Кларки земной коры.

Количественную распространенность хим-х эл-в в ЗК впервые установил Ф. У. Кларк. В ЗК он включал также гидросферу и атмосферу. Поскольку масса гидросферы составляет лишь несколько %, а атмосферы — сотые доли % от массы твердой ЗК, поэтому числа Кларка в основном отражают состав ЗК.

Кларки ЗК.Кларки самых распространенных магматических, метаморфических и осадочных пород установлены достаточно точно.

Сложнее вопрос о среднем составе ЗК, так как неизвестно соотношение м/у различными группами ГП, особенно под океанами. А. П. Виноградов, предположив, что ЗК на 2/3 состоит из кислых пород и на 1/3 — из основных, вычислил ее средний состав, А. А. Беус установил кларки, исходя из соотношения мощностей гранитного и базальтового слоев 1:2.

Данные Виноградова свидетельствуют, что почти половина твердой ЗК состоит из - О (кларк-47). На втором месте стоит Si (кларк 29,5), на третьем — Al (8,05). В сумме они составляют 84,55 %. Если к этому числу добавить Fe (4,65), Са (2,96), Na (2,50), К (2,50), Mg (1,87), Ti (0,45), то получим 99,48%, т. е. практически почти вся ЗК. Остальные 80 эл-в занимают менее 1 %. Кларки большинства эл-в не превышают 0,01— 0,0001 %. Такие эл-ты наз-ся редкими. Если они обладают слабой способностью к концентрации, то именуются редкими рассея нными (Br, In, rа, I, Hf, Ке, Sc и др.). Например, у U и Br кларки почти одинаковы (2 5 10^-1 и 2,1 10^-1 %), но U просто редкий эл-т, так как известны его мест-я, а Br — редкий рассеянный, так как он почти не концентрируется в ЗК и известен лишь один собственный минерал этого эл-та. В геохимии употребляется также термин «микроэлементы», под кот. понимаются эл-ты, содержащиеся в данной системе в малых количествах (порядка 0,01 % и менее). Так, А1 — микроэлемент в организмах и макроэлемент в силикатных породах.

Итак, содержание элементов в ЗК колеблется в миллиарды миллиардов раз (n*10 — n*10^-16), причем представления, почерпнутые из повседневного опыта, не всегда совпадают с данными геохимии. Например, Zn и Сu широко распространены в быту и технике, а Zr и Ti для нас «редкие элементы». Вместе с тем Zr в земной коре почти в четыре раза больше, чем Cu, Ti — даже в 95 раз. «Редкость» Zr и Ti объясняется трудностью извлечения их из руд, которая была преодолена только в середине ХХ в., когда эти металлы стали широко использоваться в промышленности.

Хорошо известно, что хим. Эл-ы вступают во взаимодействие друг с др. не пропорционально их массам, а в соответствии с количеством их атомов. Поэтому и кларки важно рассчитывать не только в массовых %, но и в % от числа атомов, т. е. с учетом атомных масс (П. Н. Чирвинский, А. Е. Ферсман). При этом кларки тяжелых элементов (например, U, Au) уменьшаются, а легких — увеличиваются.

Расчет на число атомов дает более контрастную картину распространенности химических элементов: выявляется еще большее преобладание О₂ и редкость тяжелых эл-в в ЗК.

Когда был установлен средний состав ЗК, возник вопрос о причине столь неравномерного распространения эл-в. Его стали связывать с особенностями строения атомов.

А. Е. Ферсман построил график зависимости атомных кларков для четных и нечетных (по порядковому номеру) эл-в период. системы. Выявилось, что с усложнением строения атомного ядра, утяжелением его, кларки уменьшаются. Однако кривые оказались не монотонными, а ломаными. Ферсман прочертил гипотетическую среднюю линию, кот. плавно понижалась по мере возрастания порядкового номера. Эл-ты, расположенные выше линии, образующие пики, ученый назвал избыточными (О, Si, Fe и др.), а расположенные ниже — дефицитными (инертные газы и др.). Следовательно, в ЗК преобладают легкие атомы, занимающие начальные клетки периодической системы, ядра кот. содержат небольшое число протонов и нейтронов. Действительно, после Fe (№ 26) нет ни одного распространенного элемента.

Итак, в земной коре преобладают ядра с небольшим и четным числом протонов и нейтронов.

Осн-е законы распространенности эл-в в ЗК, очевидно, заложились еще в первые этапы развития Земли как планеты, так как в самых древних архейских породах, как и в самых молодых, преобладают О, Si, Al, Fe. Все же кларки некоторых эл-в изменились. Так, например, в результате радиоактивного распада стало меньше U и Th и больше Pb — конечного продукта их распада («радиогенный» Pb составляет часть атомов Pb ЗК). Известную роль в изменении кларков некоторых эл-в играла диссипация легких газов, выпадение метеоритов и др. причины.

