Clasificación geoquímica de elementos.

La clasificación geoquímica de elementos , también llamada clasificación de Goldschmidt ya que resulta del trabajo realizado en la década de 1920 por el químico Victor Goldschmidt , es una clasificación geoquímica publicada en 1954, que se basa en las diversas proporciones de los elementos químicos de la Tierra. , poniendo en evidencia una relación simple entre la distribución de las grandes familias de estos elementos químicos y la estructura interna de la Tierra . Explica en particular la proporción de tierras raras en las diferentes fases mineralógicas durante la cristalogénesis de unmagma .

Clases de elementos

El análisis comparativo de la composición elemental de cada fase mineralógica, primero de meteoritos , por otro lado productos de fusión de minerales sulfuros , llevó a Goldschmidt a distinguir cuatro clases de elementos según su comportamiento geoquímico en función de sus propiedades iónicas ( radio atómico e iónico , valencia , electronegatividad , potencial de ionización , propiedades relacionadas con su posición en la tabla periódica ) y sus posiciones mutuas en las estructuras cristalinas:

los elementos que llamó litófilos (en su opinión, este término significaba precisamente que tiene afinidad por los silicatos en la medida en que el griego antiguo λιθος lithos significa roca que esencialmente corresponde a silicatos y aluminosilicatos ), que tienen una afinidad dominante por el oxígeno y, por lo tanto, se encuentran con aluminatos y silicatos . Las tierras raras, que pertenecen a la clase de elementos litofílicos, son elementos incompatibles , es decir, se concentran en los líquidos silicatos residuales después de la cristalización fraccionada de un magma;

aquellos a los que llamó calcófilos , que tienen una afinidad dominante por el azufre ; en la mente de Goldschmidt, calcófilo significa " que tiene afinidad por el azufre ", aunque en realidad χαλκος significa cobre en griego antiguo;

aquellos a los que llamó siderófilos , que tienen una afinidad dominante por el hierro : este es el significado exacto del griego antiguo σιδηροφιλος;

y finalmente, aquellos a los que llamó atmófilos , que tienen una afinidad dominante por las fases fluidas: μτμος significa vapor en griego antiguo.

Esta clasificación no está estandarizada y diferentes estudios pueden asignar elementos de manera diferente. En efecto, es común que un elemento ubicado en las fronteras de dos familias presente, según las circunstancias, un comportamiento que lo vincule a veces a una y a veces a la otra, así:

el carbono generalmente se considera atmófilo porque su sólido ( carbón , carbonatos ) se deriva del dióxido de carbono atmosférico, pero es sidérófilo en ausencia de oxígeno .
el fósforo se ve generalmente como lithophilic sino también sidérophile en ausencia de oxígeno.
el germanio y el estaño , principalmente calcófilo , también tienen aspectos siderófilos o litófilos.
el hierro es paradójicamente a la vez naturaleza y calcófilo litófilo junto sidérófilo, lo que explica su abundancia en la corteza terrestre .

El estado de oxidación puede variar la situación de un elemento, por ejemplo el cromo : Cr 3+ es calcófilo, pero Cr 6+ es litofílico.

Abundancia

La clasificación geoquímica de los elementos está estrechamente relacionada con su abundancia en la corteza terrestre en comparación con su abundancia en el sistema solar :

La corteza terrestre está enriquecida en elementos litofílicos en comparación con el sistema solar, ya que forman óxidos sólidos escasos que se concentran en las capas superficiales de la Tierra durante la fase de acreción inicial .
Por otro lado, está fuertemente empobrecido en elementos siderófilos y atmofílicos, teniendo los primeros una alta densidad que los ha llevado al núcleo con hierro, y siendo los segundos demasiado volátiles para integrarse en la masa terrestre durante la acreción inicial.
Finalmente, está relativamente empobrecido en elementos calcófilos, que son más densos que los óxidos formados por litófilos.

