Classificação Goldschmidt

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A classificação de Goldschmidt , [1] desenvolvida por Victor Goldschmidt (1888-1947), é uma classificação geoquímica que agrupa os elementos químicos dentro da Terra de acordo com suas fases hospedeiras preferidas em litófilo ( amante de rocha ), siderófilo ( amante de ferro ), calcófilo (amante de minério de sulfeto ou amante de calcogênio ) e atmófilo (amante de gás) ou volátil (o elemento, ou um composto no qual ocorre, é líquido ou gasoso em condições de superfície ambiente).

Alguns elementos têm afinidades com mais de uma fase. A principal afinidade é dada na tabela abaixo e uma discussão de cada grupo segue essa tabela.

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Sn
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Sb
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eu
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Ba
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W
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Au
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Hg
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Tl
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Fr
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1 asterisco 103
Lr
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Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
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Hs
109
Mt
110
Ds
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Rg
112
Cn
113
Nh
114
fl
115
Mc
116
Nv
117
Ts
118
Og
 
1 asterisco 57
58
Ce
59
Pr .
60
Nd
18h
_
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Sm
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Eu
64
Gd
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Tb
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dias
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Ho
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Er
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Tm
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Yb
1 asterisco 89
Ac
90º
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Pa
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U
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Np
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Pu
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centímetros
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Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
Não

Elementos litófilos

Os elementos litófilos são aqueles que permanecem na superfície ou perto dela porque se combinam facilmente com o oxigênio, formando compostos que não afundam no núcleo da Terra . Os elementos litófilos incluem: Al , B , Ba , Be , Br , Ca , Cl , Cr , Cs , F , I , Hf , K , Li , Mg , Na , Nb , O , P , Rb , Sc, Si , Sr , Ta , Th , Ti , U , V , Y , Zr , W e os lantanídeos ou REEs (elementos de terras raras).

Os elementos litófilos consistem principalmente nos metais altamente reativos dos blocos s e f . Eles também incluem um pequeno número de não metais reativos e os metais mais reativos do bloco d , como titânio , zircônio e vanádio . Lithophile deriva de "lithos", que significa "rocha", e "phileo", que significa "amor".

A maioria dos elementos litófilos forma íons muito estáveis ​​com uma configuração eletrônica de um gás nobre (às vezes com elétrons f adicionais). Os poucos que não o fazem, como silício, fósforo e boro, formam ligações covalentes extremamente fortes com o oxigênio – geralmente envolvendo ligações pi . Sua forte afinidade pelo oxigênio faz com que os elementos litófilos se associem muito fortemente à sílica, formando minerais de densidade relativamente baixa que, assim, flutuam na crosta terrestre . Os minerais mais solúveis formados pelos metais alcalinos tendem a se concentrar na água do mar ou em regiões extremamente áridas onde podem cristalizar. Os elementos litófilos menos solúveis estão concentrados em antigos escudos continentaisonde todos os minerais solúveis foram intemperizados.

Por causa de sua forte afinidade pelo oxigênio, a maioria dos elementos litófilos são enriquecidos na crosta terrestre em relação à sua abundância no sistema solar. Os metais dos blocos s e f mais reativos, que formam hidretos salinos ou metálicos , são conhecidos por serem extraordinariamente enriquecidos na Terra como um todo em relação às suas abundâncias solares. Isso porque durante os primeiros estágios da formação da Terra a reação que controlava a forma estável de cada elemento químico era sua capacidade de formar compostos com o hidrogênio. Sob essas condições, os metais dos blocos s e f foram fortemente enriquecidos durante a formação da Terra. Os elementos mais enriquecidos são rubídio , estrôncio e bário, que entre eles representam mais de 50% em massa de todos os elementos mais pesados ​​que o ferro na crosta terrestre.

Os litófilos não metálicos – fósforo e halogênios – existem na Terra como sais iônicos com metais do bloco s em pegmatitos e água do mar. Com exceção do flúor , cujo hidreto forma ligações de hidrogênio e, portanto, é de volatilidade relativamente baixa, esses elementos tiveram suas concentrações na Terra significativamente reduzidas pelo escape de hidretos voláteis durante a formação da Terra. Embora estejam presentes na crosta terrestre em concentrações muito próximas de suas abundâncias solares, o fósforo e os halogênios mais pesados ​​provavelmente estão significativamente esgotados na Terra como um todo em relação às suas abundâncias solares.

