پاورپوینت جانشینی عناعر فرعی و کمیاب

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

بسم الله ارحمن الرحیم

اسلاید 2 :

زمین شیمی آذرین و دگرگونی

موضوع:جانشینی عناعر فرعی و کمیاب

اسلاید 3 :

قوانین رینگوود در جانشینی
الکترونگاتیویته عنصر مقیاسی براي گرایش آن عنصر در تشکیل پیوند کووالانس است. هر گاه جایگزینی بین دو عنصر با الکترونگاتیویته متفاوت صورت بگیرد عنصري که الکترونگاتیویته کمتري دارد توسط شبکه ترجیحا پذیرفته می شود چرا که در این حال پیوند قوي و یونی تر است و این در حالی است که باید اختلاف الکترونگاتیویته > 0/1 باشد.
عامل موثر در تشکیل کمپلکس توسط یک عنصر پتانسیل یونی است.
1- عناصري که پتانسیل یونی بالایی دارند تشکیل کمپلکس را می دهند
2- عناصري که پتانسیل یونی آنها 0/6-2/5 باشد بصورت یونهاي آزاد در حفرات شبکه پلیمرهاي سیلیس هستند.
3- عناصري که پتانسیل یونی آنها بین 2/5-8/5 باشد بصورت بینابین نوع کمپلکس و غیر کمپلکس را تشکیل می دهد .
4-عناصري که پتانسیل یونی بزرگتر از 4/8 دارند .
الف) می توانند به شبکه سیلیس متصل شوند. ب) می توانند به شبکه سیلیس متصل نشوند

اسلاید 4 :

-رفتار عناصر کمیاب در سیستمهای ماگمایی:
هنگامی که گوشته زمین ذوب می­شود عناصر کمیاب یک رفتار ترجیحی نسبت به فاز مذاب با فاز جامد (کانی) نشان می­دهند. عناصری را که ترجیح می دهند در فاز جامد باقی بمانند سازگار و عناصری که ترجیحا وارد فاز مذاب می شوند، ناسازگار می نامند. منظور از ناسازگار بودن یک عنصر کمیاب این است که آن عنصر در ساختار کانی، ناسازگار بوده و در اولین فرصت آن را ترک خواهد کرد. -

اسلاید 5 :

تقسیم بندی عناصر ناسازگار بر اساس نسبت بار به اندازه یون
این نسبت را شدت میدان یعنی بار الکترواستاتیک در واحد سطح کاتیون می­نامند. همچنین این مقدار را پتانسیل یونی یک عنصر می­گویند که از نسبت ظرفیت به شعاع یونی به دست می آید.
کاتیونهای کوچک با بار فراوان را عناصر با شدت میدان بالا (HFS) (پتانسیل یونی بالاتر از ۲
و کاتیونهای بزرگ با بار کم را عناصر با شدت میدان پایین (LFS) (پتانسیل پونی کمتر از ۲ می نامند.
کاتیونهای با شدت میدان پایین را عناصر ليتوفيل با یون بزرگ نیز می گویند (LILE).
کاتیونهای با شدت میدان بالا (HFS) شامل لانتانیدها، Sc، Th، U، Pb، Zr، Hf، Ti، Nb و Ta است. زوج عناصر Hf و Ta، Zrو Nb که دارای بار و شعاع یونی مشابهی هستند رفتار ژئوشیمیایی بسیار مشابهی را از خود نشان می دهند. عناصر با شدت میدان پایین و کاتیونهای بزرگ لیتوفیل نیز شامل Cs، Rb، K و Ba هستند. Sr و کاتیونهای دو ظرفیتی Eu و Pb را نیز می توان به گروه فوق افزود (سه عنصری که بار و شعاع یونی تقریبا مشابهی دارند).

اسلاید 6 :

قوانین حاکم بر حضور عناصر جزئی در شبکه بلور
Camouflaged- 1 استتارشده:
هنگامی که یک عنصر جزئی از نظر بارالکتریکی و شعاع یونی تقریبا مشابه یون اصلی است لذا در شبکه بلوري دارنده عنصر اصلی استتار می گردد. مانندGa 3+در کانیهاي آلومینیوم و+4Hf در کانیهاي زیرکونیوم.
Captured -2 اسیر شده:
عنصر جزئی داراي شعاع یونی مشابه اما بارالکتریکی بزرکتر از عنصر اصلی باشد(یا بار یکسان اما شعاع متفاوت) لذا می گوییم که این عنصر در شبکه بلوري در بردارنده اسیر شده است. مانند Ba2+ در کانیهاي.k+
Admitted -3 پذیرفته شده:
اگر یک عنصر جزئی داراي شعاع یونی مشابه اما بارالکتریکی کوچکتر از عنصر اصلی باشد(یا بار مشابه اما شعاع بزرگتر) می گوییم عنصر جزئی در شبکه بلوري در بردارنده عنصر اصلی پذیرفته شده است. مانندLi+ در کانیهاي منیزیم