La siguiente tabla compara la abundancia relativa de elementos en el sistema solar y en la corteza terrestre:

Abundancia relativa comparativa de elementos
expresados en log 10 normalizados en silicio

Z	Elemento químico		Naturaleza geoquímica	Sistema solar	De la Tierra la corteza
1	H	Hidrógeno	Atmófilo	10,7	5.2
2	Oye	Helio	Atmófilo	9,6	0.0
3	Li	Litio	Litófilo	1.2	2.5
4	Ser	Berilio	Litófilo	−0,1	1,5
5	B	Boro	Litófilo	0,8	2.0
6	VS	Carbón	Atmophile siderófilos	7.2	3.2
7	NO	Nitrógeno	Atmófilo	6,7	2.2
8	O	Oxígeno	Litófilo	7.4	6.5
9	F	Flúor	Litófilo	3.4	3,5
10	Nació	Neón	Atmófilo	6.6	0.0
11	N / A	Sodio	Litófilo	4.5	5.1
12	Mg	Magnesio	Litófilo	6.0	4.9
13	Alabama	Aluminio	Litófilo	4.9	5.5
14	sí	Silicio	Litófilo	6,00	6,00
15	PAG	Fósforo	Siderófilo litófilo	3.9	3,5
dieciséis	S	Azufre	Calcófilo	5.9	2.9
17	Cl	Cloro	Litófilo	3.3	2.6
18	Arkansas	Argón	Atmófilo	5.5	0.0
19	K	Potasio	Litófilo	3.3	4.8
20	Eso	Calcio	Litófilo	4.9	5,0
21	Carolina del Sur	Escandio	Litófilo	1,5	1,7
22	Ti	Titanio	Litófilo	3.4	4.0
23	V	Vanadio	Litófilo	2.8	2.4
24	Cr	Cromo	Siderófilo litófilo	4.1	2.3
25	Minnesota	Manganeso	Litófilo siderófilo	3.8	3.2
26	Fe	Hierro	Siderófilo litófilo calcófilo	5.4	5,0
27	Co	Cobalto	Siderófilo	3.3	1,6
28	O	Níquel	Siderófilo	4,7	2.1
29	Cu	Cobre	Calcófilo	2.6	1,9
30	Zn	Zinc	Calcófilo	2.8	2.0
31	Georgia	Galio	Calcófilo	1,5	1.3
32	Ge	Germanio	Calcófilo Siderophilus	1,9	0,3
33	As	Arsénico	Calcófilo	0,6	0.4
34	Se	Selenio	Calcófilo	1.4	−1,1
35	Br	Bromo	Litófilo	0,7	0,5
36	Kr	Criptón	Atmófilo	1.4	0.0
37	Rb	Rubidio	Litófilo	0,6	2.0
38	Sr	Estroncio	Litófilo	1.4	2.6
39	Y	Itrio	Litófilo	0,7	1,6
40	Zr	Circonio	Litófilo	1.4	2.3
41	Nótese bien	Niobio	Litófilo	−0,05	1.3
42	Mes	Molibdeno	Litófilo siderófilo	0,2	0,2
44	Ru	Rutenio	Siderófilo	0,2	−2,0
45	Rh	Rodio	Siderófilo	−0,5	−2,3
46	Pd	Paladio	Siderófilo	0,1	−2,0
47	Ag	Dinero	Calcófilo	−0,5	−0,7
48	CD	Cadmio	Calcófilo	0,1	−0,7
49	En	Indio	Calcófilo	−1,0	−1,1
50	Sn	Estaño	Calcófilo Siderophilus	0,23	0,23
51	Sb	Antimonio	Calcófilo	−0,7	−0,8
52	Tú	Telurio	Calcófilo	0,49	−2,1
53	I	Yodo	Litófilo	−0,4	−0,4
54	Xe	Xenón	Atmófilo	0,5	0.0
55	Cs	Cesio	Litófilo	−0,7	0.4
56	Licenciado en Letras	Bario	Litófilo	0,7	3,5
57	La	Lantano	Litófilo	−0,3	1.3
58	Esto	Cerio	Litófilo	0,1	1,6
59	Pr	Praseodimio	Litófilo	−0,7	−0,2
60	Dakota del Norte	Neodimio	Litófilo	−0,1	0,3
62	Sm	Samario	Litófilo	−0,6	0,6
63	Tenido	Europio	Litófilo	−1,0	−0,1
64	Di-s	Gadolinio	Litófilo	−0,4	0,5
sesenta y cinco	Tuberculosis	Terbio	Litófilo	−1,2	−0,2
66	Dy	Disprosio	Litófilo	−0,4	0,3
67	Ho	Holmio	Litófilo	−1,0	−0,1
68	Er	Erbio	Litófilo	−0,6	0,2
69	Tm	Tulio	Litófilo	−1,4	−0,5
70	Yb	Iterbio	Litófilo	−0,7	0,3
71	Leer	Lutecio	Litófilo	−1,4	−0,5
72	Hf	Hafnio	Litófilo	−0,5	0,02
73	Tu	Tantalio	Litófilo	−1,7	0,1
74	W	Tungsteno	Litófilo	−0,8	−0,1
75	Re	Renio	Siderófilo	−1,2	−3,2
76	Hueso	Osmio	Siderófilo	−0,1	−2,6
77	Ir	Iridio	Siderófilo	0.0	−3,3
78	Pt	Platino	Siderófilo	0,15	−2,3
79	A	Oro	Siderófilo	−0,7	−2,7
80	Hg	Mercurio	Calcófilo	−0,2	−1,4
81	Tl	Talio	Calcófilo	−0,9	−0,6
82	Pb	Dirigir	Calcófilo	1.1	0,8
83	Bi	Bismuto	Calcófilo	−0,7	−1,0
90	Th	Torio	Litófilo	−1,4	0,5
92	U	Uranio	Litófilo	−2,0	−0,1

