Классификация минералов в современной практике, таблица

Содержание микроэлементов в природе

Микроэлементы содержатся в небольших количествах практически повсеместно: в горных породах, почве, растениях и, естественно, в организме человека и животных.

Бор. В небольших количествах в составе различных соединений можно встретить во всех почвах, воде, в составе растительных и животных организмов.

Йод. Образует мало самостоятельных минералов, но присутствует во многих в виде изоморфных примесей.

Марганец. Один из наиболее распространенных в литосфере элементов. Преобладает в почвообразующих породах.

Кобальт. Содержание в литосфере незначительно. Присутствует в растениях, при этом, бобовые культуры богаче кобальтом, чем злаковые.

Медь. В земной коре – 0,01 %. Встречается в свободном состоянии в виде самородков, иногда очень значительных размеров.

Цинк. Широко распространен в природе. В породах цинк содержится в виде простого сульфида, а также замещает магний в силикатах.

Ванадий. Относится к рассеянным элементам и в свободном виде в природе не встречается.

Молибден. Связан с гранитными и другими кислыми магматическими породами. Содержание его в этих породах колеблется в пределах 1–2 мг/кг.

Факторы, определяющие концентрацию микроэлементов в почвах

Содержание микроэлементов в почвах зависит от многих факторов и подчинено ряду закономерностей:

Чем больше микроэлементов в горной породе, тем больше их и в почве. Эта неизменная, за некоторым исключением, закономерность (например, йод) проистекает из того факта, что основным источником поступления микроэлементов в почву являются материнские горные породы. Известно, что в процессе длительного почвообразования происходит перераспределение химических элементов исходных горных пород, но при этом специфические свойства и химические особенности микроэлементов горных пород практически навсегда сохраняются в почвах.
Концентрация микроэлементов в почвообразующих породах увеличивается с возрастанием содержания физической глины и уменьшается с увеличением содержания песка и супеси. Это объясняется тем, что в состав глин включен монтмориллонит, содержащий большую концентрацию микроэлементов, чем включенный в состав песка кварц. Обычно в пределах одного почвенного района закономерность возрастания содержания микроэлементов от песков к глинистым породам увеличивается, но между породами в различных областях можно наблюдать значительные различия.
Один из определяющих факторов содержания микроэлементов в породах – карбонатность.
Почвы с реакцией, близкой к нейтральной, содержат больше микроэлементов.
Почвообразующие породы, расположенные в зоне активного воздействия грунтовых вод и подверженные процессу заболачивания, приобретают некоторые особенности по содержанию микроэлементов.
Почвы с повышенным накоплением органического вещества, как правило, и микроэлементами обеспечены в достаточной степени. Это связано с тем, что в растительных остатках и плазме микроорганизмов находится значительное количество микроэлементов. Гумусовые вещества обладают большей адсорбционной способностью и поглощают ионы микроэлементов из окружающей среды.
Содержание в почве водорастворимых солей оказывает большое влияние на наличие в ней микроэлементов.
Специфика условий почвообразования также накладывает свой отпечаток на количественное содержание микроэлементов в почвах.
Концентрация микроэлементов в грунтовых водах сильно влияет на их содержание в почве. В данном случае наблюдается тесная взаимосвязь, поскольку и колебание концентрации микроэлементов в почвенно-грунтовых водах – следствие разнообразия почвенного покрова и почвообразующих пород. «>

Опасность дефицита минеральных компонентов

Неорганические соли, ионы участвуют во многих физиологических процессах. Роль для клетки заключается в производстве ферментов и гормонов, работе витаминов, протекании окислительных и восстановительных реакций — основы жизнедеятельности организма.

Дефицит минеральных компонентов в пище негативно отражается на следующих функциях:

формирование костей скелета;
нервная деятельность;
выработка энергии;
иммунная защита;
контроль рН тела;
работа мышц.

О витамине D и его роли для здоровья человека все необходимое вы можете прочитать . Детальный рассказ о пользе витамина В читайте . А про особенности и источники получения витамина Е вы найдете в .

Однако минеральные соли могут взаимодействовать в растворе с образованием соединений, которые не усваиваются в кишечнике. По некоторым данным, в воду при варке продуктов питания переходит до 50% неорганических веществ. Они теряются для организма человека, если этот «минеральный бульон» не употребляют в пищу, а выливают.

Важнейшие причины дефицита неорганических компонентов:

Однообразный рацион и другие погрешности в питании.
Загрязнение или слишком тщательное очищение питьевой воды.
Недостаток содержания минеральных веществ в воде и земной коре в различных регионах Земли.
Употребление алкоголя и лекарственных средств, связывающих неорганические ионы.
Потеря минеральных компонентов при кровотечениях, синдроме раздраженного кишечника, язвенном колите, болезни Крона.

Известно ли вам?

Ионы неорганических веществ в растительных клетках взаимодействуют с фруктовыми кислотами, при этом могут возникать мало- или нерастворимые соли.
В тканях животных неорганические элементы существуют в виде фумаратов, глюконатов, лактатов, комплексов с аминокислотами и пептидами.
Наиболее выгодные формы для организма с точки зрения физиологии и обмена веществ — молочнокислые соли (лактаты).