Vários metais de transição, incluindo cromo , molibdênio , ferro e manganês , apresentam características litófilas e siderófilas e podem ser encontrados em ambas as camadas. Embora esses metais formem fortes ligações com o oxigênio e nunca sejam encontrados na crosta terrestre no estado livre, acredita-se que as formas metálicas desses elementos existam no núcleo da Terra como relíquias de quando a atmosfera não continha oxigênio. Como os siderófilos "puros", esses elementos (exceto o ferro) estão consideravelmente esgotados na crosta em relação às suas abundâncias solares.

Devido à sua forte afinidade pelo oxigênio, os metais litófilos, embora constituam a maior parte dos elementos metálicos da crosta terrestre, nunca estiveram disponíveis como metais livres antes do desenvolvimento da eletrólise . Com este desenvolvimento, muitos metais litófilos são de valor considerável como metais estruturais ( magnésio , alumínio , titânio , vanádio ) ou como agentes redutores ( sódio , magnésio , cálcio ). O processo de fundição desses metais é extremamente intensivo em energia. Com emissões de gases de efeito estufa suspeitos de contribuir paramudanças climáticas , o uso desses elementos como metais industriais é questionado, apesar do esgotamento de metais calcófilos mais raros e menos reativos deixando poucos substitutos.

O fósforo não metálico e os halogênios também não eram conhecidos pelos primeiros químicos, embora a produção desses elementos seja menos difícil do que a de litófilos metálicos, pois a eletrólise é necessária apenas com flúor. O cloro elementar é particularmente importante como agente oxidante – geralmente sendo feito por eletrólise do cloreto de sódio .

Elementos siderófilos

Abundância (fração atômica) dos elementos químicos na crosta continental superior da Terra em função do número atômico. Os elementos mais raros da crosta (mostrados em amarelo) não são os mais pesados, mas sim os elementos siderófilos (amantes de ferro) na classificação de elementos de Goldschmidt. Estes foram esgotados ao serem realocados mais profundamente no núcleo da Terra . Sua abundância em materiais meteoróides é relativamente maior. Além disso, telúrio e selênio foram esgotados da crosta devido à formação de hidretos voláteis.

Os elementos siderófilos (de sideron , "ferro" e phileo , "amor") são os metais de transição que tendem a afundar no núcleo porque se dissolvem facilmente no ferro como soluções sólidas ou no estado fundido, embora algumas fontes [2] incluem elementos que não são metais de transição em sua lista de siderófilos, como o germânio . Outras fontes também podem diferir em sua lista com base na temperatura que está sendo discutida - nióbio , vanádio , cromo e manganês podem ser considerados siderófilos ou não, dependendo da temperatura e pressão assumidas. [3] Também confundindo a questão é que alguns elementos, como o manganês mencionado , assim como o molibdênio , formam fortes ligações com o oxigênio, mas no estado livre (como existiam na Terra primitiva quando o oxigênio livre não existia) podem se misturar tão facilmente com ferro que não se concentram na crosta siliciosa, como os verdadeiros elementos litófilos. O ferro , por sua vez, está simplesmente em toda parte .

Os elementos siderófilos incluem o rutênio altamente siderófilo , ródio , paládio , rênio , ósmio , irídio , platina e ouro , o cobalto e o níquel moderadamente siderófilos , além dos elementos "disputados" mencionados anteriormente - algumas fontes [2] incluem até o tungstênio e prata . [4]

A maioria dos elementos siderófilos praticamente não tem afinidade alguma com o oxigênio: de fato, os óxidos de ouro são termodinamicamente instáveis ​​em relação aos elementos. Eles formam ligações mais fortes com carbono ou enxofre , mas mesmo estes não são fortes o suficiente para se separarem com os elementos calcófilos. Assim, os elementos siderófilos são ligados através de ligações metálicas com o ferro na camada densa do núcleo da Terra, onde as pressões podem ser altas o suficiente para manter o ferro sólido. Manganês, ferro e molibdênio fazemformam fortes ligações com o oxigênio, mas no estado livre (como existiam na Terra primitiva quando o oxigênio livre não existia) podem se misturar tão facilmente com o ferro que não se concentram na crosta siliciosa, como os verdadeiros elementos litófilos. No entanto, minérios de manganês são encontrados nos mesmos locais que os de alumínio e titânio, devido à grande reatividade do manganês ao oxigênio.

