Introduction au tableau périodique des éléments et de leurs ions pour Sciences de la Terre

Introduction au tableau périodique des éléments et de leurs ions pour la science de la Terre

Introduction à la périodique Table des éléments et de leurs ions pour les sciences de la Terre

John Paul Bernal1, * et L. Bruce Railsback2

1 Institut de géologie, Université autonome nationale du Mexique, ville universitaire, 04510 Mexico, Mexique. * [email protected]

2 Département de géologie, Université de Géorgie, Athènes, Georgia 30602-2501, USA UU

Manuscrit reçu: 27 septembre 2007
Manuscrit corrigé reçu: 7 mars 2008
Manuscrit accepté: 11 mars 2008

Résumé

Dans cet article, les principes et avantages offerts par les offres de tableau périodiques d’éléments et leurs ions pour la science des terres, publiés à l’origine dans Railsback, LB, 2003, une table de journal de la Terre scientifique des éléments et leurs ions, géologie, 31 (9): 73 7-740. Contrairement au tableau périodique conventionnel, où il est seulement Considéré sur les éléments de l’état d’oxydation zéro, le tableau périodique des éléments et de leurs ions hébergent l’espèce en fonction des états d’oxydation possibles de nature. Cela implique le réarrangement de certaines espèces ainsi que l’apparition de certains éléments dans diverses positions.

La classification de l’espèce en fonction de son état d’oxydation permet les caractéristiques intrinsèques de chaque ion, polarisabilité et potentiel d’ion (φ ), A mis en évidence certaines tendances biogéochimiques préalablement élucidées. La polarisation démarre est possible d’établir des modèles de réactivité et de compatibilité des ions, tandis que le potentiel d’ions permet de démontrer les tendances du comportement des ions dans différentes conditions de différenciation géochimique. Il est démontré que l’interaction des différents ions avec l’oxyde d’ions (O2-), modulée par le potentiel ionique du cation, joue un rôle fondamental dans la plupart des processus de différenciation géochimique, y compris l’hydrogéochimie, les intempéries, la petrogenèse ignée, entre autres. En raison de la large gamme d’applications, le tableau périodique des éléments et de leurs ions pourrait devenir un outil vital pour l’étudiant dans la science de la Terre.

Mots-clés: éléments, ions, table périodique, polarisabilité, Potentiel d’ions, classification.

Résumé

Ce document présente les principes de base de « Table d’information d’un scientifique de la Terre des éléments et de leurs ions » publié à l’origine dans Railsback, LB, 2003, Table de journaux du scientifique de la Terre des éléments et de leurs ions, géologie, 31 (9): 737-740. Contrairement à la table périodique de Mendelejeff, tous les éléments sont classés sur l’état de la terre (ou l’état d’oxydation = 0), le tableau périodique des éléments et leurs ions, classant des éléments et des normes en fonction de leur état d’oxydation naturelle. Par conséquent, certains éléments sont affichés dans plusieurs positions dans la table, et d’autres ont été accomplis.

La classification des ions en fonction de leur état d’oxydation permet de visualiser les tendances basées sur les caractéristiques intrinsèques de chaque ionique (telle que Polarisation et potentiel ionique) qui prouvent le comportement biogéochimique des éléments et de leurs ions. Beaucoup de ces tendances n’étaient que semi-empiriquement déduites jusqu’à présent. Les trajectoires de réaction pour différents ions sont déduits de leur polarisation, tandis que l’ALAW potentiel ionique permet de déduire le comportement des ions sous divers processus de différenciation géochimique.

Il est montré que l’interaction de différentes cations avec l’ion d’oxyde ( O2-) joue au rôle central dans la plupart des processus de différenciation géochimique, tels que la géochimie aqueuse, les intempéries, la petrogenèse ignorée, entre autres. En raison de la large gamme d’applications, le tableau périodique des éléments et de leurs ions est un outil précieux pour le scientifique de la Terre.

Mots-clés: éléments, ions, table de journal, polarisation, potentiel ionique, classification.

