Минералогия с основами кристаллографии и петрографии

1.8. Самородные элементы

Особенности распределения химических элементов в Земной коре определяются степенью их сродства между собой и в особенности по отношению к сере и кислороду. В соответстнии с этим В.Гольдшмидт подразделил все химические элементы на 4 группы: сидерофильные, халькофильные, литофильные и атмофильные (таблица 1). Сидерофильные элементы часто встречаются в природе в самородном состоянии. Известно около 80 представителей самородных элементов. главным образом металлов, большинство из которых встречается очень редко. Это число значительно больше, чем число химических элементов, входящих в состав этих минералов (около 30). Самородные элементы составляют немногим более 0,1% общей массы земной коры. Наиболее распространены в самородном виде благородные металлы Рt, Аu и примыкающее к ним серебро.

Некоторые химические элементы, инертные в природных условиях, встречаются исключительно или почти исключительно в самородном состоянии и носят название благородных элементов. Это прежде всего благородные газы и благородные металлы (Pt, Au, Os-осмий, Ir- иридий и др.). Самородное состояние обычно для Ag и Си. В виде крупных самородков (в основном метеоритов) известно самородное железо и его сплавы с никелем, реже кобальтом. Самородные металлы редко встречаются в чистом виде, чаще это сплавы с ограниченной или даже полной изоморфной смесимостью. Способность металлов выделяться в виде простых веществ определяется величиной нормального электродного потенциала, в зависимости от которого их располагают в ряд напряжений: К, Са, Nа, Аl, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Наиболее обычны в самородном состоянии металлы, стоящие в этом ряду за водородом - Сu, Hg, Ag, Pt (и платиноиды), Au. Самородное железо и никель встречаются редко и чаще имеют космическое происхождение. Самородные Рb, Sn, Zn чрезвычайно редки и возникают в каких-то особых условиях. Металлы, стоящие в этом ряду левее цинка, за исключением Al, в самородном состоянии неизвестны. Находки самородных Zn и Аl объясняются образованием на поверхности их зерен плотной защитной оксидной пленки.

Из неметаллических элементов наиболее обычны в самородном состоянии сера и углерод. Реже встречаются в самородном состоянии так называемые полуметаллы - мышьяк (As), сурьма (Sb), висмут (Bi).

Для самородных элементов характерен полиморфизм: сера ( - сера, - сера); углерод (алмаз, графит, лонсдейлит); металлическое железо ( - Fe, - Fe). Среди этих минералов обычны твердые растворы типа Au-Ag; Pt-Fe и другие. Их можно рассматривать как сплавы природного происхождения. Огромно количество искусственно получаемых интерметаллических соединений.

По типу кристаллохимических связей среди самородных элементов можно выделить три группы соединений:
   1. С металлической связью - металлическая связь обусловливает такие свойства минералов как непрозрачность, сильный металлический блеск, хорошие тепло- и электропроводность. Большинство самородных металлов обладают высокой ковкостью и умеренной твердостью 2.5-4.0). Здесь характерны координационные структуры с плотнейшей кубической или гексагональной упаковкой атомов;
   2. С ковалентной и частично металлической или ван-дер-ваальсовой связями. У самородных неметаллов степень ковалентности увеличивается от Те к S, достигая максимума у алмаза; с ван-дер-ваальсовой связью - гелий, аргон и др. инертные газы.

По происхождению самородные элементы главным образом связаны с эндогенными процессами минералообразования. Минералы группы платины и железа почти всегда связаны с ультраосновными и основными магматическими породами. Золото является типичным гидротермальным минералом. Отдельные минералы возникают при метаморфических (графит) и биохимических (сера) процессах. Самородные Аg и Сu иногда в больших количествах обраэуются в зонах окисления рудных сульфидных месторождений при восстановлении их из растворов электрохимическим путем: MeS + 2e^- = Ме⁰ + S^2-. В гипергенных условиях и при метаморфизме благородные металлы сохраняются и образуют местами крупные скопления. Промышленные месторождения многих самородных металлов (золото, платина) возникают при образовании россыпей.

Самородное железо - типичный минерал метеоритов. Необычные в земных условиях минералы: когенит Fe₃С - карбид железа; муассанит SiC - карбид кремния; шрейберзит (Fe,Ni,Co)₃P - фосфид железа, никеля, кобальта и другие карбиды, фосфиды, силициды, нитриды обнаружены в метеоритах и горных породах Луны.

Классификация самородных элементов может быть представлена следующим образом:

Оглавление| Назад| Следующая страница