Геохімічна класифікація елементів

Геохімічна класифікація елементів (англ. geochemical classification of elements; нім. geochemische Elernentenklassifizierung f) — класифікація хімічних елементів на основі спільних закономірностей поведінки в геологічних процесах. Таких класифікацій існує декілька. Загальноприйнятими є класифікації В. І. Вернадського (1922, 1927) і В. М. Гольдшмідта (1924).

У природі зустрічаються 89 елементів з періодичної таблиці Менделєєва (не рахуючи радіоактивних короткоживучих елементів, виявлених у слідових кількостях). Однак в метеоритах, на Землі і планетах земної групи в переважній більшості випадків породи та мінерали на 99% складені з 12 елементів, званими петрогенними ( петро  — порода, ген  — походження). Це елементи: O, Si, Ti, Al, Mg, Fe, Ca, K, Mn, P, Na, C.^[1]

Всі інші елементи відносяться до рідкісних або розсіяних елементам. Принципова різниця між петрогенними і рідкісними елементами полягає в тому, що петрогенні елементи визначають фазовий (мінеральний) склад системи, в той час як рідкісні елементи входять в ці фази у вигляді домішок і пасивно розподіляються між існуючими фазами, але не впливають на їх вміст і стійкість . У цього правила є винятки. Так, стронцій навіть у невеликих кількостях сильно впливає на стійкість кальцита/арагоніта. З іншого боку, при появі в системі мінералів, в яких рідкісний елемент основний, наприклад у випадку кристалізації циркона чи монацита, такий елемент поводиться як петрогенний елемент.

У біогеохімії прийнятий поділ елементів по їх ролі в будові живих організмів.

Елементи, (концентрація — від 10 до 0,001% маси тіла, — 60% у клітині) вміст яких в живих організмах складає більшість. Це кисень, водень, вуглець, азот, фосфор, калій, кальцій, сірка, магній, натрій, хлор, залізо та ін. Ці елементи складають плоть живих організмів.

Елементи, (концентрація — від 0,001 до 0,000001% маси тіла, — 30% у клітині) вміст яких малий, але вони беруть участь у біохімічних процесах і значною мірою визначають самопочуття живих організмів. За сучасними даними більше 30 мікроелементів вважаються необхідними для життєдіяльності рослин і тварин. Серед них алюміній, цинк, кобальт, залізо, йод, селен, мідь, молібден, бром, фтор.

Елементи (концентрація — 0,000001 маси тіла, — 10% у клітині) яких найменше в організмах живих істот, до них відносять золото, срібло, які надають бактерицидну дію, ртуть, подавляючу зворотнє всмоктування води в ниркових канальцях, впливаючи на ферменти . Також до ультрамікроелементів відносять платину і цезій. Деякі до цієї групи відносять і селен, при його нестачі розвиваються ракові захворювання. Функції ультрамікроелементів ще маловідомі.

В основу своєї класифікації Вернадський поклав 4 принципи, що визначають історію елементів у земній корі:

• хімічну активність,
• участь в циклічних процесах у біосфері,
• перевага розсіяного стану,
• висока радіоактивність.

Ним були виділені групи:

• благородних газів (Не, Ne, Аг, Кг, Хе);
• благородних металів (Ru, Rh, Pd, Os, lr, Pt, Au, Ag);
• циклічних елементів (Н, Na, K, Cu, Mg, Ca, Zn, В, Al, C, Si, Ti, Zr, Pb, N, Р, V, O, S, Cr, Mo, F, Cl, Mn, Fe, Co, Ni і інш.);
• розсіяних елементів (Li, Rb, Cs, Sc, Y, Ga, In, TI, Br, J);
• сильнорадіоактивних елементів (Po, Rn, Ra, Ac, Th, Pa, U);
• рідкісноземельних елементів (La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).

Гольдшмідт поділив всі елементи на групи відповідно до стійкості різних типів їхніх сполук у природі. У основу були покладені закони розподілу елементів за трьома принциповими фазами метеоритів: силікатною (кисневою), сульфідною і металевою. «Еталоном», відносно якого класифікують всі елементи, є Fe — елемент з високою поширеністю, що входить до складу всіх принципових фаз метеоритів.

Відповідно виділені:

• літофільні елементи, які збагачують силікати (О, Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, В, Al, Y, TR, Si, Ti, Zr, Hf, Th, U, Nb, Та, W і інш.);
• халькофільні елементи, що збагачують сульфіди (S, Se, Те, As, Sb, Bi, Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, In, TI та інші), і
• сидерофільні елементи, що збагачують металічну фазу (Ni, Со, Р, С, Ru, Rh, Pd, Os, lr, Pt, Au, Mo).

Ряд елементів з проміжними властивостями потрапили в декілька груп: Ga, Ge, Sn, Nb, Та, W. Крім того, Гольдшмідт виділив додаткові групи елементів:

• атмофільні елементи, для яких в умовах земної поверхні характерний газоподібний стан і накопичення в атмосфері (Н, N, С, О, Cl, Br, J та інертні гази), і
• біофільні елементи^[nl], що є головними компонентами організмів (С, Н, О, N, Р, S, Cl, J, В, Ca, Mg, К, Na, V, Mn, Fe, Cu).

Повторення елементів у різних групах природне, оскільки при виділенні додаткових груп використані різні принципи. Ця класифікація дозволяє передбачити головний тип хімічних сполук елементів у природі і тим самим чинники, що приводять до їхньої концентрації.

Так, халькофільні елементи концентруються у вигляді компонентів сульфідних руд, більшість сидерофільних елементів (Au, група Pt) концентруються в самородному стані; літофільні елементи нагромаджуються в складі головних або другорядних мінералів магматичних і осадових порід.

• Геохімія
• Біогеохімія

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• Войткевич В. Г. (1973). Происхождение и химическая эволюция Земли (рос.). Наука. с. 168.

• МАКРОЕЛЕМЕНТИ [Архівовано 20 березня 2016 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія
• Atoms [Архівовано 16 липня 2015 у Wayback Machine.] — інтерактивна таблиця геохімічних властивостей елементів (англ.)