Introduction

Le tableau périodique des éléments proposés par Medelejeff (1869) s’est avéré être un outil très utile pour prédire les propriétés chimiques et physiques des éléments, même ceux qui ne le font pas existent naturellement sur la terre. Malgré divers efforts récents pour l’améliorer, la classification des éléments proposée par Mendelejeff a presque 150 ans continue d’être un élément fondamental de l’instruction chimique de base. Toutefois, du point de vue géochimique, le tableau périodique traditionnel présente une série de limitations qui surviennent, principalement du fait qu’il décrit les propriétés physiques et chimiques des éléments de son état basal (ou état d’oxydation = 0).Cependant, la plupart des éléments de la nature se produisent avec un état d’oxydation différent de zéro. Un exemple de ceci sont des métaux alcalins, tels que Li, Na, K et RB; Le tableau périodique traditionnel permet d’établir avec une grande précision ses propriétés physiques et chimiques, cependant, dans des environnements naturels, il sera toujours trouvé en formant des cations univalentes, avec des propriétés chimiques et physiques nettement différentes de ses analogues métalliques. Par exemple, les métaux alcalins en état basal sont très incompatibles avec de l’eau, tandis que les ions correspondants sont très compatibles avec elle. Al et si d’autres exemples d’éléments montrent un comportement contrastant de leurs ions; Bien que SI4 + et A13 + sont parmi les ions les plus abondants du cortex terrestre (McDonoughy Sun, 1995), les espèces élémentaires sont très inhabituelles, mais pas inexistantes. Outre ce qui précède, plusieurs éléments présentent plus d’un état d’oxydation naturellement et les propriétés géochimiques de chacun d’entre eux ne peuvent pas être expliquées à l’aide de la classification périodique de Mendelejeff.

en vertu de ce qui précède, un La classification des éléments et de leurs ions a récemment été proposée, ce qui permet de comprendre son comportement et ses associations géochimiques (Railsback, 2003), ainsi que d’établir les bases de la minéralogie systématique (Railsback, 2005). En général, cette classification repose sur la stabilité des liens formés par des acides durs et doux avec des ions O2- et S2- (bases dures et molles, respectivement), ainsi que dans la densité de charge des différentes cations (potentiel ionique ), qui a des implications directes dans le caractère du lien formé avec ion O2-. Ce qui précède implique que l’interaction de différentes cations avec de l’oxygène régule une grande quantité de processus de différenciation géochimique.

Contrairement au tableau périodique des éléments Mendelejeff, la nouvelle classification vous permet d’expliquer les tendances et les groupements d’éléments et des ions précédemment observés dans manière empirique dans diverses branches de la géochimie. En conséquence, il existe un outil complet qui peut être appliqué à la compréhension de divers processus géochimiques, de la différenciation élémentaire du manteau de la Terre, des processus d’endormis, d’hydroglishémisme et de minéralogie.

de cette manière, cet article vise à diffuser entre le public géologique hispanophone les avantages offerts par la classification de Railsback (2003) afin de faciliter la compréhension des propriétés géochimiques des éléments et de leurs ions.

Principes de classification

Le Le tableau périodique des éléments et de leurs ions a été organisé en fonction de la dureté ou de la douceur des ions. Il est entendu comme un ion dur qui a une densité de charge positive élevée autour du noyau atomique et d’un petit rayon d’ions, de sorte que le nuage électronique (charge négative) autour du noyau est peu déformable à l’influence d’un champ électrique externe (Figure 1a) . D’autre part, un ion doux a une faible densité de charge positive autour du noyau et est relativement grande, de sorte que le nuage électronique soit facilement déformable à l’influence des champs électriques externes (Figure 1b). Les termes « durs » et « doux » proviennent de la théorie des acides et des bases durs proposés par Pearson (1963), qui établit, qualitativement, que les cations métalliques à charge élevée et à une petite radio à ions (acides durs ou type « A »), Ils ont tendance à être associés de manière préférentielle avec des liants ou de petits anions polarisables (bases dures, par exemple, F « , O2–). Au contraire, ces grandes et basses cations de densité de cargaison (acides doux ou type » B « , correspondant aux ions qui ont des électrons dans la couche de Valencia et qui n’ont pas atteint leur état d’oxydation maximum, ils ont tendance à être associés de préférence avec de grandes et polarisables de liants (basesblands, par exemple S2-, SE2 -).

Règle générale, les acides durs réagissent de préférence avec des bases dures et des acides doux réagissent de préférence avec des bases douces (coton et wilkinson, 1988), où la « préférence » doit être comprise comme une plus grande vitesse de réaction et une plus grande conversion équilibrer (Cruz-Garritz et al., 1991). De même, les liens formés entre les acides et les bases avec le même caractère relatif de la dureté sont très stables et difficiles à casser, tandis que l’interaction entre un acide et une base avec un caractère de dureté différente est instable.

