25.07.2017
Дорожное строительство – непростой многоступенчатый процесс. Положительный результат достигается только тогда, когда на каждом...


25.07.2017
Шелковая штукатурка – одно из самых популярных покрытий, которое наносится на стены или потолок. Свою популярность шелковая...


25.07.2017
Работа в коллективе важна и определена тем, что она повышает уровень предприятия или компании, а также конкурентоспособность,...


25.07.2017
Металлические ключницы настенного размещения представляют собой изделие в виде шкафчика или ящика и предназначены для хранения...


25.07.2017
В модульных картинах воплотились древние традиции и современные технологии, что позволило получить совершенно новые оригинальные...


25.07.2017
Современные оконные конструкции обещают высокий уровень комфорта, но и требуют соответствующих капиталовложений. Чтобы покупка...


Геохимическое и экологические особенности s-элементов

11.01.2017

Элементы s-электронного строения характеризуются энергетической выгодностью участий в реакциях ионизации s-электронов и относятся к непереходным элементам, свойства которых с увеличением атомных номеров контрастно изменяются по горизонтальным периодам периодической системы и проявляют гораздо большее сходство в вертикальных группах. Элементы s- и р-электронной конфигурации отличаются от d- и f- не только структурой электронной плотности атомов, но и фундаментальными физико-химическими свойствами. Элементы s-блока по сравнению с остальными характеризуются гораздо меньшими величинами энергии образования изолированных атомов, меньшими термическими и энергетическими показателями для соответствующих периодов и групп, меньшей энергией металлической связи в атомах и большей ионностью связи в соединениях. Все эти свойства являются определяющими в общей геолого-геохимической миграции элементов.
Для всех s-элементов типичны металлические свойства. Эти элементы в целом наиболее сходны с р-элементами. Преимущественное изменение свойств s- и р-элементов по горизонтали и более постепенное в пределах вертикальных групп определяет периодичность их свойств, что видно на рис. 2. На графике Мейера — Ферсмана показаны величины атомных объемов элементов, с которыми коррелируются закономерности образования эндогенных концентраций элементов и состав геолого-геохимических групп месторождений полезных ископаемых.
По горизонтали в пределах периодов коренным образом изменяются кислотно-основные свойства элементов: от щелочных — катионов в левой части до ангидридов и кислотных компонентов — анионов — в правой. Наилучшим образом для s- и p-элементов это видно при сопоставлении силовых (I—потенциал ионизации) и размерных (ri — эффективный ионный радиус) характеристик элементов (рис. 5). Ранее для этих целей пользовались обратной величиной — ионными потенциалами — отношением валентности (заряда) к ионному радиусу. Использование γrin+ (см. рис. 5) позволило показать, что кислотные свойства одного и того же элемента в соединениях возрастают с уменьшением координационного числа.
Геохимическое и экологические особенности s-элементов

Наряду с общими чертами (непереходные элементы) s- и р-элементы характеризуются существенными различиями. Все s-элементы имеют сферические структуры электронной плотности, отвечающие минимальным энергетическим показателям, а p-элементы — структуры в виде простой гантели, с более высокими энергиями атомных орбит (однако более низкими, чем у d- и f'-элементов). С этим связаны существенные химические отличия s- и p-элементов.
К s-элементам принадлежат щелочные и щелочноземельные металлы подгрупп IA и IIA. К щелочным металлам подгруппы IA относятся Li, Na, К, Rb, Cs, Fr. Здесь же расположен Н, который по свойствам принципиально отличается от щелочных металлов и больше сходен с p-элементами (F, Cl и др.). Характерно, что для s-металлов не типично общее правило — снижение распространенности в земной коре с увеличением атомного номера в пределах группы, и Li и Be резко уступают по распространенности Na и Mg. Среди s-элементов А.А. Годовиков выделяет две подгруппы: s' — с предвнешними кайносимметричными электронами — Li, Be, Na, Mg; s'' — остальные некайносимметричные элементы.
Щелочные металлы, особенно К, Rb, Cs, Fr, обладают наибольшим групповым сходством по сравнению с элементами любой другой менделеевской группы. Они характеризуются минимальными значениями плотностей атомов, потенциалов ионизации, электроотрицательности и термических показателей среди металлов и наибольшими размерами (объемами) атомов (5). Li и Na, в отличие от К, Rb, Cs, Fr, дают кайносимметричные катионы и имеют несколько более высокие термические и энергетические показатели и меньшие размерные, приближаясь в этом отношении к щелочноземельным металлам II группы. Щелочные металлы в процессах кристаллизационной дифференциации относятся к несовместимым элементам. Особенно это типично для К, Rb, Cs, коэффициенты распределения Kp'' которых в ультрабазит-базитовых расплавах для главных минералов ≤0,01—0,001, для гранитоидных 0,5—0,01 и только для флогопита и биотита ≥1. По данным И. Татсуми, Cs, Rb, К обладают наибольшей способностью среди редких металлов переходить в водный флюид и обогащать расплавы в зонах субдукции при гидратации океанической плиты. В экологическом отношении s-элементы подгруппы IA относятся к биологически очень важным (особенно Н, К, Na), а по вредности стабильные атомы и их соединения — к токсичным и общетоксичным. Li и, возможно, остальные щелочные металлы характеризуются наибольшим коэффициентом гидроэкофильности. Для всех щелочных металлов отмечается максимальная величина всасывания в организм из желудочно-кишечного тракта.
В экогеохимической классификации элементов по масштабам воздействия на окружающую среду все s-элементы отнесены к I группе — глобального значения. Они являются основой минерального состава пород литосферы и солевой составляющей гидросферы. Одновременно они представляют существенную часть аэрозолей (особенно океанических). Важной групповой особенностью следует считать глобальное и региональное техногенное экологическое действие радионуклидов s-элементов. Токсичность их от очень высокой до средней.
Щелочноземельные s-металлы — Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra (IIА подгруппа) значительно отличаются от щелочных. Они имеют меньшие размерные показатели и гораздо более высокие энергетические, термические и плотностные, более прочные связи в металлах, большее число труднорастворимых соединений и принципиальную разницу между самым легким Be, отчасти Mg (s'-элементы) и остальными представителями этой группы элементов. Все металлы данной подгруппы характеризуются повышенной токсичностью, особенно Be, Ba, Sr, Ra и одновременно являются важными биологически, особенно Ca. Кроме того, Be имеет высокий коэффициент гидро- и атмоэкофильности.
Щелочные и щелочноземельные элементы в природных условиях моновалентны; их валентность соответствует групповому номеру (+1 для IA и +2 для IIA). Они относятся к наименее устойчивым в водной среде, что видно из электрохимического ряда напряжений:
Геохимическое и экологические особенности s-элементов

При этом интенсивность миграции щелочных металлов выше, чем щелочноземельных.