Продукты питания содержат цинк в форме оксида, карбоната, хлорида, сульфата, глюконата и лактата. Фитин и клетчатка в составе зерен злаков прочно связываются с цинком, поэтому элемент не усваивается, хотя в пище его достаточно. Карбонат кальция в продуктах или минеральных добавках не растворяется в воде, очень плохо усваивается организмом. Если в кишечник поступает 5 мг лактата кальция, то почти 100% ионов поглощается стенками кишечника.

Таблица продуктов, содержащих основные минералы

Минеральное вещество	В значительном количестве	В большом количестве	В умеренном количестве	В малом количестве
Кальций	Лук зеленый, петрушка, фасоль, кефир, творог, сыр, молоко.	Овсяная крупа, гречневая купа, сметана, морковь, сельдь, ставрида, сазан, икра.	Сливочное масло, перловая крупа, мука 2-го сорта, скумбрия, судак, треска, окунь, пшено, свекла, капуста, редис, зеленый горошек, апельсины, сливы, виноград, вишня, клубника.	Мясо, манная крупа, мука высшего сорта, макароны, томаты, огурцы, картофель, груши, яблоки, арбуз.
Фосфор	Сыры, говяжья печень, икра, фасоль, перловая крупа, овсяная крупа.	Творог, рыба, куриное мясо, шоколад, пшено, гречневая крупа, горох.	Говядина, вареные колбасы, куриные яйца, свинина, кукурузная крупа, мука 2-го сорта.	Молоко, сметана, рис, макароны, манная крупа, мука высшего и 1-го сорта, морковь, картофель, сливочное масло, зеленый лук, огурцы, капуста, томаты, свекла, арбуз, абрикосы, сливы, груши, яблоки, вишня, виноград, смородина, клубника.
Магний	Пшеничные отруби, пшено, овсяная крупа, морская капуста, чернослив, урюк.	Скумбрия, сельдь, филе кальмаров, гречневая крупа, перловая крупа, яйца, горох, мука 2-го сорта, салат, укроп, петрушка.	Курица, манная крупа, сыры, свекла, зеленый горошек, морковь, изюм, вишня, черная смородина.	Коровье молоко, мясо, творог, вареные колбасы, хек, ставрида, треска, макароны, рис, мука высшего сорта, картофель, томаты, капуста, яблоки, виноград, абрикосы.
Калий	Урюк, горох, фасоль, изюм, картофель, чернослив, морская капуста.	Говядина, свинина, хек, треска, скумбрия, филе кальмаров, овсяная крупа, зеленый горошек, томаты, редис, свекла, зеленый лук, черешня, черная смородина, красная смородина, абрикосы, персики, виноград.	Куриное мясо, свинина, судак, пшено, гречневая крупа, мука 2-го сорта, тыква, капуста, морковь, кабачки, сливы, апельсины, клубника, груши.	Молоко, сыры, сметана, творог, манная крупа, макароны, рис, мука высшего сорта, огурцы, брусника, клюква, арбуз.
Натрий	Сыры, брынза, варёные колбасы, копчёные колбасы, солёная рыба, копчёная рыба, квашеная капуста.	Мясо, свежая рыба, яйца, свекла, салат, шпинат, шоколад.	Молоко, сметана, творог, кефир, мороженое, лущеный горох, овсяная крупа, печенье, конфеты, картофель, томаты, репа, ревень, персики, виноград, яблоки, черная смородина.	Мука, крупы, макароны, сливочное масло, мёд, орехи, большинство фруктов, ягод и овощей, свежие грибы.
Железо	Мясные субпродукты (почки, печень, язык), гречневая крупа, горох, фасоль, шоколад, белые грибы, черника.	Говядина, конина, баранина, крольчатина, куриные яйца, овсяная крупа, мука 1-го и 2-го сорта, пшено, груши, яблоки, айва, хурма, кизил, инжир, орехи, шпинат.	Свинина, курятина, варёные колбасы, сосиски, сардины, ставрида, сельдь, скумбрия, икра, сыр, мука высшего сорта, перловая крупа, ячневая крупа, манная крупа, картофель, рис, зеленый лук, свекла, редис, щавель, дыня, арбуз, черешня, слива, малина, гранат, клубника, черная смородина.	Горбуша, карп, камбала, судак, треска, хек, мёд, зеленый горошек, баклажаны, капуста, репчатый лук, огурцы, морковь, перец сладкий, слива, тыква, персики, виноград, лимон, вишня, абрикосы, клюква, крыжовник.

Состав комплексных удобрений

Комплексные удобрения представляют собой минеральные смеси, содержащие несколько основных питательных элементов. Они имеют сложный состав и обеспечивают растения сразу несколькими необходимыми элементами.

В состав комплексных удобрений могут входить такие основные питательные элементы, как азот (N), фосфор (P), калий (K). Они являются основными макроэлементами, необходимыми для нормального роста и развития растений.

