Introdução à tabela periódica dos elementos e seus íons para a ciência da Terra
uma introdução ao periódico Tabela dos Elementos e seus íons para as Ciências da Terra
João Paulo Bernal1, * e L. Bruce Railsback2
1 Instituto de Geologia, Universidade Autônoma Nacional do México, Cidade da Universidade, 04510 Cidade do México, México. * [email protected]
2 Departamento de Geologia, Universidade da Geórgia, Atenas, Geórgia 30602-2501, EUA UU
Manuscrito recebido: setembro 27, 2007
Manuscrito corrigido recebido: 7 de março de 2008 de acordo com o manuscrito aceito: 11 de março de 2008
Resumo
Neste artigo, os princípios e vantagens oferecidos pelas ofertas de tabela periódica de elementos e Seus íons para a ciência da terra, originalmente publicados em Railsback, LB, 2003, uma tabela Jornal do Cientista da Terra dos Elementos e seus íons, Geologia, 31 (9): 73 7-740. Ao contrário da tabela periódica convencional, onde é apenas Considerados os elementos no estado zero de oxidação, a tabela periódica dos elementos e seus íons acomoda as espécies de acordo com os possíveis estados de oxidação na natureza. Isto implica o rearranjo de algumas espécies, bem como a aparência de alguns elementos em várias posições.
A classificação das espécies de acordo com seu status de oxidação permite características intrínsecas de cada potencial de íon, polarização e íon (φ ), Evidencialmente colocou algumas tendências biogeoquímicas anteriormente elucidadas semissílio. A polarização Parta É possível estabelecer padrões de reatividade e compatibilidade dos íons, enquanto o potencial de íons permite demonstrar tendências no comportamento dos íons sob diferentes condições de diferenciação geoquímica. Mostra-se que a interação dos diferentes íons com o ónio ion (O2-), modulado pelo potencial iônico do cátion, desempenha um papel fundamental na maioria dos processos de diferenciação geoquímicos, incluindo hidrogeoquímica, intemperismo, petrogénia ígnea, entre outros. Devido à ampla gama de aplicações, a tabela periódica dos elementos e seus íons tem o potencial de se tornar uma ferramenta vital para o aluno na Ciência da Terra.
Palavras-chave: Elementos, íons, tabela periódica, polarizabilidade, Potencial de íons, classificação.
Abstract
Este artigo apresenta os princípios básicos por trás de “uma tabela de notícias do cientista da Terra dos elementos e de seus íons”, originalmente publicada em Railsback, LB, 2003, Uma mesa de jornal do cientista da Terra dos elementos e seus íons, geologia, 31 (9): 737-740. Em contraste com a tabela periódica de Mendelejeff, – onde todos os elementos são classificados de acordo com seu estado fundamental (ou estado de oxidação = 0), a tabela periódica dos elementos e seus íons, classifica elementos e insem de acordo com seu estado de oxidação natural. Consequentemente, alguns elementos são exibidos em várias posições dentro da tabela, Andome outros têm a criação.
A classificação dos íons de acordo com o estado de oxidação permite a visualização de tendências com base em características intrínsecas de cada íon (tais como Polionarização e potencial iônico) que evidenciam o comportamento biogeoquímico dos elementos e seus íons. Muitas dessas tendências eram apenas semi-empiricamente inferidas até agora. Os caminhos de reação para diferentes íons são deduzidos da sua polarização, enquanto o potencial iônico ala para inferir o comportamento dos íons em diversos processo de diferenciação geoquímica.
É mostrado que a interação de diferentes cátions com o íon de óxido ( O2-) desempenha um papel fundamental na maioria dos processos de diferenciação geoquímica, como geoquímica aquosa, intemperismo, petrogênese ignora, entre outros. Devido à ampla gama de aplicações, a tabela periódica dos elementos e seus íons é uma ferramenta valiosa para o cientista da Terra.
