar starke Bindungen mit Sauerstoff ein, können sich aber im freien Zustand (wie sie auf der Urerde existierten, als es noch keinen freien Sauerstoff gab) so leicht mit Eisen vermischen, dass sie sich nicht in der kieseligen Kruste anreichern, da tun echte lithophile Elemente. Manganerze werden jedoch aufgrund der großen Reaktivität von Mangan gegenüber Sauerstoff an fast denselben Standorten wie Aluminium- und Titanerze gefunden.
Aufgrund ihrer Konzentration im dichten Kern sind siderophile Elemente für ihre Seltenheit in der Erdkruste bekannt. Die meisten von ihnen sind deshalb seit jeher als Edelmetalle bekannt . Iridium ist das seltenste Übergangsmetall, das in der Erdkruste vorkommt, mit einer Massenhäufigkeit von weniger als einem Teil pro Milliarde. Abbaubare Lagerstätten von Edelmetallen bilden in der Regel als Folge der Erosion von ultramafischen Gesteinen , sind aber nicht hochkonzentriert sogar im Vergleich zu ihren Krustenhäufigkeiten , die in der Regel mehr Größenordnung unter dem Solar Abundanzen. Da sie jedoch im Erdmantel und im Erdkern konzentriert sind, wird angenommen, dass siderophile Elemente in der Erde als Ganzes (einschließlich des Erdkerns) in etwas vorhanden sind, das sich ihren solaren Häufigkeiten nähert.
Chalkophile Elemente
Zu den Chalkophilen-Elementen gehören: Ag , As , Bi , Cd , Cu , Ga , Ge , Hg , In , Pb , S , Sb , Se , Sn , Te , Tl und Zn .
Chalkophile Elemente sind solche, die auf oder nahe der Oberfläche verbleiben, weil sie sich leicht mit Schwefel und einigen anderen Chalkogenen außer Sauerstoff verbinden und Verbindungen bilden, die nicht in den Erdkern sinken.
Chalkophile Elemente sind Metalle und schwerere Nichtmetalle, die eine geringe Affinität zu Sauerstoff haben und sich bevorzugt als hochunlösliche Sulfide an Schwefel binden . Chalkophile leitet sich vom griechischen khalkós (χαλκός) ab, was " Erz " bedeutet (es bedeutet auch " Bronze " oder " Kupfer ", aber in diesem Fall ist "Erz" die relevante Bedeutung) und wird von verschiedenen als "chalkogenliebend" verstanden Quellen.
Da diese Sulfide viel dichter sind als die von lithophilen Elementen gebildeten Silikatmineralien, trennten sich die Chalkophilen zum Zeitpunkt der ersten Kristallisation der Erdkruste unterhalb der lithophilen Elemente. Dies hat zu ihrer Erschöpfung in der Erdkruste im Verhältnis zu ihrer solaren Häufigkeit geführt, obwohl die von ihnen gebildeten Mineralien nichtmetallisch sind, hat diese Erschöpfung nicht das Niveau von siderophilen Elementen erreicht.
Da sie jedoch auf der primitiven Erde flüchtige Hydride bildeten, als die kontrollierende Redoxreaktion die Oxidation oder Reduktion von Wasserstoff war, sind die weniger metallischen Chalkophilenelemente auf der Erde als Ganzes im Verhältnis zur kosmischen Häufigkeit stark erschöpft. Dies gilt insbesondere für die Chalkogene Selen und Tellur (die flüchtigen Wasserstoffselenid bzw. Wasserstofftellurid bildeten), die aus diesem Grund zu den seltensten Elementen der Erdkruste gehören (zum Beispiel ist Tellur nur etwa so häufig wie Platin). ).
Die metallischsten Chalkophile (der Kupfer-, Zink- und Borgruppen) können sich im Erdkern bis zu einem gewissen Grad mit Eisen vermischen. Sie werden auf der Erde als Ganzes relativ zu ihren solaren Häufigkeiten wahrscheinlich nicht erschöpft sein, da sie keine flüchtigen Hydride bilden. Zink und Gallium sind von Natur aus etwas "lithophil", da sie oft in Silikaten oder verwandten Mineralien vorkommen und ziemlich starke Bindungen mit Sauerstoff eingehen. Gallium wird hauptsächlich aus Bauxit gewonnen , einem Aluminiumhydroxid- Erz, in dem Galliumionen chemisch ähnliches Aluminium ersetzen.