Comme tout Système de classification, il existe des cas de frontière où les propriétés de dureté ou de douceur ne sont pas clairement définies, comme le cas de la plupart des éléments de transition, dans lequel l’état d’oxydation est le facteur déterminant de la dureté de l’ion.En général, les acides intermédiaires ou des acides de la frontière réagissent de préférence avec des bases mounes ou une même frontière, bien que la même nature limite de ceux-ci les rendent plus enclins à générer des cas «exceptionnels», tel est le cas d’anglesite (PBSO4), ce qui est le produit de un acide intermédiaire (PB2 +), avec une base dure (SO42 -).

Malgré divers efforts pour paramétrer la dureté des ions (Yamaday Tanaka, 1975, Parry Pearson, 1983), ces modèles n’ont pas a facilité la conceptualisation de la proposition qualitative de Pearson (1995), il est donc plus simple d’associer la dureté des ions avec polarisabilité. Cela fait référence à la tendance présentée par le nuage électronique autour d’un ion à déformer par un champ électrique externe causé par un dipôle ou d’autres ions à proximité (Cruz-Garritz et al, 1991). Un ion dur a une densité de charge positive élevée près du noyau, de sorte que le nuage électronique autour de celui-ci n’est pas facilement déformable, c’est-à-dire qu’il est peu polarisable (figures 1a, 1e). D’autre part, un ion doux se caractérise par une faible densité de charge positive près du noyau, de sorte qu’une charge ou un champ électrique externe peut facilement se déformer ou facilement polaire le nuage électronique autour de celui-ci (figure 1b) (coton et wilkinson, 1988) . Formellement, la désinvolte est définie comme le rapport du moment dipolaire induit (μi) d’un atome à l’intensité du champ électrique (E) qui produit l’αi dipolaire, de sorte que:

Parce que la polarisation est une variable dépendante des caractéristiques intrinsèques de l’ion (par exemple, la charge, la radio des ions, la configuration électronique, etc.), comme de la magnitude du champ électrique qui leur est imposé, il n’est pas possible d’établir une échelle absolue de polarisation des ions, contrairement à d’autres paramètres tels que l’électronégativité et le rayon d’ions. Cependant, il est possible de trouver divers exemples qui démontrent le comportement périodique et cohérent intérieur de la polarisation relative des éléments et de leurs ions (Cruz-garritz et al, 1991).

La deuxième caractéristique intrinsèque de chaque ion qui permet d’identifier les tendances géochimiques dans le tableau périodique des éléments et de leurs ions est le potentiel d’ions (), qui est défini comme suit:

où Z représente la charge d’ions et le rayon d’ions. En général, peut être compris comme la densité de charge dans l’ion. De cette manière, deux ions avec des radios ioniques similaires, mais des charges différentes auront des valeurs différentes, et donc une densité de charge différente (Figure 1 A et C); Comme deux ions avec la même charge et la même radio d’ions auront différentes valeurs de φ.

La classification des éléments de railles et des ions (2003) ne correspond pas à la première tentative d’utilisation du potentiel d’ions de les ions comme facteur de classification. Víctor Goldschmidt avait visualisé un système de classification similaire (Goldschmidt, 1937), mais n’a pas estimé que certains éléments pouvaient apparaître plusieurs fois dans ladite classification, car ils ont plusieurs états d’oxydation. Contrairement à Goldschmidt, et auparavant, Carpingledge (1928A, 1928b) a proposé une classification d’éléments et d’ions pouvant être considérés comme précurseurs à partir desquels Railsback (2003), puisqu’il avait considéré l’état d’oxydation des ions à son emplacement dans le tableau périodique. D’autre part, dans une pétrologie ignée, il est courant de faire référence à certains éléments pertinents tels que « les grands éléments lithophiles ions et les éléments élevés de la force de terrain » (également connu sous le nom de LILE et HFSE, ou de petits éléments radiodiums ioniens et élevés ioniques ou élevés Terrain d’éléments, respectivement) avec des affinités minérales diamétralement opposées et dont la définition est basée, précisément, dans la relation entre la charge et le rayon d’ions correspondant (Albare, 2003). La principale différence entre les contraintes ci-dessus et la classification des éléments de railles et des ions (2003) est l’inclusion de la course des contours potentiels d’ion, ou des contours équipotentiels (Figure 2), qui permettent d’identifier facilement des groupes d’éléments dont le comportement est similaire sous divers Conditions et processus de différenciation géochimique.