Palavras-chave: Elementos, íons, tabela de diário, polarização, potencial iônico, classificação.
introdução
A tabela periódica dos elementos propostos por Medelejeff (1869) provou ser uma ferramenta muito útil para prever as propriedades químicas e físicas dos elementos, mesmo aqueles que não existe naturalmente na terra. Apesar dos vários esforços recentes para melhorá-lo, a classificação de elementos propostos por MendeleJeff há quase 150 anos continua a ser uma parte fundamental da instrução química básica. No entanto, do ponto de vista geoquímico, a tabela periódica tradicional apresenta uma série de limitações que surgem, principalmente, o fato de descrever as propriedades físicas e químicas dos elementos em seu estado basal (ou status de oxidação = 0).No entanto, a maioria dos elementos na natureza ocorre com um estado de oxidação diferente de zero. Um exemplo disso são metais alcalinos, como Li, NA, K e RB; A tabela periódica tradicional permite estabelecer com grande precisão suas propriedades físicas e químicas, no entanto, em ambientes naturais, será sempre encontrado formando catiões univalentes, com propriedades químicas e físicas significativamente diferentes de seus análogos metálicos. Por exemplo, os metais alcalinos no estado basal são altamente incompatíveis com a água, enquanto os íons correspondentes são altamente compatíveis com ele. Al e se outros exemplos de elementos mostrem um comportamento contrastante de seus íons; Enquanto Si4 + e A13 + estão entre os íons mais abundantes do córtex da Terra (McDonoughy Sun, 1995), espécies elementares são muito incomuns, mas não inexistentes. Além disso, vários elementos apresentam mais de um estado de oxidação naturalmente, e as propriedades geoquímicas de cada uma delas não podem ser explicadas usando a classificação periódica de MendeleJeff.
em virtude do acima, um A classificação dos elementos e seus íons foram recentemente propostos, o que permite entender seus comportamentos e associações geoquímicas (Railsback, 2003), bem como estabelecer as bases para a mineralogia sistemática (Railsback, 2005). Em geral, esta classificação é baseada na estabilidade dos links formados por ácidos duros e suaves com íons O2- e S2- (bases duras e moles, respectivamente), bem como na densidade de carga dos diferentes catiões (potencial iónico ), que tem implicações diretas no caráter do link formado com íon O2-. O precedente implica que a interação de diferentes cátions com o oxigênio regula muito dos processos de diferenciação geoquímica.
Ao contrário da tabela periódica dos elementos Mendelejeff, a nova classificação permite que você explique tendências e agrupamentos de elementos e íons anteriormente observados uma maneira empírica em vários ramos da geoquímica. Como resultado, há uma ferramenta abrangente que pode ser aplicada à compreensão de vários processos geoquímicos, da diferenciação elementar no manto da Terra, a processos adormecidos, hidrográficos e mineralogia.
Desta forma, este artigo visa disseminar entre o público geológico de língua espanhola, as vantagens oferecidas pela classificação de Railsback (2003) para facilitar a compreensão das propriedades geoquímicas dos elementos e seus íons.
Princípios para classificação
A tabela periódica dos elementos e seus íons foram organizados de acordo com a dureza ou suavidade dos íons. É entendido como um ião dado que tem uma alta densidade de carga positiva em torno do núcleo atômico e um raio de íon pequeno, de modo que a nuvem eletrônica (carga negativa) em torno do núcleo é pouco deformável com a influência de um campo elétrico externo (Figura 1A) . Por outro lado, um ião suave tem uma baixa densidade de carga positiva ao redor do núcleo e é relativamente grande, para que a nuvem eletrônica seja facilmente deformável com a influência de campos elétricos externos (Figura 1B). Os termos “duros” e “suaves” vêm da teoria dos ácidos e das bases duras propostas por Pearson (1963), que estabelece, qualitativamente, que os cátions de metal com alta carga e pequeno rádio íon (ácidos duros ou tipo “A”), Eles têm uma tendência a serem associados preferencialmente com pastas ou aniões polarizáveis pequenos e baixos (bases duras, por exemplo, f “, O2-). Ao contrário, essas grandes e baixas cátions de densidade de carga (ácidos moles ou tipo” b “), correspondentes íons que têm elétrons na camada de Valência e que não atingiram seu estado máximo de oxidação, tendem a ser associados preferencialmente com ligantes grandes e polarizáveis (basesblands, por exemplo, S2-, SE2 -).
como Regra geral, ácidos rígidos reagem de preferência com bases duras e ácidos suaves reagir de preferência com bases moles (algodão e wilkinson, 1988), onde a “preferência” deve ser entendida como uma maior velocidade de reação e maior conversão. equilibrar (Cruz-Garritz et al., 1991). Da mesma forma, os links formados entre ácidos e bases com o mesmo caráter relativo da dureza são altamente estáveis e difíceis de quebrar, enquanto a interação entre um ácido e uma base com diferentes caráter de dureza é instável.