Estructura interna de la Tierra

La distinción de clases está ligada al modelo de diferenciación geoquímica del planeta en un núcleo denso formado por aleaciones de hierro y níquel, rodeado por una envoltura de sulfuro en la mesosfera , luego por la capa de silicato (manto superior y litosfera ), hidrosfera y atmósfera :

los atmófilos (H, C, N, O, F, gases nobles), que tienen una afinidad predominante por las fases fluidas, se localizan principalmente en la atmósfera y la hidrosfera;
los litofílicos (Si, Al, Na, Fe, Ca, Mg, etc. ), de alta afinidad con el oxígeno en la litosfera y manto superior ;
el calcófilo (S, Cu, Zn, Ag), frecuentemente asociado con azufre en el manto inferior (hipótesis ahora invalidada);
el siderófilo (Fe, Ni, Au), preferiblemente asociado con el hierro en el núcleo de la tierra.

Esta distribución en las tres principales capas terrestres corresponde a la corteza SIAL (silicio y aluminio), al manto SIMA (silicio y magnesio) y al núcleo NIFE (níquel y hierro), modelo de las envolventes propuesto por el geólogo Eduard Suess en 1909 y todavía utilizado por los geofísicos de antes de la guerra .

Los geoquímicos actuales han enmendado, refinado y completado esta visión de las cuatro principales familias geoquímicas en los principales reservorios terrestres, pero esta clasificación de Goldschmidt sigue siendo útil para comprender la geodinámica química interna global.

Notas y referencias

Fue durante este trabajo que Goldschmidt determinó el radio iónico de los lantánidos y descubrió la contracción de los lantánidos , es decir, la disminución significativa del radio iónico de estos elementos cuando aumenta su número atómico .
(in) Victor Goldschmidt , " Los principios de distribución de elementos químicos en minerales y rocas " , Revista de la Sociedad Química ,17 de marzo de 1937, p. 655–673 ( DOI 10.1039 / JR9370000655 ).
Universidad de Ottawa : clasificación geoquímica de elementos . Página 13: “Excepciones y sorpresas”.
Universidad de Colorado : Química de cristales minerales . Tabla 3.1 - "Abundancias de elementos dadas en log 10 de números de átomos por 10 6 átomos de Si"
Claude Allègre , Gil Michard, Introducción a la geoquímica , Presses Universitaires de France,1973, p. 21.
Eduard Suess, La faz de la tierra , Armand Colin,1909, p. 534.
Vincent Deparis, Hilaire Legros, Viaje al interior de la tierra , CNRS Éditions,2000, p. 391.
Maurice Renard, Yves Lagabrielle, Erwan Martin, Marc de Rafélis Saint Sauveur, Elementos de geología , Dunod,2018, p. 110-111.

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Notas y referencias

Ver también

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