Il convient de souligner que la dureté ou la douceur d’un ion équivaut à sa polarisation et est fonction du rayon d’ions et du nombre d’électrons qu’il a dans le Couche de Valence. Ces ions sans électrons de la couche de Valence sont mal polarisables et, par conséquent, plus dures que celles de taille similaire mais ont des électrons dans la couche de Valence. D’autre part, se réfère uniquement au rapport de charge / rayon de l’ion, de sorte que deux ions ayant une charge et des rayons similaires auront des valeurs similaires, ce qui n’implique pas nécessairement que les deux ions partagent des propriétés et / ou des affinités géochimiques.Les ions Na + et Cu + représentent un bon exemple pour illustrer ce qui précède: les deux cations ont des radios ioniques similaires (0,96 et 0,95 Å, respectivement) afin, en possédant la même charge, ils ont des valeurs de CP très similaires. Cependant, tandis que Na + est acide dure, car il n’a pas d’électrons dans la couche Valencia, le Cu + est un acide doux en possédant un électron dans la couche de Valence. Ce qui précède est que le Cu + ne peut pas remplacer Na + dans les feldsparts en raison de l’incapacité du premier à former des liaisons covalentes stables avec O2- (Ringwood, 1955a). De même, TL + (acide soft) ne remplace pas K + (acide dur) dans tout minéral, malgré le fait que les radios ioniques des deux espèces (1,40 et 1,3 3,3 Å) permettraient de penser que ladite substitution est réalisable. Il convient de mentionner que, malgré la faible diffusion de ces principes dans les sciences des terres, ils ont déjà été utilisés pour la description de différents processus géochimiques (par exemple, Lasaga et Cygan, 1982, Abbott, 1994, Auboiroux et al, 1998, Tomkins et Mavrogogenes, 2001).

Description de la table

Le tableau périodique des éléments et de leurs ions pour la science des terres (Figure 3) est organisé en fonction de la charge de chacune des espèces . La grande majorité des espèces apparaissent dans des postes similaires que dans le tableau périodique classique. Cependant, certains éléments sont typiquement du côté droit dans un tableau périodique classique (par exemple, B, C, oui), ont été déplacés au côté gauche de la table telle que B3 +, C4 + et SI4 +. De plus, comme déjà mentionné ci-dessus, certains éléments apparaissent dans plusieurs positions à la suite des différents états d’oxydation pouvant présenter. Tel est le cas de P et U qui apparaissent deux fois, tandis que V, la foi, C et N le font trois fois, et S2-, S °, S4 + et S6 +).

La table est séparée en différents blocs pour différencier des gaz nobles, des acides durs ou des espèces de type A, des acides doux ou de type B, des espèces élémentaires (sans charge) et des anions (Figure 3). Cette séparation permet de rationaliser l’interaction entre les différentes espèces, car les acides durs réagiront de préférence avec des bases dures, tandis que les acides doux sont plus compatibles avec les bases douces. Un exemple de cette tendance est la solubilité des halls de cations rigides et mous. Comme on peut le voir dans la case 8 de la figure 3, le mélange d’un acide dur (Mg2 +) avec une base dure (f-) ou un acide doux (AG +) avec une base molle (I-) produit les halogénures solides Plus insoluble pour les cations respectifs. Au contraire, les produits d’un acide dur avec une base molle (par exemple, NAI) ou un acide doux avec une base dure (par exemple, AGF) entraînent les halogénures les plus solubles de la série correspondante, en raison de laquelle la cation-anion Le lien est instable. De la même manière, il est possible d’expliquer l’absence de soufures CA2 +, d’autres acides durs et de justifier l’existence d’oxydes et de sults de ladite espèce. D’autre part, l’existence de sulfures minéraux d’éléments du groupe PT, et non de ses oxydes, représente un exemple du boîtier opposé.

Une autre différence importante entre le « tableau périodique des éléments et sa Ions pour sciences de la Terre « et la table conventionnelle, il consiste en l’apparition des éléments naturels du groupe d’actinides avec les acides intermédiaires et durs, de cette manière Th4 + est inférieur au HF4 +, le U4 + au-dessous du W4 + ( Tous les intermédiaires) tandis que U6 + est inférieur à W6 + (dur). Bien que de tels logements soient non conventionnels, les tendances décrites dans les sections suivantes justifient ladite disposition.