Por estarem tão concentrados no núcleo denso, os elementos siderófilos são conhecidos por sua raridade na crosta terrestre. A maioria deles sempre foi conhecida como metais preciosos por causa disso. O irídio é o metal de transição mais raro que ocorre na crosta terrestre, com uma abundância em massa de menos de uma parte por bilhão. Depósitos lavráveis ​​de metais preciosos geralmente se formam como resultado da erosão de rochas ultramáficas , mas não são altamente concentrados, mesmo em comparação com suas abundâncias crustais , que são tipicamente várias ordens de magnitude abaixo de suas abundâncias solares. No entanto, por estarem concentrados no manto da Terra enúcleo , acredita-se que os elementos siderófilos estejam presentes na Terra como um todo (incluindo o núcleo) em algo próximo de suas abundâncias solares.

Elementos calcófilos

Os elementos calcófilos incluem: Ag , As , Bi , Cd , Cu , Ga , Ge , Hg , In , Pb , S , Sb , Se , Sn , Te , Tl e Zn . [5]

Os elementos calcófilos são aqueles que permanecem na superfície ou perto dela porque se combinam facilmente com o enxofre e algum outro calcogênio que não o oxigênio, formando compostos que não afundam no núcleo da Terra.

Os elementos calcófilos são aqueles metais e não metais mais pesados ​​que têm baixa afinidade pelo oxigênio e preferem se ligar ao enxofre como sulfetos altamente insolúveis . Calcófilo deriva do grego khalkós (χαλκός), que significa " minério " (também significava " bronze " ou " cobre ", mas neste caso "minério" é o significado relevante), e é entendido como "amante de calcogênio" por vários fontes. [ esclarecimentos necessários ]

Como esses sulfetos são muito mais densos do que os minerais de silicato formados por elementos litófilos, os elementos calcófilos se separaram abaixo dos litófilos no momento da primeira cristalização da crosta terrestre. Isso levou ao seu esgotamento na crosta terrestre em relação às suas abundâncias solares, embora porque os minerais que eles formam não sejam metálicos, esse esgotamento não atingiu os níveis encontrados com elementos siderófilos.

No entanto, como eles formaram hidretos voláteis na Terra primitiva quando a reação redox controladora era a oxidação ou redução do hidrogênio, os elementos calcófilos menos metálicos são fortemente esgotados na Terra como um todo em relação às abundâncias cósmicas. Isto é especialmente verdadeiro para os calcogênios selênio e telúrio (que formaram seleneto de hidrogênio volátil e telureto de hidrogênio , respectivamente), que por esta razão estão entre os elementos mais raros encontrados na crosta terrestre (para ilustrar, o telúrio é tão abundante quanto a platina ).

Os elementos calcófilos mais metálicos (dos grupos cobre, zinco e boro) podem se misturar até certo ponto com o ferro no núcleo da Terra. Eles provavelmente não serão esgotados na Terra como um todo em relação às suas abundâncias solares, uma vez que não formam hidretos voláteis. O zinco e o gálio são um tanto "litófilos" na natureza porque geralmente ocorrem em silicatos ou minerais relacionados e formam ligações bastante fortes com o oxigênio. O gálio, notavelmente, é proveniente principalmente da bauxita , um minério de hidróxido de alumínio no qual o íon gálio substitui o alumínio quimicamente semelhante.

Embora nenhum elemento calcófilo seja de alta abundância na crosta terrestre, os elementos calcófilos constituem a maior parte dos metais comercialmente importantes. Isso porque, enquanto os elementos litófilos requerem eletrólise intensiva em energia para extração, os calcófilos podem ser facilmente extraídos por redução com coque e a concentração geoquímica dos calcófilos – que em casos extremos pode exceder 100.000 vezes a abundância crustal média. Esses maiores enriquecimentos ocorrem em planaltos altos como o planalto tibetano e o altiplano boliviano , onde grandes quantidades de elementos calcófilos foram elevados por meio de colisões de placas . Um efeito colateral disso nos tempos modernos é que os calcófilos mais raros (como mercúrio ) são tão completamente explorados que seu valor como minerais desapareceu quase completamente.

Elementos atmófilos

Os elementos atmófilos são: H , C , N e os gases nobres . [6]

Elementos atmófilos (também chamados de "elementos voláteis") são definidos como aqueles que permanecem principalmente sobre ou acima da superfície porque são ou ocorrem em líquidos e/ou gases em temperaturas e pressões encontradas na superfície. Os gases nobres não formam compostos estáveis ​​e ocorrem como gases monoatômicos , enquanto o nitrogênio , embora não tenha uma configuração estável para seus átomos individuais, forma uma molécula diatômica tão forte que todos os óxidos de nitrogênio são termodinamicamente instáveis ​​em relação ao nitrogênio e ao oxigênio. . Consequentemente, com o desenvolvimento de oxigênio livre através da fotossíntese , a amôniafoi oxidado a nitrogênio molecular que veio a formar quatro quintos da atmosfera da Terra. O carbono também é classificado como atmófilo porque forma ligações múltiplas muito fortes com o oxigênio no monóxido de carbono (lentamente oxidado na atmosfera) e no dióxido de carbono . Este último é o quarto maior constituinte da atmosfera da Terra, enquanto o monóxido de carbono ocorre naturalmente nos vulcões e tem um tempo de residência na atmosfera de alguns meses.

