Test Kuriera i Azotów. Chemia żywiołów w naszym życiu, część III

Skorupa ziemska to prawie cała tablica Mendelejewa. Prawie, bo w układzie okresowym są pierwiastki promieniotwórcze, które nie mają trwałych odpowiedników w naturze.

Chodzi nie tylko o najcięższe pierwiastki, otrzymywane sztucznie w laboratoriach. Są też całkiem lekkie pierwiastki, których nie ma na Ziemi, jak technet czy promet. Jedna z teorii mówi, że ich atomy tak szybko się rozpadały, że obecnie nie pozostał po nich nawet ślad.

Oto dziesięć głównych pierwiastków tworzących skorupę ziemską: 1. tlen 46,1%; 2. krzem 28,2%; 3. glin 8,23%; 4. żelazo 5,63%; 5. wapń 4,15%; 6. sód 2,36%; 7. magnez 2,33%; 8. potas 2,09%; 9. tytan 0,56%; 10. wodór 0,14%.

Zawartość procentowa dotyczy skorupy ziemskiej pod kontynentami, gdyż skorupa oceaniczna ma nieco odmienny skład. Skąd tak dużo tlenu w skorupie ziemskiej? Oczywiście nie jest to tlen gazowy, taki jak w powietrzu.

Bądź z chemią za pan brat. Poznaj bliżej tę tajemniczą panią (QUIZ)

Atomy tlenu uwięzione są w cząsteczkach związków chemicznych: w tlenkach, krzemianach, fosforanach, węglanach, siarczanach i innych, tworzących skały i gleby, a także w wodzie krystalizacyjnej, trwale związanej w minerałach.

Po zsumowaniu zawartości procentowej dziesięciu pierwszych pierwiastków okazuje się, że na pozostałe 80 pierwiastków występujących w przyrodzie przypada jedynie 0,21% masy skorupy ziemskiej. Węgiel jest dopiero siedemnasty (0,02%), a miedź i cynk są już całkowicie poza ekstraklasą. Ich zawartość jest mniejsza niż 0,01%.

Tylko nieliczne pierwiastki występują w przyrodzie w stanie rodzimym, czyli w stanie wolnym. W takim stanie występują tlen i azot w powietrzu, ale tym razem mówimy o tych zawartych w skorupie ziemskiej.

Są wśród nich niemetale: siarka, krzem, węgiel (w postaci grafitu lub diamentu), a także nieliczne metale: przede wszystkim złoto, srebro i platynowce, ale także miedź, rtęć, czy bardziej reaktywne - np. nikiel, czy cyna. Eksploatuje się jedynie złoża rodzime siarki, węgla i metali szlachetnych. Pozostałe nie mają znaczenia gospodarczego.

Najczęstszą formą występowania pierwiastków w skorupie ziemskiej jest forma związana, czyli różnego rodzaju związki chemiczne (najczęściej nieorganiczne), tworzące minerały. Jednym z typów minerałów są rudy. Pod pojęciem „ruda” rozumiemy kopalinę, z której można pozyskać jeden lub więcej pierwiastków metalicznych.

Poza minerałem - źródłem danego pierwiastka, rudy zawierają tzw. skałę płonną, czyli bezużyteczny balast. Najbardziej ekonomiczna jest eksploatacja rud wysokoprocentowych. Do takich należą tlenkowe rudy żelaza: magnetyt (ok. 70% zawartość żelaza) i hematyt (50% żelaza).

Jednak im droższy i bardziej pożądany pierwiastek, tym w praktyce wykorzystuje się uboższe rudy. W przypadku siarczkowych rud niklu opłaca się pozyskiwanie tego metalu już przy zawartości 0,3%. Wszystkie rudy można zaliczyć do minerałów, ale nie o każdym minerale powiemy, że jest rudą.

W przypadku minerałów bardzo częstym zjawiskiem jest polimorfizm, czyli występowanie tego samego związku chemicznego w różnych układach krystalograficznych.

Atomy w związkach chemicznych możemy traktować jak kawałki mozaiki. Wystarczy je inaczej poustawiać, a już produkt finalny będzie miał inny wygląd. Wszyscy znamy kredę do pisania. Z chemicznego punktu widzenia to prosty związek: węglan wapnia, CaCO3.

Wystarczy trochę inne ułożenie atomów, a otrzymamy piękne, przezroczyste kryształy kalcytu lub aragonitu, a wysoka temperatura i ciśnienie mogą sprawić, że węglan wapnia przyjmie postać marmuru. Bezbarwny tlenek glinu - korund, jest bazą dla wielu kamieni szlachetnych.

Wystarczy niektóre atomy glinu zastąpić chromem i otrzymamy krwistoczerwony rubin. Czysty beryl jest bezbarwny lub lekko szary, ale już niewielkie domieszki innych metali sprawiają, że powstają rzadkie i poszukiwane kryształy: zielony szmaragd, niebieski akwamaryn, fioletowy biksbit czy żółty heliodor. Trudno oprzeć się wrażeniu, że wiele minerałów powstało tylko po to, żeby cieszyć nasze oko. Kto powiedział, że wszystko na Ziemi ma być praktyczne i użyteczne?!