Дипломная работа: Методические особенности изучения темы "Бериллий и его соединения" посредством интегрированных уроков
Заканчивая характеристику отдельных
свойств бериллия, без внимательного анализа которых вряд ли возможно правильно
представить его минералогию и понять особенности поведения в природных
процессах, необходимо отметить, что свойства многих соединений бериллия,
интересных в геохимическом отношении, изучены совершенно недостаточно.
Распространение и минералогия
бериллия
Бериллий несмотря на малый ионный
номер относится к редким элементам. Содержание его в земной коре оценивается в
настоящее время от 6x10-4 до 2x10-4. Такую малую
распространенность бериллия объясняют его способностью взаимодействовать с
протонами и нейтронами высоких энергии. В пользу этого объяснения говорит тот
факт, что бериллия мало в атмосфере солнца и звезд, а в межзвездном
пространстве, где условия для ядерных реакции неблагоприятны его количество
резко возрастает. Но наряду с процессом непрерывного распада его атомов, также
в результате многочисленных ядерных реакций идет процесс новообразования его
изотопов. Бериллий имеет только один устойчивый изотоп, но кроме него также
известны изотопы с массой 7,8,9,10.
Изотопы бериллия
Изотопы |
Масса |
Период
полураспада |
7Ве
8Ве
9Ве
10Ве
|
7.0192
8.0078
9.0150
10.0168
|
52.9
дня
<
5x10-14 сек
стабилен
2.7х106
лет
|
Содержание изотопов бериллия в
метеоритах подтверждают гипотезу космической дефицитности бериллия. Но в
отдельных метеоритах отмечается содержание бериллия близкое к его среднему
содержанию в земной коре. Для вывода среднего содержания бериллия в земной коре
был использовано большое количество средних объединенных проб систематически
отобранных по разным магматическим массивам. На основание этих данных был
вычислен кларк бериллия, который оказался равен 3.5x10-4. При
формирование земной коры бериллий концентрировался в остаточной магме в
процессе ее затвердевания. Такое концентрирование в остаточных магматических
породах имеет большое значение, поскольку благодаря ему элемент оказывается
более доступным, чем можно было бы ожидать учитывая его малую
распространенность в земной коре. В природе минералы бериллия образуются в
весьма различных условиях, присутствуя во всех типах минеральных месторождений,
за исключением собственно магматических. При этом наибольшее число бериллиевых
минералов известно в пегматитах. В настоящее время в природе известно 40
минералов бериллия, изученных в большинстве своем совершенно недостаточно.
Подавляющее большинство бериллиевых минералов являются редкими или очень
редкими и известны лишь в одном или двух месторождениях земного шара.
Распределение бериллиевых минералов по классам химических соединений весьма
неравномерно и определяется литофильностью его атома при полном отсутствии
халькофильности. Главную роль среди минералов играют силикаты 65% от общего
числа минералов, меньшее значение имеют окислы и фосфаты. Сульфиды среди
минералов бериллия отсутствуют полностью, что подчеркивает литофильность этого
элемента.
Распределение бериллиевых минералов
по классам
Классы |
Типичные представители |
Кол-во |
% |
Окислы
Силикаты
Бораты
Антимонаты
Фосфаты
Карбонаты
|
Хризоберилл
Гельвин, Даналит, Берилл, Фенакит, Гадолинит
Родицит
Сведенборгит
Бериллонит
Бериллийтенгерит
|
3
26
2
1
7
1
|
7.5
65.0
5.0
2.5
17.5
2.5
|
Геохимия бериллия
В геохимических процессах бериллий
ведет себя как типично литофильный элемент. По классификации Перельмана
бериллий относится к слабо мигрирующим элементам.
Содержание бериллия в горных
породах
Наименование породы |
Содержание бериллия x10-4 |
Ультраосновные породы
Габбро-нориты
Габбро
Средние породы
Кислые породы
Щелочные породы
|
Менее 0,2
Менее 0,2 0,3
0,8 - 0,9
1 - 32 (ср 5)
5 - 20 (ср 7)
|
При рассмотрение распространения
бериллия в магматических горных породах, следует отметить, что бериллий не
накапливается не в ультраосновных, не в основных магмах, присутствую в них во
много раз меньших количествах, чем его среднее кларк в земной коре. Таким
образом геохимическая история бериллия в земной коре всецело связана с историей
образования кислых и щелочных магм, заключающих в себе более 95% атомов
бериллия. При этом особенности поведения бериллия в процессах кристаллизации
кислых и щелочных магм определяются в первую очередь геохимической спецификой
этих существенно отличных друг от друга процессов. Ничтожное содержание
бериллия в гранитном расплаве исключает возможность образование
индивидуализированных бериллиевых минералов. В то же время отсутствие в
расплаве высоковалентных катионов, которые могли бы компенсировать вхождение
бериллия в кристаллическую решетку силикатов, затрудняет и ограничивает захват
бериллия породообразующими минералами гранитов. Таким образом, ограниченное
рассеяние бериллия в продуктах главной фазы кристаллизации гранитной магмы
приводит к его накоплению в продуктах конечной стадии кристаллизации. Особенно
резкое, скачкообразное обогащение поздних магматических продуктов бериллием,
по-видимому, происходит в процессе кристаллизации кварца гранитов, практически
не принимающего бериллия в свою решетку. С этим процессом связано появление на
поздних стадиях формирования гранитов расплавов, эманации и растворов, в
различной стадии обогащенной бериллием. Дальнейшая судьба этих образований,
определяющаяся общими закономерностями становления конкретного магматического
очага и геохимической спецификацией, крайне разнообразна. Следы их деятельности
мы видим в широко распространенных процессах мусковитизации и грейзенизации
гранитов, когда в процессе изменения гранитов концентрации бериллия возрастает
в два раза по сравнению с количеством в биотитовых и прочих гранитов, не
затронутых процессом мусковитизации. Наиболее ярко эти процессы протекают в
процессе образования постматических месторождений бериллия, приводящих к
образованию месторождений содержащих многие тысячи тонн этого элемента. Наивысшее
возможное содержание бериллия, присутствующего в качестве изоморфной примеси в
минералах гранитов может достигать 15x10-4-20x10-4%.