como qualquer Sistema de classificação, há casos de fronteira onde as propriedades de dureza ou suavidade não são claramente definidas, tal é o caso da maioria dos elementos de transição, em que o estado de oxidação é o fator determinante da dureza do íon.Em geral, os ácidos intermediários ou fronteiriços reagem de preferência com bases ou fronteiras suaves, embora a mesma natureza fronteira deles os torna mais propensas a gerar casos “excepcionais”, tal é o caso do Anglesite (PBSO4), que é o produto de um ácido intermediário (PB2 +), com uma base rígida (SO42 -).
Apesar dos vários esforços para parametrizar a dureza dos íons (Yamaday Tanaka, 1975, Parry Pearson, 1983), estes modelos não Facilitou a conceituação da proposta qualitativa de Pearson (1995), por isso é mais simples associar a dureza dos íons a polarizabilidade. Isso se refere à tendência apresentado pela nuvem eletrônica em torno de um ião a distorcida por um campo elétrico externo causado por um dipolo ou outro íon próximo (Cruz-Garritz et al, 1991). Um ião dura tem alta densidade de carga positiva perto do núcleo, então a nuvem eletrônica em torno dela não é facilmente deformável, ou seja, é pouco polarizável (figuras 1a, 1e). Por outro lado, um íon suave é caracterizado por ter baixa densidade de carga positiva perto do núcleo, de modo que uma carga elétrica externa ou campo pode facilmente deformar ou facilmente polar a nuvem eletrônica em torno dele (Figura 1B) (algodão e Wilkinson, 1988) . Formalmente, a porralização é definida como a proporção do momento dipolar induzido (μI) de um átomo na intensidade do campo elétrico (e) que produz o dipolo αi, de modo que:
Porque a polarizabilidade é uma variável dependente de ambas as características intrínsecas do íon (por exemplo, carga, rádio iônica, configuração eletrônica, etc.), a partir da magnitude Do campo elétrico imposto a eles, não é possível estabelecer uma escala absoluta de polarização dos íons, ao contrário de outros parâmetros, como eletronegatividade e raio de íon. No entanto, é possível encontrar vários exemplos que demonstram o comportamento periódico e internamente consistente da polarização relativa dos elementos e seus íons (Cruz-Garritz et al, 1991).
A segunda característica intrínseca de cada Ion que permite identificar tendências geoquímicas na tabela periódica dos elementos e seus íons é o potencial de íons (φ), que é definido como:
Onde Z representa o raio de carga e íons. Em geral, φ pode ser entendido como a densidade de carregamento no íon. Desta forma, dois íons com rádios iônicos semelhantes, mas muitas cargas diferentes terão valores diferentes e, portanto, diferentes densidade de carga (Figura 1 A e C); Como dois íons com a mesma carga e rádio de íons diferentes terão valores diferentes de φ.
A classificação de elementos Railsback e íons (2003) não corresponde à primeira tentativa de usar o potencial de íons de os íons como fator de classificação. Víctor Goldschmidt tinha visualizado um sistema de classificação semelhante (Goldschmidt, 1937), mas não considerou que alguns elementos poderiam aparecer várias vezes na referida classificação, porque eles têm vários estados de oxidação. Ao contrário do Goldschmidt, e pré-localização dentro da tabela periódica. Por outro lado, em petrologia ígnea é comum se referir a alguns elementos relevantes, como “elementos de grande íons de íons e elementos de alta resistência ao campo” (também conhecido como Lile e HFSE, ou pequenos elementos litofílicos de rádio iônicos e altos Campo de elementos, respectivamente) com afinidades minerais diametralmente opostas, e cuja definição é baseada, precisamente, na relação entre a carga e o raio íon correspondente (Acare, 2003). A principal diferença entre as tensões acima e a classificação dos elementos de trem e íons (2003) é a inclusão do acidente vascular cerebral de contorturos potenciais íons, ou contornos equipotenciais (Figura 2), que permitem identificar facilmente os grupos de elementos cujo comportamento é semelhante condições e processos de diferenciação geoquímica.
