Page 36 - 4497

ЛЕКЦІЯ 7. ГЕОХІМІЯ ЕНДОГЕННИХ СИСТЕМ.
ГЕОХІМІЯ МАГМАТИЧНОГО І ПЕГМАТИТОВОГО ПРОЦЕСІВ

Процеси хімічного фракціонування в кристалізуючійся магмі, незалежно від
рівноважності чи нерівноважності умов, в поєднанні з протилежними процесами часткового
плавлення материнських гірських порід призводять до розмаїття складів магм і широкому
діапазону фракціонування великої кількості елементів. Метаморфізм та гіпергенні процеси не
можуть обумовити такого ж масштабного фракціонування, однак вони можуть суттєво
перерозподілити елементи в межах невеликих об’ємів гірських порід: в результаті росту
нових мінералів, розчинення або перекристалізації. Однією з умов правильної постановки
задачі при геохімічних дослідженнях є розуміння контролюючого впливу на розподіл
елементів в породах структури – структури розчинів, розплавів і твердих фаз. Молекулярна
структура відображає спосіб заповнення і взаємне розташування атомів в хімічній сполуці і
найважливіший вплив на неї мають розміри атомів, що входять до складу сполуки.
Чинником, який впливає на впорядкованість кристалічної структури, є також природа
хімічного зв’язку. Зокрема, в іонних твердих тілах важливе значення мають заряди іонів,
оскільки їх взаємна локальна нейтралізація в кристалі та ефекти відштовхування
допомагають визначити розташування в решітці іонів однакового знака. У твердих тілах з
ковалентним зв’язком важливим чинником є геометрична конфігурація локалізованого в
просторі розподілу узагальнених атомами електронів.
При кристалізації відбувається обмін елементами між рідкою і твердою фазами або
між твердими фазами, і відповідно, зміна хімічної стабільності при переході елементу з однієї
фази в іншу. Ступінь таких енергетичних змін частково визначається структурою
кристалічної речовини, розплаву, розчину.
Розчини. Міжмолекулярна структура розчину значним чином обумовлена водневими
зв’язками між молекулами води. Водневі зв’язки виникають, подібно до вандерваальсівських,
завдяки нерівномірному (несиметричному) розподілу заряду в молекулах, однак
відрізняються шляхом реалізації. По-перше, такі зв’язки з’являються виключно між воднем і
сильно електровід’ємними атомами, якими є в першу чергу кисень, а також азот і фтор. По-
друге, величини енергій цих взаємодій можуть бути в кілька разів вищими за
вандерваальсівські, хоча й все ще меншими за енергії ковалентних та іонних зв’язків.
Природа водневих зв’язків до кінця не зрозуміла, хоча ясно що виникають вони головним
чином за рахунок електростатичних взаємодій. У молекулі води зв’язок між киснем і воднем
передбачає гібридизацією s- і p-орбіталей, в результаті чого утворюються дві сполучні
орбіталі між O і двома атомами H і 2 незв’язані sp3-орбіталі в атомі кисню. Останні
розташовані на протилежній від водню стороні атому O. Водень однієї молекули води, маючи
позитивний заряд, притягується не зв’язаними sp3-електронами кисню іншої молекули води і
формує водневий зв’язок.
Енергія водневих зв’язків звичайно складає 20-40 kJ/mol, вона значно вища, ніж
очікується у випадку електростатичних взаємодій і дійсно наближається до значень
характерних для внутрішньомолекулярних зв’язків. Тому є припущення, що у водневих
зв’язках наявний певний ступінь ковалентності - тобто не зв’язані електрони кисню є певною
мірою спільними з воднем іншої молекули. Водневі зв’язки можливо найважливіші для води,
де вони обумовлюють деякі незвичайні якості цього з’єднання, такі як висока теплота
пароутворення, але вони можуть також бути важливими в органічних молекулах, у HF і
аміаку.
Кристалічна речовина. Найпоширенішими у складі земної кори та мантії є силікати.
При цьому головні характеристики їх (часто досить складної) структури визначаються

35