O hidrogênio, que ocorre na água composta, também é classificado como atmófilo. A água é classificada como volátil, porque a maior parte é líquida ou gasosa, embora exista como um composto sólido na superfície.

Como todos os elementos atmófilos são gases ou formam hidretos voláteis, os elementos atmófilos são fortemente esgotados na Terra como um todo em relação às suas abundâncias solares devido às perdas da atmosfera durante a formação da Terra. Os gases nobres mais pesados ​​( criptônio , xenônio ) são os elementos estáveis ​​mais raros da Terra.

Traços e elementos sintéticos

Os elementos sintéticos são excluídos da classificação, pois não ocorrem naturalmente.

Traços de elementos radioativos (nomeadamente Tc, Pm, Po, At, Rn, Fr, Ra, Ac, Pa, Np, Pu) também são tratados como sintéticos. Embora ocorram na natureza, [7] [8] [9] sua ocorrência é inteiramente dependente de seus pais de longa duração Th e U, e eles não são muito móveis. Por exemplo, a química do polônio prevê que ele seja um calcófilo, mas tende a ocorrer como um litófilo junto com seu urânio parental . Mesmo o radônio , que é um gás, geralmente não tem tempo para viajar muito longe da fonte original de urânio antes de se decompor. Quando necessário, esses elementos são normalmente produzidos sinteticamente em reatores nucleares em vez de usar o processo tedioso e trabalhoso de extração deminérios de urânio .

Veja também

Referências

  1. Goldschmidt, Victor (17 de março de 1937). "Os princípios de distribuição de elementos químicos em minerais e rochas. A sétima palestra de Hugo Müller, proferida perante a Chemical Society". Jornal da Sociedade Química : 655-673. doi : 10.1039/JR9370000655 .
  2. ^ a b Restrições de elementos siderófilos na origem da Lua , 2014, Richard J. Walker, Philosophical Transactions of the Royal Society A , acessado em 1 de dezembro de 2015.
  3. ^ Bola, Philip (2001). "Os cientistas da Terra resolvem suas diferenças" . Natureza . Macmillan Publishers Limited. doi : 10.1038/news010104-6 . Recuperado em 5 de junho de 2017 .
  4. ^ Ramanathan, AL.; Bhattacharya, Prosun; Dittmar, Thorsten; Prasad, B.; Neupane, B. (2010). Gestão e Desenvolvimento Sustentável dos Ambientes da Zona Costeira . Springer Science & Business Media. pág. 166. ISBN 9789048130689. Recuperado em 5 de junho de 2017 .
  5. ^ Allaby, M. (2013). Um dicionário de geologia e ciências da terra. Imprensa da Universidade de Oxford.
  6. ^ Pinti DL (2018) Atmophile Elements. In: White WM (eds) Enciclopédia de Geoquímica. Série Enciclopédia de Ciências da Terra. Springer, Cham. doi:10.1007/978-3-319-39312-4_209
  7. ^ Yoshida, Zenko; Johnson, Stephen G.; Kimura, Takaumi; Krsul, John R. (2006). "Neptúnio". Em Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (eds.). A Química dos Elementos Actinide e Transactinide (PDF) . Vol. 3 (3ª edição). Dordrecht, Holanda: Springer. págs. 699-812. doi : 10.1007/1-4020-3598-5_6 . ISBN  978-1-4020-3555-5. Arquivado do original (PDF) em 17 de janeiro de 2018.
  8. ^ Curtis, David; Fabryka-Martin, junho; Paulo, Dixon; Cramer, janeiro (1999). "Elementos incomuns da natureza: plutônio e tecnécio" . Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (2): 275–285. Bibcode : 1999GeCoA..63..275C . doi : 10.1016/S0016-7037(98)00282-8 .
  9. ^ McGill, Ian. "Elementos da Terra Rara". Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann . Vol. 31. Weinheim: Wiley-VCH. pág. 188. doi : 10.1002/14356007.a22_607 .

Links externos