Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

Наша же книга не увлекательный роман и не научный трактат. Она построена по особому плану. Ее четыре части одна за другой переходят от общих вопросов физики и химии к вопросам геохимии и ее будущего. Читатель, который мало знаком с основами этих наук, должен читать книгу неторопливо и внимательно, быть может, даже перечитывать заинтересовавшие его или трудные страницы. Но если читатель знает физику и химию, он может перескакивать через отдельные очерки, которые ему знакомы: автор старался каждый очерк сделать самостоятельным целым, по возможности не зависимым от других. Книга пригодна и для углубления знаний по химии или геологии.

А. Е. Ферсман

Учащимся очень полезно читать отдельные главы во время прохождения общего курса химии, так как каждая из этих глав может в значительной части иллюстрировать те или иные сухие страницы учебника химии.

Изучая металлоиды, можно попутно прочесть главу о фосфоре и сере; изучая черные металлы — познакомиться с главами о железе и о ванадии.

При изучении геологии точно так же надо было бы пользоваться соответственными главами, освещающими большие химические проблемы распространения элементов в земной коре. Особый интерес в этом отношении представляют главы, посвященные описанию земной коры, и главным образом часть третья — «История атома в природе».

Те, кто изучает химию, увидят, что в своем изложении я коснулся лишь немногих химических элементов: только пятнадцать элементов описаны сколько-нибудь детально, но я и не стремился дать полную химическую характеристику и историю всех элементов в мироздании, в глубинах земной коры, на земной поверхности и в руках человека.

Я хотел осветить только отдельные, наиболее существенные черты «поведения» самых обычных и полезных элементов, живущих вокруг нас своей сложной химической жизнью среди незаметных и постоянных химических процессов земли. Я уверен, что можно написать много страниц о каждом химическом элементе. Может быть, читателю придет желание самому попытаться написать историю какого-либо элемента, о котором я ничего не сказал. Мне кажется, что это была бы полезная практическая задача, и если кто-либо, заинтересовавшись, например, куском металлического хрома, его судьбой, его месторождениями и ролью в промышленности, попытался бы пойти по этому пути, то он мог бы написать ряд интересных страниц из истории этого элемента и осветить поведение этого атома из семьи железа.

Я могу только посоветовать внимательным читателям, изучившим нашу книгу и интересующимся проблемами широкого анализа природы, попытаться выполнить такую задачу и продолжить те страницы, которые написаны мной о самых важных элементах земли.

Атом

Что такое геохимия

Что такое геохимия? — это первый вопрос, на который нужно ответить, чтобы понять все то, о чем мы будем говорить в нашей книге.

Мы знаем, что геология — наука, которая учит, что представляет собой земля, земная кора, какова ее история, как земля изменяется, как образуются горы, реки, моря, как возникают вулканы и как на дне океана медленно растут осадки илов и песков.

Нам понятна и минералогия, которая изучает отдельные минералы.

В своей книге «Занимательная минералогия» я писал: «…Минерал есть природное соединение химических элементов, образовавшееся естественным путем, без вмешательства человека. Это своего рода здание, построенное из определенных кирпичиков в различных количествах, но не беспорядочная куча этих кирпичей, а именно постройка по определенным законам природы. Мы хорошо можем понять, что из одних и тех же кирпичей, даже взятых в одном и том же количестве, можно построить разные здания. Так, один и тот же минерал может встречаться в природе в самых различных видах, хотя по существу он остается все тем же химическим соединением.

Мы насчитываем около ста сортов этих кирпичей, из которых построена вся окружающая нас природа.

К этим химическим элементам, например, относятся: газы — кислород, азот, водород; металлы — натрий, магний, железо, ртуть, золото или такие вещества, как кремний, хлор, бром и другие.

Различные сочетания элементов в различных количествах и дают нам то, что мы называем минералом: например, хлор и натрий дают поваренную соль, кислород в двойном количестве с кремнием дают кремнезем или кварц и так далее.

…Итак, из сочетаний различных химических элементов построено в земле три тысячи разных минералов (кварц, соль, полевой шпат и другие), а эти минералы, накапливаясь вместе, образуют то, что мы называем горной породой (например, гранит, известняк, базальт, песок и так далее)[1].

Та наука, которая изучает минералы, называется минералогией, описывающая горные породы — петрографией, а изучающая самые кирпичики и их странствование в природе — геохимией…»

Геохимия — еще молодая наука, которая выдвинулась только за последние десятки лет и главным образом благодаря работам советских ученых.

Ее задачи заключаются в том, чтобы проследить и выяснить судьбу и поведение в земле химических элементов[2], лежащих в основе окружающей нас природы, которые, будучи расположены в определенном порядке, составляют замечательную таблицу Д. И. Менделеева.

Основной единицей исследований геохимии является химический элемент и его атом.

В каждой клетке таблицы Д. И. Менделеева, как правило, помещается один химический элемент — атом, и каждая клетка имеет очередной порядковый номер. Первый номер имеет самый легкий элемент — водород, а один из самых тяжелых химических элементов в земной коре, 92-й, называется ураном, и он тяжелее водорода в 238 раз.

Атомы чрезвычайно малы, и если представить их в виде шариков, то диаметр атома составит одну десятимиллионную долю миллиметра. Но атомы совершенно не похожи на сплошные шарики и образуют более сложную систему, состоящую из ядра атома, вокруг которого движется то или иное, разное у различных сортов атомов, число электронов.

Таким образом, по своему строению атомы скорее напоминают солнечные системы сверхмикроскопических размеров с центральным Солнцем — ядром и движущимися вокруг него планетами — электронами.

У разных сортов атомов — химических элементов — число электронов различно. Благодаря этому они отличаются друг от друга по своим химическим свойствам. Атомы, обмениваясь между собой своими электронами, входят в соединения — образуют молекулы.

На менделеевской таблице намечается ряд естественных семейств элементов, которые встречаются вместе не только на таблице, но и в самой природе.

Величие системы Менделеева и заключается именно в том, что это — не теоретическая схема, а выражение тех природных взаимоотношений, которые существуют между отдельными элементами и которые определяют их сходство, их различие, их перемещения в земле.

Словом, таблица Менделеева есть вместе с тем и таблица геохимическая, которая, как надежный компас, помогает геохимикам в их поисковых работах.

Новые идеи зарождаются всюду,