Deve-se enfatizar que a dureza ou suavidade de um ião é equivalente à sua polarização, e é uma função do raio de íza e o número de elétrons que tem no Camada de Valência. Esses íons sem elétrons na camada de Valência são mal polarizáveis e, portanto, maiores que os de tamanho similar, mas têm elétrons na camada Valencia. Por outro lado, φ refere-se apenas à relação carga / raio do ião, para que dois íons com carga e radii semelhantes terão valores semelhantes, o que não implica necessariamente que ambas as propriedades de compartilhamento de íons e / ou afinidades geoquímicas.Os íons NA + e CUs representam um bom exemplo para ilustrar o acima: ambas as cátions têm rádios iônicos semelhantes (0,96 e 0,95 Å, respectivamente), por isso, possuindo a mesma carga, eles têm valores de CP muito semelhantes. No entanto, enquanto Na + é ácido duro, porque não tem elétrons na camada Valencia, o CU + é um ácido suave, possuindo um elétron na camada Valencia. O acima é que o CU + não pode substituir Na + nos feldspars devido à incapacidade do primeiro para formar ligações covalentes estáveis com O2- (Ringwood, 1955a). Da mesma forma, o TL + (ácido suave) não está substituindo K + (ácido duro) em qualquer mineral, apesar do fato de que os rádios iônicos de ambas as espécies (1,40 e 1,3 Å) tornariam possível pensar que a referida substituição é viável. Vale ressaltar que, apesar da pequena difusão desses princípios nas ciências da terra, estes foram usados anteriormente para a descrição de diferentes processos geoquímicos (por exemplo, Lasaga e Cygan, 1982, Abbott, 1994, Auboiroux et al, 1998, Tomkins e Mavrogenes, 2001).
Descrição da tabela
A tabela periódica dos elementos e seus íons para a ciência da terra (Figura 3) é organizada de acordo com a carga de cada uma das espécies . A grande maioria das espécies aparece em posições semelhantes que na tabela periódica convencional. No entanto, alguns elementos são tipicamente do lado direito em uma tabela periódica clássica (por exemplo, B, C, sim), foram realocadas para o lado esquerdo da tabela, como B3 +, C4 + e SI4 +. Além disso, como já mencionado acima, alguns elementos aparecem em várias posições como resultado dos vários estados de oxidação que podem apresentar. Tal é o caso de p e u que aparecem duas vezes, enquanto V, fé, C e n fazem três vezes, e s Até quatro ocasiões (S2-, Sº, S4 + e S6 +).
A tabela é separada em vários blocos para diferenciar entre gases nobres, ácidos duros ou tipo A, ácidos moles ou tipo B, espécies elementares (sem carga) e aniões (Figura 3). Essa separação permite que a interação entre as várias espécies seja racionalizada, uma vez que os ácidos rígidos reagirão de preferência com bases duras, enquanto os ácidos moles são mais compatíveis com bases moles. Um exemplo dessa tendência é a solubilidade de salões de cátions duras e macias. Como pode ser visto na caixa 8 da Figura 3, a mistura de um ácido duro (MG2 +) com uma base dura (F-), ou um ácido suave (AG +) com base macia (i-) produz os halogenetos sólidos Mais insolúvel para as respectivas cátions. Pelo contrário, os produtos de um ácido duro com uma base suave (por exemplo, nai) ou um ácido suave com base dura (por exemplo, AGF) resulta nos halogenes mais solúveis da série correspondente, devido ao que o cacial Link é instável. Da mesma forma, é possível explicar a ausência de sulfues CA2 +, ou outros ácidos rígidos, e justificar a existência de óxidos e setores das referidas espécies. Por outro lado, a existência de sulfuros minerais de elementos do grupo PT, e não seus óxidos, representa um exemplo do caso oposto.
Outra diferença importante entre a “tabela periódica dos elementos e sua íons para as Ciências da Terra “e a tabela convencional, consiste na aparência dos elementos naturais do grupo de actinídeos com os ácidos intermediários e duras, nesta forma, o TH4 + é inferior ao HF4 +, o U4 + abaixo do W4 + ( Todos os intermediários) Enquanto U6 + está abaixo W6 + (tanto difícil). Embora essa acomodação seja não convencional, as tendências descritas nas seções a seguir justificam o referido arranjo.