اسلاید 7 :

عناصر فرعی
سزیم Cesium
روبیدیم Rubidium
باریم Barium
سرب Plumbous
استرانسیمStrontium
منگنز Manganous
زیرکونیوم Zirconium
هافنیم Hafnium
اسکاندنیم Scandium
کبالت Cobaltous
نیکل Nickel
لیتیم Lithium
وانادیم vanadium
کرم chromium
تیتانیم Titanium
گالیم Gallium
ژرمانیم Germanium

اسلاید 8 :

سزیم Cesium
سزیم در بین عناصر دارای بزرگترین کاتیون بوده و تنها کاتیون رایج دیگری که می تواند به آسانی توسط آن جایگزین شود؛ پتاسیم است. در بین کانی های سنگ ساز سزیم بیشتر در بیوتیت جمع میشود تا فلدسپار پتاسیم دار ، علت این امر ظاهراً بزرگتر بودن موضع بیشترین مقدار Ga2O در لپیدولیت9/1% در میکروکلین 7/0% پگماتیت واروتراسک در سوئد به دست آمده است غلظت Cs معمولاً به حدی نمیرسد که بتواند کانی های جداگانه ای را بسازد. اما غلظت های زیاد Cs در مایعات پگماتیتی میتواند منجر به تشکیل پلوسیت به فرمول CsAlSi2O6 شود.

اسلاید 9 :

روبیدیم Rubidium
براساس پیش بینی قوانین مربوط به توزیع عناصر جزئی، Rb باید جایگزین K شود و در عمل نیز چنین چیزی مشاهده شده است. روبیدیم کانی خاص خود را تشکیل نداده و همیشه در کانیهای پتاسیم دیده میشود، در سنگ های آذرین روبیدیم در مسکویت، بیوتیت و فلدسپار پتاسیم جمع میشود.
از آنجا که Rb+ به طور قابل ملاحظه ای بزرگتر از K+ است، روبیدیم در کانیهای پتاسیم عنصری پذیرفته شده است و بنابراین با پیشرفت تفریق نسبت Rb:K نیز زیاد شده و در فلدسپار و میکای پگماتیتها به حداکثر خود میرسد.

اسلاید 10 :

باریم Barium
پتاسیم تنها عنصر دارای اندازه یونی قابل مقایسه با باریم، است، و بنابراین باریم بیشتر در بیوتیت و فلدسپارپتاسیم دار یافت میشود. باریم بخاطر بار بیشتر باید در ترکیبات پتاسیم به صورت عنصری اسیر حضور داشته باشد. داده های موجود نشان میدهد که این مطلب عموماً صحیح بوده و باریم نسبتاً در کانی های پتاسیمی که ابتدا تشکیل میشوند، جمع میگردد. باریم میتواند در ساختار پلاژیوکلاز نیز پذیرفته شود و بیشترین مقدار گزارش شده نیز 1/0% است. این عنصر همچنین میتواند تا حدودی در هورنبلند دارای موضع ساختاری بزرگی است؛ که میتواند این عنصر را جای دهد.

اسلاید 11 :

سرب Plumbous
سرب که فراوانترین عنصر سنگین است؛ در مقادیر اندک در مواد سیلیکاتی بسیاری از سنگهای آذرین بخصوص در گرانیتها یافت میشود. به نظر می رسد که یون Pb (1.18Å) جایگزین K+ میشود. اگر فقط از روی بار یونی بخواهیم قضاوت کنیم؛ باید انتظار داشته باشیم که سرب ماگما به وسیله ی کانی های پتاسیم به اسارت گرفته می شود. اما ظاهراً الکترونگاتیویته بسیار بیشتر سرب؛ باعث کاهش این تمایل شده و سرب بجای به اسارت گرفته شدن در کانیهای پتاسیم یک عنصر پذیرفته شده است.

