20. Что представляют собой изоморфные смеси? Роль этой формы химических элементов в хозяйственной деятельности.

Изоморфизм - способность атомов, ионов или молекул замещать друг друга в кристаллических структурах. В результате изоморфизма образуются твердые растворы замещения. Вещества, которым присущ изоморфизм, наз. изоморфными. Изоморфные вещества могут кристаллизоваться совместно, давая смешанные кристаллы - изоморфные смеси. Эти смеси образуются лишь тогда, когда замещающие друг друга частицы (атомы, ионы, молекулы) близки по своим эффективным размерам.

Если два вещества дают изоморфные смеси любых концентраций (непрерывный ряд твердых растворов), изоморфизм наз. совершенным. В противном случае говорят о несовершенном (ограниченном) изоморфизме. Совершенный изоморфизм характерен только для изоструктурных веществв, имеющих сходное пространственное расположение атомов или ионов и поэтому сходные по внеш. формекристаллы.

Изоморфизм широко распространен в природе. Б. ч. минералов представляет собой изоморфные смеси сложного переменного состава. С изоморфизмом связано геохим. поведение редких и рассеянных элементов, их распространение в горных породах и рудах, где они содержатся в виде изоморфных примесей. Изоморфное замещение определяет мн. полезные св-ва искусств. материалов совр. техники - полупроводников, ферромагнетиков, пьезо- и сегнетоэлектриков, люминофоров, лазерных материалов и др.

21. Образование и особенности существования изоморфных смесей в биосфере?

Процесс изоморфиз­ма, протекающий в биосфере, и изоморфные примеси, находящие­ся в ее пределах, характеризуются особенностями, которые опре­деляются внешними условиями среды.

1. Температуры в пределах биосферы колеблются в относитель­но узком интервале и обычно не превышают 100° С. В этих ус­ловиях возможно образование изоморфных смесей как одновре­менно с формированием минерала-хозяина, так и в уже сущест­вующем минерале.

2. Увеличение концентрации элемента в окружающей среде, ппроисходящее на локальных участках в биосфере, также ведет к усилению изоморфизма.

3. Суммарное воздействие на процесс температуры, давления, рас­пределения элементов в целом приводит к тому, что в условиях биосферы число ххимических элементов, изоморфно замещающих друг друга, гораз­до меньше, чем в более глубинных слоях земной коры.

4. Изоморфные смеси, образовавшиеся в условиях высоких тем­ператур и давлений, попав в условия биосферы, начинают распа­даться. При­чин распада изоморфных смесей в биосфере :

• изменение валентности у части элементов, входящих в смесь, при окислении.

• изменение величины рН

• изменение связей в кристаллических решетках

• химические реакции, протекающие в биосфере, могут вызвать образование из изоморфной смеси новых соединений. Таким об­разом часто идет разделение смеси на CI, Вг и I;

• распад изоморфных смесей возможен в биосфере и под воз­действием биогенных процессов, что особенно характерно для сме­сей, содержащих йод.

22.Водные растворы как форма нахождения хим. Элементов. Роль водных растворов в хозяйственной деятельности человека?

По особенностям фазового состояния воды в биосфере можно выделить зоны водяного пара, твердых (лед) и жидких структурированных вод.

Зона жидких структурированных вод (95% объема гидросферы) Она включа­ет воды Мирового океана, поверхностные и подземные воды су­ши, отличающиеся друг от друга по составу и виду существова­ния растворенных веществ. Наиболее распространен­ными в водных растворах являются ионы. Много элементов (особенно токсичных редких и тя­желых металлов) переносится в природных водах в виде ком­плексных соединений.

Особое значение в природных водах биосферы имеют комплек­сы металлов с органическими аддендами. В природных водах (от слабокислых до сла­бощелочных) довольно долго сохраняются, не диссоциируя, металлоорганические комплексы, образуемые почвенными кислота­ми с солями Fe, А1, Ті, U, V, Си, Мо.

Часть химических элементов находится в природных водах в ви­де молекул. В первую очередь это растворенные в воде газы. Кроме газов в водных растворах в виде молекул встречается ряд солей. Довольно часто они находятся в гидратированном состо­янии. По ряду особенностей среди природных вод особо выделя­ются почвенные, активно участвующие в процессе почвообразо­вания и представляющие собой совокупность истинных и колло­идных растворов. Основные анионы в них — [НСОЗ]^- [NЩ₂]^~ и |N0₃]^~. Поступление этих анионов в почвенные растворы явля­ется преимущественно результатом биологических процессов. По­ступление другой части ионов ([Cl]-, [SOJ-², [Р0₄]-³) связано, как правило, с растворением минералов. Среди катионов преоблада­ют Са ²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, NH₄⁺, Н⁺. Реже в повышенных концен­трациях встречаются Fe³⁺, Fe²⁺, А1³⁺.

Среди водных растворов горных пород несколько обособлен­но располагаются растворы включений в минералах. Часть из них представляет собой законсервированные рас­творы, из которых формировались сами минералы, а другая часть — растворов, которые проникали в уже сформировавшие­ся минералы. Наиболее распространенными ионами этих рас­творов являются Сl, SO,²", Na⁺, К⁺, Li⁺, Са²⁺, Mg²⁺. В этих же растворах находятся молекулы газов, среди которых пре­обладают С0₂, СО, N₂, Н₂, H₂S, а также встречаются углеводород­ные и инертные газы.

Зона твердых вод (лед). Существование зоны развития много­летней мерзлоты. Скорость хи­мических реакций во льду (за исключением некоторых биохими­ческих) резко замедлена по сравнению с жидкими водами. В связи с этим поступление химических элементов (в том числе тя­желых металлов) из горных пород через толщу льда в почвы, где эти элементы становятся наиболее доступными живым организ­мам, идет в значительной мере через поровые воды капилляров.

Зона водяного пара. Рассматриваемая зона охватывает атмосфе­ру и почвы; содержатся пары воды и в 70—80% горных пород, со­ставляющих литосферу. Среди атмосферной воды (а там ее содер­жится 0,02—0,4%) несколько условно можно выделить воду обла­ков, туманов, а также дождевую и росу. О составе воды облаков можно судить по составу дождевой воды (Na⁺, К⁺; Mg²⁺;Сl). Кроме ионов в воде облаков содержатся молекулы газов, а так­же кристаллики ряда солей, в числе которых относительно слабо растворимые негигроскопические сульфат и карбонат кальция. Ча­стицы гигроскопических солей вызывают абсорбцию водяных паров, которые, превращаясь в капельки дождя, падают на зем­лю. При этом идет дополнительное вымывание частиц гигроско­пических солей. Рассматриваемый процесс приводит к накопле­нию в атмосфере Са и S0₄²