Геох-я классификация эл-в В.И. Вернадского. Родственные по периодической системе эл-ы ведут себя в ЗК далеко неодинаково. Так, К и Na, Fe и Ni, Cl и I, Cr и Мо — аналоги в химии, но в ЗК мигрируют по-разному. Это связано с тем, что для геохимии часто осн. значение имеют такие св-ва эл-в, кот. с общехимических позиций второстепенны и не учитываются в классификации. След-но, необходима особая геох-я классификация эл-в. В классификации В. И. Вернадского учтены самые важные моменты истории эл-в в ЗК. Вернадский выделил 6 групп эл-в. Наиболее крупная из них: «циклические эл-ты», участвующие в сложных круговоротах. По массе они преобладают в ЗК, из них в основном состоят ГП, воды, организмы.

Б. А. Гаврусевич дополнил эту классификацию еще двумя группами: эл-ми, по-видимому, вымершими в ЗК, но известными в космосе, — Тс, Am, Cm, Bk и Cf, и эл-ми, неизвестными в природе, но полученными искусственно — Pm, Es, Md, No, Ku и др.

 31. Физико-химические методы очистки сточных вод

Физико-химический метод очистки промышленных стоков используется для очистки стоков от коллоидных и мелкодисперсных загрязнений примесей. Данный метод может также быть эффективен при очистке сточных вод от некоторых типов ионов, кислот, щелочей.

Нейтрализация - один из методов данного метода очистки стоков. Обычно нейтрализации подвергают промышленные сточные воды, содержащие кислоты. Нейтрализующими веществами при обработке сточных вод в данном случае может быть аммиак, известь и прочие щелочные реагенты.

Коагуляция и флокуляция - это другие, принципиально близкие способы физико-химической очистки производственных сточных вод и стоков другого происхождения. Во время этих процессов происходит реакция загрязняющих стоки веществ
1. с минеральными соединениями - данный процес очистки сточных вод называется коагуляция
2. с высокомолекулярными агентами - данный процес очистки стоков называется флокуляция.

В качестве веществ, способствующих коагуляции загрязнений сточных вод используются в основном соли железа и алюминия. Данные коагулянты в результате химической реакции с загрязнениями промышленных сточных вод превращаются в нерастворимые формы гидроксидов этих металлов. При своем образовании эти гидроксиды захватывают органические и неорганические примеси из стоков. При этом в обрабатываемых сточных водах формируются рыхлые хлопья. Данные хлопья затем могут быть легко удалены из очищаемой воды. Необходимо отметить, что при использовании процесса коагуляции для очистки промышленных стоков образуются высоковлажные объемные осадки. Данные осадки, после очистки производственных сточных вод необходимо в дальнейшем утилизировать.

Сущность метода флокуляции для очистки сточных вод заключается в том, происходит адсорбция (прилипание) флокулянта на поверхности нескольких твердых частиц-загрязнителей стоков. В данном процессе также образуются хлопья. Самыми эффективными веществами-флокулянтами для очистки сточных вод являются органические полимеры и активированная кремниевая кислота. К недостатку данного метода очистки стоков можно отнести отсутствие единого вещества-флокулянта для очистки стоков от большинства загрязнителей.

Для глубокой очистки загрязненных промышленных сточных вод используется так называемые мембранные методы очистки стоков. Одним из таких методов очистки является обратный осомс. При этом сточные воды по давлением подаются на специальную полупроницаемую (обратноосмотическую) полимерную мембрану. При этом мембрана пропускает чистую воду, а загрязняющие агенты стоков эффективно задерживаются. Мембранными методами возможно выделять из сточных вод и утилизировать низкомолекулярные вещества, например соли, кислоты и т.д. При мембранных методах очистки сточных вод рекомендуется проведения предварительной очистки стоков.

Ионообменный метод очистки промышленных сточных вод заключается в фильтрации стоков в так называемых ионообменных смолах. Ионообменные смолы подразделяются на сильнокислотные и слабокислотные катиониты и сильноосновные и слабоосновные аниониты. Кроме того, существуют аниониты, содержащие специальные комплексообразующие группы. При прохождении через ионобменную смолу, загрязнения сточных вод катионного типа, вступают в реакцию обмена с катионитом ионита и оседает на нем. И наоборот, загрязнения сточных вод анионного типа, вступают в реакцию обмена с анионитом ионита с последующим оседанием. Достоинство ионообменного метода очистки сточных вод состоит в том, что данный метод способствует целенаправленному выделению определенные вещества из сточной воды.

В том случае, если из сточных вод загрязняющее вещество невозможно извлечь, обычно используют деструктивные методы очистки стоков. При использовании данных методов очистки сточных вод загрязненная вода разлагается до неопасных компонентов. Можно выделить термоокислительные и электрохимические способы деструкции загрязнений сточных вод, а также методы очистки стоков с использованием сильных окислителей.