A tabela também fornece informações úteis, como o nome do elemento e / ou íon, número e massa atômica, rádio iônico, isótopo natural de cada elemento, bem como rotas de decaimento radioativo. Cada elemento e / ou íon é acompanhado por uma simbologia (Figura 4) que nos permite identificar algumas das principais características biogeoquímicas da espécie, o que ajuda o usuário na identificação de tendências naturais na distribuição da espécie correspondente. Da mesma forma, o tamanho do símbolo do elemento / íon é scled para sua abundância na crosta da Terra.
Padrões e tendências na tabela
Os símbolos associados a cada elemento e íon (Figura 3 e 4) indica se estes são enriquecidos em minerais, águas naturais (doces e / ou marinhas), solos, sedimentos, pedras ígneas, manto ou atmosfera, ou se eles têm um papel preponderante como micronutrientes. Ao observar a tabela (Figura 3), é evidente que os diferentes símbolos são agrupados de acordo com os contornos potenciais do íon, uma tendência não óbvia na tabela periódica convencional.Oração, muitos íons com valores de 3 < φ < 10 tendem a formar óxidos minerais, são enriquecidos em solos marinhos e nódulos de fé -MN, eles fazem parte de fases minerais com um ponto de fusão maior, e são menos empobrecidos no manto. Da mesma forma, os íons formam óxidos com maior dureza, menor solubilidade e menos compressibilidade (Figura 3, caixas 1-4 e 6). Essas tendências são evidenciadas na nova tabela periódica por meio de contornos equipotenciais de cor laranja.
Por outro lado, essas cátions com φ < 4 Formam minerais de fluoretos e são os principais componentes no rio e na água do oceano, bem como íons que são nutrientes fundamentais para alguns seres vivos. Da mesma forma, esses cátions com φ > 8 são igualmente abundantes no rio e na água marinha, e são importantes nutrientes para plantas. No entanto, diferentemente dessas espécies com potencial de íons, essas cátions estão fazendo parte de oxianos, como sultas (S6 + em SO42), fosfatos (P5 + enpo43-), nitratos (N5 + em No3-) e arsenatos (AS5 + em ASO3 -), entre outros. Ambas as tendências podem ser identificadas na tabela por contornos equipotenciais azuis.
Equipamento de contornos estendem-se à área dos cátions intermediários, compreendidos pelos íons dos elementos de transição. A parte superior desta seção é composta de cátions que possuem valores de φ entre 3 e 8, e igualmente enriquecidos em solos, formam óxidos minerais e são uma parte fundamental de fases minerais ígneas formadas nos estágios iniciais da cristalização. Na parte central desta seção, há ácidos moles por excelência, caracterizado por ter baixos valores de φ. Entre eles estão os íons dos principais metais de mineração (CU, AG e AU) denotados por diamantes amarelos que indicam sua preferência para formar sulfures minerais, brometos e iodides.
com exceção de gases nobres, A única seção da tabela periódica dos elementos e seus íons onde os contornos equipotenciais não estão incluídos correspondem aos elementos nativamente, e que inclui principalmente os metais coinable, bem como os componentes da atmosfera. A posição relativa desses elementos é mantida idêntica à da tabela periódica convencional. Mesmo assim, é possível traçar contornos agrupando as preferências de liga para cada elemento. Por exemplo, esses elementos que formam ligas forma um grupo discreto na tabela, enquanto aqueles que estão alinhados com a fé formam um grupo maior que se compõe com aqueles que formam ligas com CU e AU.
no lado direito da tabela (Figura 3) As aniões são apresentadas, que compreendem as bases duras e moles. Os contornos de equipamentos para os ânions são semelhantes aos de ácidos rígidos, no entanto, ao contrário das cátions, não são observadas variações drásticas de φ, que varia entre -1/2 e -2; Como o aumento da carga do anião implica, por sua vez, um aumento no raio de íons. Com relação ao comportamento como solutos, a simbologia permite observar que os ânions com valores mais negativos de φ (bases duras), na parte superior da tabela periódica, apresentam propriedades semelhantes aos seus análogos ácidos. Por outro lado, a parte inferior da tabela apresenta os macios: aqueles com valores de φ mais próximos de zero, e que, de preferência, coordenados com soft cations, formando sulfuras, brometos, iodidos e revelações com ácidos moles, como AG + e AU +. Por outro lado, da direita para a esquerda, ou de F- e CLE para C4- e O2 – é a transição de ânions que formam minerais com catiões duros (por exemplo, K + e Na +) para aqueles que formam minerais com cátions com valores de CP extremo (por exemplo, AL3 + YSI4 +).