Le tableau fournit également des informations utiles telles que le nom de l’élément et / ou de l’ion, du nombre et de la masse atomique, de la radio ionique, Isotope Natural de chaque élément, ainsi que des itinéraires de décomposition radioactifs. Chaque élément et / ou ion est accompagné d’une symbologie (Figure 4) qui nous permet d’identifier certaines des principales caractéristiques biogéochimiques de l’espèce, ce qui aide l’utilisateur à identifier les tendances naturelles dans la répartition des espèces correspondantes. De même, la taille du symbole de l’élément / ion est effacée à son abondance dans la croûte terrestre.

motifs et tendances de la table

Les symboles associés à chaque élément et ion (Figure 3 et 4) Indiquez si ceux-ci sont enrichis en minéraux, les eaux naturelles (sucrées et / ou / ou marines), les sols, les sédiments, les roches ignabes, le manteau ou l’atmosphère, ou s’ils ont un rôle prépondérant en tant que micronutriments. Lors de l’observation du tableau (Figure 3), il est évident que les différents symboles sont regroupés en fonction des contours potentiels d’ion, une tendance non évidente dans le tableau périodique classique.Prière, de nombreux ions avec des valeurs de 3 < φ 10 ont tendance à former des oxydes minéraux, sont enrichis dans des sols marins et des nodules de foi -MN, ils font partie de phases minérales avec un point de fusion plus grand et sont moins appauvris dans le manteau. De même, lesdites ions forment des oxydes de dureté supérieure, de solubilité inférieure et de compressibilité moins (Figure 3, boîtes 1-4 et 6). Ces tendances sont démontrées dans la nouvelle table périodique au moyen de contours équipotentiels de couleur orange.

d’autre part, ces cations avec φ < 4 FLUORES FLUORES MINERAUX et sont des composants majeurs dans les eaux fluviales et océaniques, ainsi que des ions qui sont des nutriments fondamentaux pour certains êtres vivants. De même, ces cations avec > 8 sont également abondants dans l’eau fluviale et marine et sont des nutriments importants pour les plantes. Cependant, contrairement à ces espèces avec un potentiel d’ions, ces cations font partie des oxians, tels que des sultes (S6 + dans SO42), des phosphates (P5 + ENPO43-), des nitrates (N5 + dans NO3-) et des arsenates (AS5 + dans ASO3 -), entre autres. Les deux tendances peuvent être identifiées dans la table par des contours d’équilibre bleu.

équipement des contours s’étendent à la zone des cations intermédiaires, composées par les ions des éléments de transition. La partie supérieure de cette section est composée de cations qui ont des valeurs comprises entre 3 et 8, et également enrichies dans des sols, forment des oxydes minéraux et constituent une partie fondamentale des phases minérales ignées formées aux premières étapes de la cristallisation. Dans la partie centrale de cette section, il y a des acides doux par excellence, caractérisés par une faible valeur de φ. Parmi eux figurent les ions des métaux principaux de la mientil (Cu, AG et AU) désignés par des diamants jaunes indiquant leur préférence pour former des sulfures minérales, des bromures et des iodides.

à l’exception des gaz nobles, La seule section du tableau périodique des éléments et de leurs ions où les contours équipotentiels ne sont pas incluses correspond aux éléments de manière nativement et qui inclut principalement les métaux affoyables, ainsi que les composants de l’atmosphère. La position relative de ces éléments est maintenue identique à celle du tableau périodique classique. Malgré tout, il est possible de tracer des contours en regroupant les préférences en alliage pour chaque élément. Par exemple, ces éléments qui forment des alliages forment un groupe discret dans la table, tandis que ceux qui sont alignés sur la foi forment un groupe plus large qui se chevauche avec ceux qui forment des alliages avec Cu et AU.

sur le côté droit du tableau (Figure 3) Les anions sont présentés, qui comprennent des bases rigides et douces. Les contours d’équipement pour les anions sont similaires à ceux des acides durs, mais contrairement aux cations, aucune variation drastique de φ ne sont observées, qui varie entre -1/2 et -2; Parce que l’augmentation de la charge de l’anion implique, à son tour, une augmentation du rayon des ions. En ce qui concerne le comportement en tant que solutés, la symbologie permet d’observer que les anions avec des valeurs plus négatives de φ (bases dures), dans la partie supérieure du tableau périodique, présentent des propriétés similaires à leurs analogues d’acide. Inversement, la partie inférieure de la table présente aux anions doux: celles qui ont des valeurs de φ le plus proches de zéro, et qui sont de préférence coordonnées avec des cations douces, formant des sulfuras, des bromures, des iodides et des citons avec des acides doux tels que AG + et AU +. D’autre part, de droite à gauche, ou de F- et CL- à C4- et O2 – est la transition d’anions qui forment des minéraux avec des cations durs (par exemple K + et Na +) à ceux qui forment des minéraux avec des cations durs avec des valeurs de CP extrêmes (par exemple, al3 + ysi4 +).

