- •Лабораторная работа № 1 Расчет теоретического химического состава минералов по их идеальным формулам
- •Лабораторная работа 2 Оценка распространенности химических элементов в главных разновидностях горных пород
- •Относительное накопление элементов
- •Варианты заданий
- •Лабораторная работа №3 Изучение геохимических свойств элементов
- •Лабораторная работа №4 Изучение геохимических свойств изотопов
- •Стабильные изотопы
- •Радиогенные системы
- •Лабораторная работа № 5 Определение абсолютного возраста магматических горных пород и типа источников магм по изотопным отношениям
- •Общие сведения:
- •Лабораторная работа № 6 Процессы растворения твердых веществ в природных водах
- •Лабораторная работа № 7 Вычисление коэффициентов миграции и биологического поглощения
- •Лабораторная работа 8 Численные показатели и графическая характеристика загрязнения почв тяжелыми металлами и другими химическими элементами
- •Справочник
- •101,3 КПа и температуре 250с
- •Произведение растворимости
Ю.В. Королева, А.Ю. Романчук
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНО ‒ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
ПО ГЕОХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Для студентов 2 курса факультета географии и геоэкологии
специальности геоэкология
УДК
Введение
Термин геохимия (химия Земли), предложенный в 1838 г. Х.Ф. Шенбейном (Швейцария), не отражает в полной мере сути науки, её цели и задачи. Геохимию часто рассматривают как некоторую гибридную научную область, возникшую на границе геологии и химии.
Геохимия как самостоятельная наука была создана тремя учеными: Ф.У. Кларком, В.И. Вернадским, и В. Гольдшмидтом
Выдающийся русский и советский ученый В. И. Вернадский по праву считается одним из основателей современной геохимии. В 1927 г. он так расшифровал ее содержание: “Геохимия научно изучает химические элементы, т.е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве-времени, их генетические на, нашей планете соотношения”.
В современной трактовке «Геохимия- наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.
Целью лабораторно-практических работ является закрепление теоретического материала лекций, освоение основных принципов выполнения расчетов и обработки геохимических данных.
№ |
Название |
Колич-во часов |
1. |
Расчет теоретического химического состава минералов по их идеальным формулам |
2 |
2. |
Оценка распространенности химических элементов в главных разновидностях горных пород |
2 |
3. |
Изучение геохимических свойств элементов |
2 |
4. |
Изучение геохимических свойств изотопов |
2 |
5. |
Определение абсолютного возраста магматических горных пород и типа источников магм по изотопным отношениям |
2 |
6. |
Процессы растворения твердых веществ в природных водах |
2 |
7. |
Вычисление коэффициентов миграции и биологического поглощения |
2 |
8 |
Численные показатели и графическая характеристика загрязнения почв тяжелыми металлами и другими химическими элементами |
2 |
|
Всего: |
16 |
Лабораторная работа № 1 Расчет теоретического химического состава минералов по их идеальным формулам
Цель работы: Освоить основные приемы вычисления химического состава в зависимости от класса минерала (сульфид, оксид, силикат ит.д.), пользуясь таблицей 11 справочника.
Задачи: рассчитать состав бескислородного и кислородсодержащего минерала, а также соединения с дополнительными анионами.
Общие сведения:
Расчет теоретического состава бескислородных соединений (интерметаллиды, сульфиды, сульфосоли и их аналоги).
Пример: Рассчитать массовую долю атомов цинка и серы в минерале сфалерите ZnS
Решение: В структуре минерала на один атом цинка приходится один атом серы (т.е. минерал, по количеству атомов наполовину состоит из цинка, наполовину – из серы). M(Zn) = 65,38 M(S) = 32,07.
65,38+32,07=97,45 (МZnS).
Расчет теоретического состава минералов, содержащих кислород (оксиды, гидрооксиды, соли кислородных кислот, силикаты).
Традиционной формой записи результатов химического анализа является запись в виде оксидов тех элементов, которые входят в состав минерала.
Пример: Рассчитать состав диопсида с идеальной формулой CaMg(Si2O6).
Диопсид можно представить как смесь трех оксидов: CaO, MgO и SiO2:
CaMg(Si2O6) = 1CaO+1MgO+2SiO2.
М(CaMg(Si2O6)) =216,54; М(CaO) = 56,08; М(MgO) = 40,30; M(SiO2)=60,08.
Расчет теоретического состава кислородсодержащих минералов с дополнительными анионами (F, Cl, S).
Роль анионов вместо части кислорода в кристаллической решетке минерала играют F‒, Cl‒, S2‒. Общее количество кислорода оказывается завышенным на это количество других анионов. В связи с этим, указывается то избыточное количество кислорода, которое введено за счет фтора, хлора или серы. Оно обозначается как O=F2, O=Cl2, O=S и записывается после первой суммы анализа.
Окончательная сумма, за вычетом этих поправок, теоретически, должна быть равна 100 %. Кислород и эти анионы связаны между собой поправочными коэффициентами, исходя из логики замещения.
замещение |
O2-<2F- |
O2-< 2Cl- |
O2-< S2- |
расчет |
|||
Коэффициент K |
0,421 |
0,226 |
0,499 |
Пример: Рассчитать теоретический химический состав кислородсодержащего минерала топаз Al2(SiO4)F2.
Молекулярная масса топаза (М):
Al2O3(101,96)+ SiO2(60,08)+2F(38,00)=200,04
Имеется избыточное количество кислорода – 5 атомов кислорода, в то время как в идеальной формуле топаза – 4. Роль добавочного аниона в топазе играет фтор.
Найдем истинную молекулярную массу топаза:
Сумма = 108,69%.
Избыточное количество кислорода O = F2 составляет 20,65·0,421= 8,69.
Результаты вычислений верны, т.к. 108,69 ‒ 8,69 = 100%.
Полная запись теоретического анализа идеального топаза:
Компонент: Al2O3 - 55,39 %; SiO2 - 32,64%; F - 20,65%. Сумма 108,69
O = F2 - 8,69 . Сумма 100,00
Варианты заданий: Рассчитать состав минерала.
Вар. |
минерал |
1 |
Акерманит Ca2MgSi2O7, янтарь С10H16O4, киноварь HgS |
2 |
Анортит CaAl2Si2O8, тальк Mg3Si4O10(OH)2, гематит Fe2O3 |
3 |
Берилл Be3Al2Si6O18, галенит PbS, гельвин Mn4[BeSiO4]3S |
4 |
Борацит Mg3[B3B4O12]OCl, виллемит Zn2SiO4, корунд Al2O3 |
5 |
Гейкилит MgTiO3, малахит Cu2(OH)2CO3, доломит CaMg(CO3)2 |
6 |
Сфен CaTiSiO5, хлорапатит Ca5(PO4)3Cl, родонит MnSiO3 |
7 |
Шпинель MgAl2O4, халькопирит CuFeS2, ферросилит FeSe2 |
8 |
Циркон ZrSiO4, монтичеллит CaMgSiO4, фторапатит Ca5(PO4)3F |
9 |
Каолинит Al2Si2O5(OH)4, магнезиоферрит MgFe2O4, ферросилит FeSe2 |
10 |
Криолит Na3AlF6, фторфлогопит KMg3AlSi3O10F, тенорит MnSiO4 |