اسلاید 12 :

استرانسیمStrontium
اندازه یون استرانسیوم نشان میدهد که این عنصر می تواند هم جانشین کلسیم و هم جانشین پتاسیم شود، بدین ترتیب که در کانیهای کلسیم به صورت پذیرفته شده(به خاطر شعاع بزرگتر) و در کانیهای پتاسیم به صورت اسیر شده(به خاطر بار بیشتر ) حضور مییابد. داده های موجود نشان میدهد که استرانسیوم در سنگهای آذرین؛ بیشتر در پلاژیوکلاز و فلدسپار پتاسیم حضور داشته و غلظت آن در یک کانی خاص همراه با پیشرفت تبلور افزایش مییابد. فراوانی این عنصر در سنگهای آذرین تا حدودی متغییر بوده و معمولاً در بازالت ها و گابروها بیش از گرانیت است. فرآیند غالب خارج کردن استرانسیوم از ماگما پذیرفته شدن آن به جای کلسیم است. به هر حال این فرآیند در مورد تمام کانی های کلسیم عمل نمیکند، بدین ترتیب که مقدار استرانسیوم موجود در اوژیت بسیار ناچیز بوده و هیچ اهمیتی ندارد، این مطلب نشان میدهد که ساختار پیروکسن به آسانی نمیتواند یون استرانسیوم را جای دهد. مشخصات کلی یون استرانسیوم شبیه باریم است.

اسلاید 13 :

منگنز Manganous
منگنز در ماگما به صورت یون Mn2+ حضور داشته و انتظار می­رود که به همین شکل جانشین Fe2+ یا Ca2+ شود، به هر حال الکترونگاتیویته­ی منگنز از کلسیم بسیار بیشتر بوده و بر همین اساس به ندرت دیده می­شود که جایگزین این عنصر شود (به جز در مورد آپاتیت پگماتیتها). منگنز در سنگ­های آذرین جانشین آهن فرو شده و افزایش ناچیزی در نسبت Mn:Fe در موادی که اواخر تفریق ماگما تشکیل می­شوند مشاهده شده است. این مطلب نشان می­دهد که اندازه­ی بزرگتر یون منگنز باعث می­شود که این عنصر به صورت پذیرفته شده در کانیهای فرو منیزین حضور یابد. منگنز انرژی پایداری میدان بلوری ندارد. جدول 3-5 فقدان منگنز در پلاژیوکلازهای کلسیم­دار را نشان داده و توزیع یکنواخت آن در کانیهای فرومنیزین هیپرستن و الیوین را نشان می­دهد.

اسلاید 14 :

زیرکونیوم Zirconium
ترکیبی از بار الکتریکی بالا و شعاع نسبتاً بزرگ زیرکونیم (0.79 ( Å این عنصر را از سایر عناصر اصلی سنگهای آذرین جدا میسازد. بر این مبنا زیرکونیم وارد کانیهای سنگ ساز رایج نگردیده و در فاز خاصی (معمولاً زیرکون) حضور مییابد. زیرکون در محصولات نهایی تفریق ماگمایی به وفور یافت میشود و ظاهراً دلیل این امر این است که غلظت اولیه زیرکونیم در ماگما معمولاً کمتر از مقدار مورد نیاز برای اشباع شدن زیرکون است.

اسلاید 15 :

هافنیم Hafnium
بار الکتریکی هافنیوم با Zr یکسان بوده و شعاع آنها تقریباً مساوی است، لذا همیشه در کانیهای زیرکونیم به صورت استتار شده حضور دارد. نسبت Zr:Hf طی فرآیندهای تبلور تفکیکی ثابت مانده و در حدود 50 است. به هرحال تفریق شدید می­تواند منجر به غنی شدن Hf نسبت به Zr شود.

اسلاید 16 :

اسکاندنیم Scandium
اندازه شعاع اسکاندیم به شعاع آهن فرو نزدیک است و به خاطر بار بیشتر آن انتظار میرود که اسکاندیم در کانیهای فرو منیزین به صورت اسیر شده وجود داشته باشد. این مطلب در مورد پیروکسن های ماگمایی که معمولاً تغلیظی نسبی از اسکاندیم را نشان میدهند ؛ صحت دارد. اسکاندیم همچنین ممکن است در هورنبلند و بیوتیت نیز حضور داشته و به طور قابل ملاحظه ای در تیتانیت غنی شده باشد. اسکاندیم حتی در اولیوین های اولیه نیز جمع نمیشود ، زیرا متعادل کردن بار مثبت اضافی از طریق سایر جایگزین های همزمان مناسب ، مشکل است.