Interaction Cation-O2 –
A diferença entre baixa e alta cação de CP pode ser ilustrada a partir da interação destes com íon o2-. Enquanto íons de baixa CP apenas exercem uma certa atração eletrostática no ânion Óxido, essas cátions com alto φ concentram tal quantidade de carga positiva formando links com oxigênio covalente de alto caractere, difícil de quebrar. O acima adquire maior importância ao considerar que o oxigênio é o elemento mais abundante da terra (McDonough e Sun, 1995), e implica que a interação única-oxigênio é o principal regulador dos processos de diferenciação geoquímica.
para ilustrar O acima, a interação entre íons com diferentes valor de CP e Moléculas H2O é interessante. Em geral, φ aumenta gradualmente para a direita em qualquer linha no lado esquerdo da mesa.Em uma solução aquosa, os íons com valores mais baixos de φ (por exemplo, Na +, K +) apenas ligeiramente inclinam o dipolo de moléculas H2O para o centro de carga positiva (Figura 5A) (Carrillo-Tripp et al., 2003), Enquanto os catiões com valores de CP ligeiramente mais altos (como MG2 + e CA2 +) gerenciam efetivamente o dipolo de moléculas H2O ao redor deles (Figura 5B) (Bernal-Uruchurtu e Ortega-Blake, 1995). Esses íons com valores mais altos de φ (por exemplo, AL3 +) induzem tal atração de oxigênio das moléculas de água, que geram quase espontaneamente reações de hidrólise do tipo:
De tal forma que só seja possível encontrar alumínio dissolvido não ligado ao oxigênio em ambientes muito ácidos, como a drenagem de ácido de resíduos de mineração (por exemplo, Cidue et al, 1997), Enquanto em ambientes menos ácidos ou neutros, o alumínio estará formando complexos de tipo de hidróxido, descritos como produtos na Equação 3 (Figura 5C) (Hiradate, 2004). Íons com maior potencial de íons (por exemplo, C4 +, SI4 +) não existem como tal em solução aquosa, mas são sempre coordenadas por óxido ou hidróxido de íons, por exemplo, CO32- e SI (OH) 4 (Figura 5D) (esta última comumente representado como H4SI04, Krauskopf and Bird, 1995). Finalmente, a interação entre cátions com valores extremos de φ (por exemplo, N5 +, S6 +) com o oxigênio resulta em lentes altamente covas, formando oxianos muito estáveis, como No3 “e SO42- (Figura 5E) (Cottony Wilkinson , 1988). Os cátions de átomos muito pesados com carga alta (por exemplo, U6 +, W6 + e MO6 +) também formarão as oxianions, como UO2 + 2, WO42- ou MOO42-, e só liberarão o oxigênio na presença de uma base mais dura (como f-) ou sendo reduzida.
A existência de óxidos minerais pode ser explicada de maneira semelhante à especiação de cátions em meio aquoso (Figura 3, Caixa 7). Caies com Valores de baixa CP formam ligações fracas com íon de óxido, para que eles não formam óxidos minerais, nem são retidos em solos como óxidos ou hidróxidos; estes cátions são facilmente dissolvidos em água, o que tornou-se nutrientes importantes para plantas e outros seres vivos (por exemplo, Na +, K +). A incapacidade de que esses íons têm para a forma Um estábulo estáveis com íon O2 – também implica que essas cátions são incorporadas apenas nas fases minerais de temperatura mais baixa (biotita, muscovita, feldspar-k) e, portanto, nos últimos estágios de cristalização. Por outro lado, esses cátions com valores altos de φ (por exemplo, P5 +, N5 +, S6 +, entre outros) formam ligações extremamente estáveis com íon de óxido; No entanto, a alta densidade de carga positiva da cátion central exerce nos elétrons de íon O2-, polarizando efetivamente a distribuição de elétrons na ligação de oxigênio no centro da oxanião, impedindo-a de formar laços com outra cação a oxigênio e formar a base de uma possível estrutura do óxido mineral correspondente. O acima resulta em não apenas a ausência de óxidos minerais desse tipo de cação, mas também que estes íons são muito solúveis em água e, portanto, abundantes em águas naturais (doce e / ou marinha), e que são considerados elementos incompatíveis com fases minerais ígneas. Finalmente, esses cátions com CP intermediário, 4 < φ < 10 (por exemplo, SI4 +, AL3 +), formam links com oxigênio relativamente Forte, no entanto, a densidade de carga no centro de íons não é alta o suficiente para evitar que o oxigênio forme links com outros cátions. Desta forma, esses íons podem formar óxidos e hidróxidos minerais, e incorporados em fases minerais de alta temperatura que são formadas nos estágios iniciais da cristalização magmática. Sua estabilidade como óxidos e / ou hidróxidos lhes dá pouca solubilidade na água e, portanto, são relativamente não abundantes em águas naturais.