interaction cation-o2 –

La différence entre les cations CP faible et élevée peut être illustrée de l’interaction de ceux-ci avec ion o2-. Tandis que les ions de CP peu bas exercent une certaine attraction électrostatique sur l’anion oxyde, ces cations à haute concentration de cette quantité de charge positive formant des liens avec de l’oxygène covalent de haut caractère, difficile à rupture. Ce qui précède acquiert une plus grande importance pour considérer que l’oxygène est l’élément le plus abondant de la Terre (McDonough et Sun, 1995) et implique que la cation d’interaction unique-oxygène est le principal régulateur des processus de différenciation géochimique.

pour illustrer Ce qui précède, l’interaction entre les ions ayant une valeur différente des molécules CP et H2O est intéressante. En général, φ augmente progressivement à droite dans n’importe quelle ligne du côté gauche de la table.Dans une solution aqueuse, des ions ayant des valeurs inférieures de φ (par exemple, Na +, K +) seulement incliner légèrement le Dipolo de molécules de H2O au centre de la charge positive (figure 5A) (Carrillo-Tripp et al., 2003), tandis que les cations avec des valeurs CP légèrement supérieures (telles que Mg2 + et CA2 +) gèrent de guider efficacement le dipôle des molécules H2O autour d’eux (Figure 5B) (Bernal-Uruchurtu et Ortega-Blake, 1995). Ces ions avec des valeurs plus élevées de φ (par exemple, Al3 +) induisent une telle attraction d’oxygène des molécules d’eau, qui a presque génèrent spontanément hydrolyse des réactions du type:

dans une telle manière qu’il est possible de trouver l’ aluminium dissous pas lié à l’ oxygène dans des environnements très acides, tels que le drainage acide de déchets miniers (par exemple, Cidue et al, 1997), Dans des environnements moins acides ou neutres, l’aluminium formera des complexes de type hydroxyde, décrites comme des produits d’équation 3 (Figure 5C) (Hiradate, 2004). Ions avec un plus grand potentiel d’ions (par exemple, C4 +, SI4 +) n’existent pas en tant que telle , en solution aqueuse, mais sont toujours coordonnés par l’ oxyde d’ions ou d’ hydroxyde, par exemple CO32- et Si (OH) 4 (figure 5D) (Ce dernier Communément représenté comme H4Si04, Krauskopf et Bird, 1995). Enfin, l’interaction entre les cations avec des valeurs extrêmes de φ (par exemple, N5 +, + S6) avec des résultats d’oxygène dans hautement Covas-lentilles, formant oxians très stables, comme NO3 « et SO42 (Figure 5E) (cotonneux Wilkinson , 1988). les cations de très lourdes atomes avec une charge élevée (par exemple, U6 +, W6 + et + MO6) seront également former oxianions tels que UO2 + 2, WO42- ou MOO42-, et ne libérer de l’oxygène en présence de une base plus dur (comme F-) ou réduits.

l’existence d’oxydes minéraux peut être expliquée d’une manière similaire à la spéciation des cations en milieu aqueux (figure 3, encadré 7). cations avec les valeurs de faible CP forment des liens faibles avec ions d’oxyde, de sorte qu’ils ne forment pas des oxydes minéraux, ils ne sont pas conservés dans les sols tels que les oxydes ou hydroxydes, ces cations sont facilement dissous dans l’ eau, qui est devenu les éléments nutritifs importants pour les plantes et certains d’ autres êtres vivants (par exemple, na +, K +). L’incapacité que ces ions ont pour la forme Des liens stables avec ion o2 – implique également que ces cations ne sont incorporées que dans les phases minérales de température les plus basse (biotite, muscovite, feldspar-k) et, par conséquent, dans les dernières étapes de la cristallisation. D’autre part, ces cations avec des valeurs élevées de φ (par exemple, P5 +, N5 +, S6 +, entre autres) forment des liaisons extrêmement stables avec des oxydes ion; Cependant, la forte densité de charge positive des exerce de cations centraux aux électrons de l’ ion O2-, polariser efficacement la distribution des électrons dans la liaison cation-oxygène vers le centre de l’oxanion, l’ empêchant de former des liaisons avec un autre cation A à l’ oxygène et former la base d’une structure possible de l’oxyde minéral correspondant. Les résultats ci – dessus dans non seulement l’absence d’oxydes minéraux de ce type de cations, mais aussi que ces ions sont très solubles dans l’ eau et, par conséquent, abondant dans les eaux naturelles (douce et / ou marine), et qui sont considérés comme des éléments incompatibles avec des phases minérales ignées. Enfin, ces cations avec CP intermédiaire, 4 < φ < 10 (par exemple, SI4 +, Al3 +), forment des liens avec l’ oxygène relativement Fort, cependant, la densité de charge dans le centre d’ions n’est pas suffisamment élevée pour empêcher l’oxygène de former des liens avec d’autres cations. De cette manière, ces ions peuvent former des oxydes et des hydroxydes minéraux et incorporés dans des phases minérales igilan à haute température formées aux premières étapes de la cristallisation magmatique. Sa stabilité comme des oxydes et / ou des hydroxydes leur donne peu de solubilité dans l’eau et, par conséquent, elles sont relativement pas abondantes dans les eaux naturelles.