اسلاید 17 :

کبالت Cobaltous
یون دو ظرفیتی کبالت با شعاع (0.74Å) دارای تقریباً همان شعاع یون آهن فرو ( 0.77Å ) است ، بنابراین کبالت در ترکیبات فرو به صورت استتار شده ،حضور می­یابد. به هر حال دیده شده است که نسبت Co : Fe در کانیهایی که اوایل تفریق ماگما تشکیل می­شوند در بیشترین حد خود بوده و سپس با پیشرفت تفکیک بلوری به تدریج کاهش می­یابد. به خاطر پایداری میدان بلوری ، شعاع موثر کبالت کمی کمتر از مقدار اشاره شده در بالا است و ظاهراً تقریباً با شعاع Mg برابر می­باشد، زیرا نوکولد و آلن دریافتند که نسبت Co : Mg در تمام سری­های سنگ ثابت است. بخش اعظم کبالت ماگما در کانیهای منیزیم اولیه بخصوص اولیوین مصرف می­شود.

اسلاید 18 :

نیکل Nickel
یون نیکل اساساً دارای همان شعاع و بار منیزیم است و بنابراین باید در کانیهای منیزیم به صورت استتار شده ؛ وجود داشته باشد. به هرحال نسبت Ni : Mg در بلورهای که در ابتدای تفریق ماگمایی تشکیل می­شوند (بخصوص اولیوین) در بیشترین حد خود است و کاهشی پیوسته در کانیها و سنگ هایی که بعد تشکیل می­­شوند ؛ نشان می­دهد. نیکل در بین یونهای دو ظرفیتی رایج ؛ دارای قوی ترین انرژی پایداری میدان بلوری بوده و بنابراین به طور موفقیت آمیزی با یونهای Fe2+ و Mg2+ برای اشغال مواضع بلوری اوکتاهدرال رقابت می­کند.

اسلاید 19 :

لیتیم Lithium
بر اساس خواص شیمیایی باید انتظار داشته باشیم که لیتیوم از سایر عناصر قلیایی در تبلور ماگما پیرویی کند. به هر حال این اندازه یونی است که در فرایند تبلور عامل تصمیم گیرنده می­باشد ونه خواص شیمیایی،و یون لیتیوم از این نظر از دیگر یونهای قلیایی بسیار کوچک تر می­باشد ( K+ 1.38 Å ، Na+ 1.02 Å ، Li+ 0.74 Å ). بنابراین ، لیتیوم از منیزیم پیروی می­کند زیرا شعاع های این دو یون تقریبا یکسان بوده ، و از انجا که یون لیتیوم بار کمتری از یون منیزیم دارد ، باید در کانیهای منیزیم ، به صورت پذیرفته شده حضور یابد و ماگمایی تشکیل می­شوند ؛ افزایش یکنواختی را نشان می­دهد. استروک که اندازه گیری دقیقی از این نسبت را در سنگ های آذرین مختلف انجام داده است ، پیشنهاد می­کند که از این نسبت می­توان به عنوان نمایه ای برای مشخص کردن مرحله­ی تفریق سنگ استفاده نمود. لیتیوم درپیروکسن ها ، آمفیبول ها و بخصوص میکاها یافت می­شود. به هرحال مقدار قابل توجهی از لیتیوم تا مراحل آخر تفریق در مایع باقی می­ماند . زیرا پگماتیت ها اغلب دارای غلظت قابل ملاحضه ای از لیتیوم بوده و این عنصر درفقدان عملی منیزیم ، کانیهای مجزایی مانند لپیدولیت ، اسپودومن ، آمبلیگونیت و پتیالیت را می­سازد.

اسلاید 20 :

وانادیم vanadium
وانادیم احتمالا درماگماها به صورت یون V3+ حضور دارد. مقدار زیادی از وانادیم وارد مانیتیت شده و جانشین Fe3+ می شود. شعاع یونی وانادیم از آهن فریک بیشتر است. اما الکترونگاتیویته ی آن بسیار کمتر بوده و انرژی پایداری میدان بلوری آن بیشتر است. به نظر میرسد که این دوعامل اخیراً علت غنی شدن مانیتیت های اولیه در وانادیم باشد. وانادیم همچنین در پیروکسن ها ، آمفیبول ها و بیوتیت ها نیز حضور داشته و درمقادیر قابل توجهی در اوژرین که کانی ای با Fe3+ زیاد می باشد ، یافت شده است.