Obwohl kein Chalkophiles Element in hoher Häufigkeit in der Erdkruste vorkommt, machen Chalkophile Elemente den Großteil der kommerziell wichtigen Metalle aus. Denn während lithophile Elemente eine energieintensive Elektrolyse zur Extraktion erfordern, lassen sich Chalkophile leicht durch Reduktion mit Koks und deren geochemischen Konzentration – die im Extremfall das 100.000-fache der durchschnittlichen Krustenhäufigkeit übersteigen kann – extrahieren . Diese größten Anreicherungen treten in Hochebenen wie dem tibetischen Plateau und dem bolivianischen Altiplano auf, wo große Mengen chalkophiler Elemente durch Plattenkollisionen angehoben wurden . Ein Nebeneffekt davon ist in der Neuzeit, dass die seltensten Chalkophile (wie Quecksilber ) so vollständig ausgebeutet werden, dass ihr Wert als Mineralien fast vollständig verschwunden ist.
Atmophile Elemente
Die atmophilen Elemente sind: H , C , N und die Edelgase .
Atmophile Elemente (auch "flüchtige Elemente" genannt) werden als solche definiert, die hauptsächlich auf oder über der Oberfläche verbleiben, weil sie Flüssigkeiten und/oder Gase bei Temperaturen und Drücken, die an der Oberfläche vorkommen, sind oder darin vorkommen. Die Edelgase bilden keine stabilen Verbindungen und treten als einatomige Gase auf , während Stickstoff , obwohl er für seine einzelnen Atome keine stabile Konfiguration besitzt, ein zweiatomiges Molekül bildet, das so stark ist, dass alle Stickoxide thermodynamisch instabil gegenüber Stickstoff und Sauerstoff sind . Folglich mit der Entwicklung von freiem Sauerstoff durch Photosynthese , Ammoniak wurde zu molekularem Stickstoff oxidiert , die gekommen ist , vier Fünftel der Erdatmosphäre zu bilden. Kohlenstoff wird auch als atmophil eingestuft, da er mit Sauerstoff in Kohlenmonoxid (in der Atmosphäre langsam oxidiert) und Kohlendioxid sehr starke Mehrfachbindungen bildet . Letzteres ist der viertgrößte Bestandteil der Erdatmosphäre, während Kohlenmonoxid natürlicherweise in Vulkanen vorkommt und eine Verweilzeit von wenigen Monaten in der Atmosphäre hat.
Auch Wasserstoff, der im Verbundwasser vorkommt, wird als atmophil eingestuft. Wasser wird als flüchtig eingestuft, weil das meiste davon flüssig oder gasförmig ist, obwohl es an der Oberfläche als feste Verbindung vorliegt.
Da alle atmophilen Elemente entweder Gase sind oder flüchtige Hydride bilden, sind atmophile Elemente auf der Erde insgesamt aufgrund von Verlusten aus der Atmosphäre bei der Entstehung der Erde im Verhältnis zu ihren solaren Häufigkeiten stark abgereichert . Die schwereren Edelgase ( Krypton , Xenon ) sind die seltensten stabilen Elemente auf der Erde.
Spuren- und synthetische Elemente
Synthetische Elemente sind von der Klassifizierung ausgeschlossen, da sie nicht natürlich vorkommen.
Auch radioaktive Spurenelemente (nämlich Tc, Pm, Po, At, Rn, Fr, Ra, Ac, Pa, Np, Pu) werden als synthetisch behandelt. Obwohl diese in der Natur vorkommen, hängt ihr Vorkommen vollständig von ihren langlebigen Eltern Th und U ab, und sie sind nicht sehr mobil. Die Chemie des Poloniums würde zum Beispiel vorhersagen, dass es ein Chalkophil ist, aber es tritt eher als Lithophil zusammen mit seinem Uran auf . Selbst Radon , das ein Gas ist, hat normalerweise keine Zeit, sich sehr weit von der ursprünglichen Uranquelle zu entfernen, bevor es zerfällt. Bei Bedarf werden diese Elemente in der Regel synthetisch in Kernreaktoren hergestellt, anstatt den langwierigen und mühsamen Prozess der Gewinnung aus Uranerzen zu verwenden .
Siehe auch
Verweise
Externe Links
- Mineralogie-Notizen 3
- WM Weiß. Geochemie . ISBN 978-0470656686 ; Kapitel 7.2