Le comportement des ions avec des valeurs différentes de φ dans une solution aqueuse a également des implications. Dans les études de pétrologie ignée. En particulier, cela explique pourquoi les basalties générées dans des zones de sous -duction ont des compositions d’oligo-éléments très différents de ceux générés dans d’autres environnements tectoniques. Les basaux d’arc, par exemple, montrent des enrichissements en lil éléments (sous), mais des concentrations d’éléments HFS (très élevées) similaires à celles observées dans des basaltes dorsales océats (Figure N-Morb 6). Ces anomalies sont généralement interprétées comme le résultat de procédés métasomatiques dans la cale du manteau, proviennent de la déshydratation de divers minéraux du cortex océanique et des sédiments sous-produits (par exemple, des philosilisateurs et de l’amphibole) (Tatsumi et Kogiso, 2003).De cette manière, les éléments lil, étant soluble dans l’eau, peuvent être transportés vers le coin du manteau par les fluides générés au cours de la subduction, tandis que la faible solubilité dans l’eau du HFS (en raison de sa valeur de CP élevée) évite sa mobilisation, de sorte que Il est courant de les trouver dans des phases minérales présentes dans la plaque métamorphique (par exemple, TiePolo et al., 2000, Scambelluri et al., 2001). Les solutions générées dans ces processus, enlymlyy enrichie appauvri dans HFS, peuvent interagir avec le coin du manteau (Murphy, 2007) et modifier l’abondance des éléments Lil dans les magmas mariques générés dans des zones d’arc, entraînant des profils d’éléments similaires à la montré à la figure 6, où les éléments LIL sont enrichis par rapport à N-Morb, tandis que les HFS sont dans des proportions similaires à N-Morb.

même si le tableau périodique des éléments et de leurs ions pour la Terre Les sciences classent les différentes espèces en fonction de leur état d’oxydation, il est nécessaire de souligner que cette représentation n’implique pas nécessairement que tous les ions participeront aux processus de différenciation géochimique comme ions libres. Cela est particulièrement vrai pour les cations élevées à hautes φ, qui se trouveront dans la plupart des cas liés aux ions d’oxyde et / ou d’hydroxyde. En général, il n’est pas possible de trouver des cations avec l’état de l’oxydation > 3+ qui ne sont pas attachés à une base dure, typiquement O2 et / ou F- et / ou OH- ( Coton et Wilkinson, 1988). L’universalité de ce principe est surprenante, car ce comportement est observé à la fois dans la différenciationPématite (Ringwood, 1955b), comme dans les eaux naturelles à la température ambiante (Brookins, 1988).

Avantages et limitations

Le tableau périodique des éléments et de leurs ions pour la science des terres est un outil qui permet de comprendre plus facilement le comportement des différents éléments et de leurs ions dans diverses conditions de différenciation. La classification qui est présentée ici ne cherche pas à fournir des connaissances ou de nouvelles théories sur le comportement des éléments, cependant, permet à l’utilisateur de les visualiser de manière plus simple et rapide.

Par exemple, il était précédemment mentionné que le Cu + ne remplace pas Na + dans les feldsparts car ces espèces sont respectivement des acides molles et durs. Bien que ce comportement soit prévu aux principes de substitution Goldschmidt, en particulier dans lequel il établit que la substitution peut être nulle ou limitée à mesure que la différence d’électronégativité des ions en compétition (Faure, 1991) est augmentée, il est plus rapide, simple et illustratif identifiant ce comportement de la position des ions respectifs du tableau, car sinon il est nécessaire d’avoir des données d’électronégativité pour chaque ion et chaque élément. De plus, l’utilisation du tableau périodique des éléments et de leurs ions permet non seulement d’évaluer la faisabilité d’une substitution isomorphe possible, mais permet également d’extrapoler ledit comportement aux éléments voisins et aux ions par l’utilisation de contours équipotentiels.