Несколько повышенное рассеяние бериллия наблюдается в гранитах с повышенным
содержание редких земель. Останавливаясь на особенностях поведения бериллия в
щелочных магмах необходимо подчеркнуть следующие факторы, влияющие на судьбу
бериллия в этих процессах:
1)
высокий кларк редких земель
2)
длительное участие высоковалентных катионов в процессах
минералообразования повышенная щелочность среды
3)
Указанные факторы облегчают изоморфный захват бериллия в
процессе кристаллизации породообразующих элементов, препятствуя концентрации
бериллия. Несмотря, на значительно более высокое содержание бериллия по
сравнению со средним кларком литосферы, наиболее типичной особенностью его
поведения в щелочных породах является рассеяние. Появление концентрации
бериллия в щелочных породах можно ожидать в процессе перераспределения бериллия
в процессе широкомасштабной альбитизации пород, содержащих повышенное
количество бериллия. Геохимическая история бериллия в пегматитовом процессе
может служить ярким примером послемагматической концентрацией рассеянного
элемента. Накапливаясь по мере развития пегматитового процесса после
формирования зон графического и среднезернистого пегматита, и выделения крупных
мономинеральных блоков микроклин-пертитов, бериллий концентрируется в
остаточных обогащенных летучими порциях пегматитового расплава-раствора.
Наконец в определенный момент, обычно отвечающий окончанию формирования крупных
мономинеральных блоков, в условиях сильного пресыщения кремнием, накопления
натрия и летучих компонентов начинается формирование главного бериллиевого
минерала гранитных пегматитов - берилла, продолжающегося в стадии пневматолито-гидротермальных
замещений. В период формирования пегматитов особенности концентрации и миграции
бериллия тесно связаны с поведением летучих составных частей пегматитового
расплава-раствора. Подобная связь четко проявляется в образование наиболее высоких
концентраций бериллиевых минералов в апикальных участках пегматитовых тел. В
обстановке относительно высокой концентрации щелочей, характерной для
рассматриваемого периода формирования пегматитов, а также в присутствии
галоидов и углекислоты, играющих роль активных экстракторов-минерализаторов,
перенос бериллия осуществляется в форме подвижных комплексных соединений типа
хлорбериллатов, фторбериллатов и карбонат бериллатов щелочных металлов
мигрирующих в процессе формирование пегматита в надкритических, а позднее в
водных растворах в центральные части пегматитовых тел и в верхнии горизонты
пегматитовой инъекции. Таким образом, при переносе бериллия в форме мобильных
комплексных галоидных или карбонатных соединений с щелочными металлами
выпадения бериллия в твердую фазу в виде бериллиевых минералов можно
представить как сложный процесс распада подвижных соединений бериллия и
связывание его в форме трудно растворимых силикатах бериллия и алюминия.
Решающее значение, по-видимому, имеет изменение режима кислотно-щелочности
растворов в сторону увеличения рН, а также появления жидкой фазы, легко
вызывающую гидролиз таких непрочных соединений, как хлорбериллаты и др. Роль
осадителя бериллия также играет фосфор, образующий с бериллием ряд устойчивых в
обычных гидротермальных условиях минералов. В скарнах высокая концентрация
фтора, при сравнительно низкой концентрации щелочей приводит к переносу
бериллия в виде фторидов и фторбериллатов. При этом важное значение в
уменьшение миграционной способности бериллия имеет увеличение значения pH
минералообразующего раствора, происходящее под влиянием связывания атомов фтора
кальцием вмещающих пород. Геохимическая история бериллия в мезо- и
эпитермальном процессе изучена слабо, однако наличие концентрации бериллия,
связанных со сравнительно низкотемпературными карбонатными жилами, а также
присутствие бериллиевых минералов в жилах альпийского типа говорит о достаточно
широком диапазоне его миграции в гидротермальных условиях. В жильных
образованиях, формирование которых происходило в обстановке высокой
концентрации карбонат иона, перенос бериллия осуществлялся в карбонатной форме.
Особенности миграции бериллия в области гипергенеза изучены еще не достаточно.
При этом следует отметить тот факт, что большинство бериллиевых минералов,
имеющих значительное распространение, весьма устойчиво по отношению к агентам
химического выветривания. Все эти минералы в процессе выветривания содержащих
их пород подвергаются в основном механическому разрушению, рассеиваясь в
процессе эрозии с обломочным материалом. Незначительный удельный вес минералов
бериллия препятствует образованию россыпных месторождений бериллия. В бокситах
отмечается незначительное увеличение концентрации бериллия, как этого можно
было бы ожидать, учитывая сходство бериллия и алюминия.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6 |