O comportamento dos íons com diferentes valores de φ em solução aquosa também tem implicações. Em estudos de petrologia ígnea. Em particular, explica por que os basaltos gerados nas zonas de subducção têm composições de elementos de rastreio muito diferentes daqueles gerados em outros ambientes tectônicos. Os basais de arco, por exemplo, mostram enriquecimento em elementos lil (sob φ), mas concentrações de elementos de HFS (muito alta φ) semelhantes aos observados em basaltos dorsal oceos (N-Morb figura 6). Essas anomalias são geralmente interpretadas como resultado de processos metasomáticos na cunha do manto, originados pela desidratação de vários minerais do córtex oceânico e sedimentos subduzidos (por exemplo, filosilicatos e anfibolos) (Tatsumi e Kogiso, 2003).Desta forma, os elementos lil, sendo solúveis em água, podem ser transportados para a cunha do manto pelos fluidos gerados durante a subducção, enquanto a baixa solubilidade de água do HFS (devido ao seu alto valor CP) evita sua mobilização, É comum encontrá-los em fases minerais presentes na placa metamórfica (por exemplo, Tiepolo et al., 2000, Scambelluri et al., 2001). As soluções geradas nesses processos, enriquecidos enllyy empobrecidos em HFS, podem interagir com a cunha do manto (Murphy, 2007) e alterar a abundância de elementos lil nos magmas marianos gerados em zonas de arco, resultando em perfis de elementos semelhantes ao Mostrado na Figura 6, onde os elementos lil são enriquecidos em relação ao N-Morb, enquanto os HFs estão em proporções semelhantes às N-Morb.
Mesmo que a tabela periódica dos elementos e seus íons para a Terra As ciências classificam as diferentes espécies de acordo com o seu estado de oxidação, é necessário enfatizar que esta representação não implica necessariamente que todos os íons participarão de processos de diferenciação geoquímica como íons livres. Isto é particularmente verdadeiro para altos cátions com alta φ, que será encontrado na maioria dos casos anexados a íons de óxido e / ou hidróxido. Em geral, não é possível encontrar cátions com status de oxidação > 3+ que não estão presos a uma base rígida, tipicamente O2- e / ou F- e / ou OH- ( Algodão e Wilkinson, 1988). A universalidade deste princípio é surpreendente, uma vez que tal comportamento é observado tanto no diferencialPemmatita (ringwood, 1955b), como nas águas naturais à temperatura ambiente (Brookins, 1988).
Vantagens e limitações
A tabela periódica dos elementos e seus íons para a ciência da terra é uma ferramenta que permite entender mais facilmente o comportamento dos diferentes elementos e seus íons sob várias condições de diferenciação. A classificação que é apresentada aqui não busca fornecer conhecimento ou novas teorias sobre o comportamento dos elementos, no entanto, permite ao usuário visualizá-los de maneira mais simples e rápida.
Por exemplo, foi anteriormente mencionou que o CU + não substitui na + nos feldspars porque essas espécies são ácidos macios e dívidas, respectivamente. Embora este comportamento seja planejado para os princípios de substituição do Goldschmidt, em particular em que estabelece que a substituição pode ser nula ou limitada à medida que a diferença de eletronegatividade de íons na concorrência (FAURE, 1991) é aumentada, é mais rápida, simples e ilustrativa, identificando tal Comportamento pela posição dos respectivos íons na tabela, desde que, caso contrário, é necessário ter dados de eletronegatividade para cada íon e elemento. Além disso, o uso da tabela periódica dos elementos e seus íons não só permite avaliar a viabilidade de uma possível substituição isomórfica, mas também permite extrapolar o referido comportamento aos elementos vizinhos e íons através do uso de contornos equipotenciais.