L’utilisation de φ comme facteur de classification et les contours équipotentiels doivent être utilisés avec prudence. Ce qui précède est que le rayon ionique et, par conséquent, CP, (équation 2) de chaque ion dépend du numéro de coordination (NC). Bien que les contours équipotentiels de la table aient été dessinés à l’aide de la NC la plus courante, certains éléments peuvent adopter différents NC, étant l’AL3 +, probablement, le cas le plus notable. Cet ion peut occuper des sites tétraédriques (NC = 4) et octaédrique (NC = 6) dans la structure de divers minéraux, par exemple des argiles (Moore et Reynolds, 1997), ce qui implique dans la structure d’un minéral, des ions AP + peuvent avoir Deux radios ioniques différentes (0,39 et 0,535 Å, respectivement; Shannon, 1976), et donc des valeurs autres que φ (7,69 et 5,60, respectivement), selon le site de la structure qu’ils occupent. Bien que ce qui précède puisse suggérer différents comportements pour les deux types d’AL3 +, les valeurs de φ se situent dans la plage délimitée par les deux contours équipotentiels orange de la figure 3 (Z / R = 4 YZ / R = 8), de sorte que la prise en compte Le NC = 6 comme le plus fréquent pour l’AL3 +, il n’entraînerait qu’un léger déplacement du contour équipotentiel Z / R = 8 vers le centre de la table, plus n’indiquerait pas un comportement géochimique différent pour l’AL3 + à ce qu’il est présenté dans la table. Des conclusions similaires peuvent être obtenues à partir d’autres ions ayant un comportement similaire à AL3 +, tel que Fe3 + et MG2 +, entre autres.

Conclusions

La classification des ions selon ses éventuelles états d’oxydation dans la nature des témoignages permettant la systématisation du comportement des éléments et de leurs ions avant divers processus de différenciation géochimique. Ces tendances avaient déjà été démontrées séparément dans la classification des éléments de Victor Goldschmidt (Goldschmidt, 1954, Goldschmidty Muir, 1954) et autres auteurs (Cartlets, 1928a, Cartledge, 1928b, Ringwood, 1955a). De même, la classification prouve que les deux principales propriétés intrinsèques des ions, le potentiel d’ions et la polarisation sont les facteurs modulateurs des principaux processus de différenciation géochimique élémentaire. Il convient de mentionner que, bien que ces termes soient présentés de manière simplifiée, ils correspondent réellement à des propriétés complexes des ions. Le lecteur intéressé à approfondir ces termes, ainsi que dans la théorie des acides et des bases durs, devraient faire référence aux références originales (Pearson, 1963), à la littérature chimique spécialisée (par exemple, Cotony Wilkinson, 1988; Huheey, 1993), Ainsi que des critiques récentes (Ayers et al., 2006, Ayers, 2007).

Le tableau périodique des éléments et de leurs ions pour la science de la Terre n’est pas destiné à être une substitution du tableau périodique traditionnel; Les deux sont complémentaires pour présenter et démontrer des informations qui ne sont pas présentes dans la contrepartie. Il est toutefois d’une importance vitale de savoir et de comprendre le tableau périodique traditionnel, afin d’évaluer de nombreux avantages que la classification des éléments et de leurs ions proposées par les offres Railsback (2003). La généralisation et la systématisation des processus de différenciation géochimique présentés par Railsback (2003) rendent le tableau périodique des éléments et leurs ions pour la science des terres un outil d’importance vitale pour les érudits des sciences des terres. Enfin, le lecteur est renvoyé aux travaux d’origine (Railswack, 2003, Railsback, 2005) afin d’élargir la compréhension de la table des exemples et des applications présentes là-bas.

Remerciements

La version originale du tableau périodique des éléments et de leurs ions pour la science des terres a été financée par la Fondation nationale des sciences nationales des États-Unis, numéro de marché 02-03115. Les auteurs merci M.i. Bernal-Uuchurtu pour l’aide précieuse dans la préparation de la figure 5. Merci également à Dara Salcedo, Arturo Gómez Tuena, Dante Moran pour la révision et les commentaires sur les versions préliminaires du manuscrit. L’examen exhaustif de la figure 3 par le Dr Teresa Orozco, ainsi que ses commentaires et celles d’un critique anonyme ont entraîné des améliorations significatives dans ce document.

ANNEXE A. Supplément électronique

Une version haute résolution du tableau périodique des éléments et de leurs ions pour la science des terres est disponible sur le site Web du magazine <