O uso de φ como fator de classificação e os contornos equipotenciais devem ser usados com cautela. O acima é porque o raio iônico e, portanto, a CP, (equação 2) de cada íon depende do número de coordenação (NC). Embora os contornos equipotenciais na tabela tenham sido desenhados usando o NC mais comum, existem alguns elementos que podem adotar diferentes NC, sendo o Al3 +, provavelmente, o caso mais notável. Este íon pode ocupar locais tetraédricos (NC = 4) e octaédrica (NC = 6) na estrutura de vários minerais, por exemplo, argilas (Moore e Reynolds, 1997), o que implica dentro da estrutura de um mineral, AP + iões pode ter Dois rádios iônicos diferentes (0,39 e 0,535 Å, respectivamente; Shannon, 1976), e, portanto, valores diferentes de φ (7,69 e 5,60, respectivamente), dependendo do local da estrutura que ocupam. Embora o acima pudesse sugerir comportamentos diferentes para ambos os tipos de AL3 +, os valores de φ estão dentro do intervalo delimitado pelos dois contornos equipotenciais laranja na Figura 3 (z / r = 4 yz / r = 8), de modo que considerar O NC = 6 como o mais comum para o AL3 +, só resultaria em um ligeiro deslocamento do contorno equipotencial z / R = 8 para o centro da tabela, mais não indicaria um comportamento geoquímico diferente para o AL3 + para que é apresentado na tabela. Conclusões semelhantes podem ser obtidas de outros íons com comportamento semelhante ao AL3 +, como Fe3 + e MG2 +, entre outros.
Conclusões
A classificação de íons de acordo com seus possíveis estados de oxidação em tendências de evidência de natureza que permitem sistematizar o comportamento dos elementos e seus íons antes de vários processos de diferenciação geoquímica. Essas tendências já haviam sido evidenciadas semierialmente na classificação dos elementos de Victor Goldschmidt (Goldschmidt, 1954, Goldschmidty Muir, 1954) e outros autores (Cartlledge, 1928a, Cartledge, 1928b, Ringwood, 1955a). Da mesma forma, evidências de classificação de que as duas principais propriedades intrínsecas dos íons, potencial de íons e polarização são os fatores modulatórios dos principais processos de diferenciação geoquímica elementar. Vale ressaltar que, embora esses termos sejam apresentados de maneira simplificada, eles realmente correspondem a propriedades complexas de íons. O leitor interessado em aprofundar estes termos, bem como na teoria dos ácidos e bases duras, deve se referir às referências originais (Pearson, 1963), para a literatura química especializada (por exemplo, Cottony Wilkinson, 1988; Huheey, 1993), Assim como as revistas (Ayers et al., 2006, ayers, 2007).
A tabela periódica dos elementos e seus íons para a Ciência da Terra não se destina a ser uma substituição da tabela periódica tradicional; Ambos são complementares para apresentar e demonstrar informações que não estão presentes na contraparte. É de vital importância, no entanto, conhecer e entender a tabela periódica tradicional, a fim de avaliar muitas das vantagens que a classificação dos elementos e seus íons propostos por ofertas de Railsback (2003). A generalização e a sistematização dos processos de diferenciação geoquímica apresentadas pelo Railsback (2003) tornam a tabela periódica dos elementos e seus íons para a ciência da terra uma ferramenta de vital importância para os estudiosos das ciências da terra. Finalmente, o leitor é referido aos trabalhos originais (Railsback, 2003, Railsback, 2005) para expandir a compreensão da tabela dos exemplos e aplicativos presentes lá.
Agradecimentos
A versão original da tabela periódica dos elementos e seus íons para a ciência da terra foi financiada pela Fundação Ciências Nacionais dos Estados Unidos, número do contrato 02-03115. Os autores agradecem ao M.I. Bernal-Uuchurtu pela ajuda valiosa na preparação da Figura 5. Agradece também a Dara Salcedo, Arturo Gómez Tuena, Dante Moran para a revisão e comentários sobre versões preliminares do manuscrito. A revisão exaustiva da Figura 3 pelo Dr. Teresa Orozco, bem como seus comentários e os de um revisor anônimo resultou em melhorias significativas neste documento.
Apêndice A. Suplemento eletrônico
Uma versão de alta resolução da tabela periódica dos elementos e seus íons para a ciência da terra está disponível no site da revista < http://satori.geociencias.unam.mx/>, em A tabela de conteúdo deste número (suplemento eletrônico 25-2-02).
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