Кроме того, комплексные удобрения могут содержать также микроэлементы, и коэффициент их содержания определяет виды комплексных удобрений.

Название удобрения	Содержание азота (N)	Содержание фосфора (P)	Содержание калия (K)	Содержание микроэлементов
Комплексное удобрение А	15%	8%	10%	Селен (Se) — 0,03%, Магний (Mg) — 0,5%, Бор (B) — 0,1%
Комплексное удобрение Б	12%	10%	6%	Цинк (Zn) — 0,05%, Медь (Cu) — 0,02%, Марганец (Mn) — 0,1%
Комплексное удобрение В	10%	5%	15%	Молибден (Mo) — 0,01%, Кобальт (Co) — 0,01%, Железо (Fe) — 0,02%

Таким образом, комплексные удобрения представляют собой эффективные средства для обеспечения растений всеми необходимыми питательными элементами, как основными, так и микроэлементами.

Классификация по распространенности: петрогенные и редкие элементы

С точки зрения термодинамики компоненты системы могут быть в зависимости от концентрации могут быть разделены на две группы:

главные, которые определяют фазовый состав системы
второстепенные компоненты, которых слишком мало для того, что бы образовать самостоятельные фазы или повлиять на систему, и они пассивно распределяются между существующими фазами.

В природных системах распространенность элементов накладывает на состав типичных систем определенные ограничения. Из 98 элементов периодической таблицы Менделеева, встречающихся в природе наиболее распространены 12 элементов, которые в подавляющем большинстве случаев породы слагают 99% массы горных пород. Эти элементы: O, Si, Ti, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K, P, H, C называются петрогенными (петро — порода, ген — происхождение).

Все остальные элементы относятся к редким или рассеянным элементам. Деление на редкие и петрогенные элементы достаточно условно. Большинство редких элементов при определенных условиях может концентрироваться до таких концентраций, что возникают их собственные минералы, то есть они влияют на фазовый состав системы. Однако такие системы играют ограниченную роль в важнейших геохимических процессах. Так, стронций даже в небольших количествах сильно влияет на устойчивость кальцит/арагонит. С другой стороны, при появлении в системе минералов, в которых редкий элемент основной, например, редкий элемент цирконий часто достигает концентрации достаточных для кристаллизации циркона или монацита, при этом его влияние на другие фазы всё равно остается весьма ограниченным.

Термин редкие элементы не совсем точен. Может показаться, что эти элементы встречаются реже чем другие, но одним из основных положений геохимии является наблюдение, что в любом природном веществе присутствуют все 98 элементов, однако в различных концентрациях (закон всюдности химических элементов). При этом содержание редких элементов в разных породах может различаться в сотни и тысячи раз и они часто оказываются очень чувствительными индикаторами геохимических процессов. Во многих случаях различные процессы приводя к возникновению пород с идентичным минеральным составом и содержанием петрогенных элементов, но концентрации редких элементов при этом могут различаться и позволять реконструировать историю породы.

Классификация по коэффициентам распределения: совместимые и несовместимые элементы

Редкие элементы по разному распределяются между фазами системы

Особенно важно их поведение в процессах разделение вещества, таких как плавление и кристаллизация.

Макро- и микроэлементы

В биогеохимии принято разделение элементов по их роли в строении живых организмов. Макроэлементами называются те элементы, содержание которых в живых организмах составляет больше 0,001%. Это кислород, водород, углерод, азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор, железо и др. Эти элементы слагают плоть живых организмов.

Роль в растении

Биохимические функции

Роль микроэлементов для растений многогранна. Они призваны улучшать обмен веществ, устранять функциональные нарушения, содействовать нормальному течению физиолого-биохимических процессов, влиять на процессы фотосинтеза и дыхания. Под действием микроэлементов возрастает устойчивость растений к бактериальным и грибковым заболеваниям, неблагоприятным факторам окружающей среды (засухе, повышению или понижению температуры, тяжелой зимовке и прочим).

Установлено, что микроэлементы входят в состав большого числа ферментов, играющих важную роль в жизни растений. Все биохимические реакции синтеза, распада, обмена органических веществ протекают только при участии ферментов.

Физические и химические свойства

Микроэлементы различны по своим физическим и химическим свойствам. Среди них встречаются металлы (цинк, медь, марганец, кобальт, ванадий, молибден), неметаллы (бор), галогены (йод).

Необходимые

без элемента не может завершиться жизненный цикл растения;
физиологические функции, выполняемые с участием конкретного элемента, не осуществляются при его замене на другой элемент;
элемент обязательно вовлекается в метаболизм растения.

Однако существует ряд условностей в использовании данного термина. Дело в том, что сложности с его применением возникают уже при сравнении необходимости того или иного элемента для жизни высших и низших растений и, тем более, животных и человека. Так, например, не доказана необходимость бора для некоторых грибов, спорна необходимость наличия кобальта для осуществления физиологических функций целого ряда растений. К бесспорно необходимым элементам относят марганец, цинк, медь, молибден, бор, хлор, никель.

Последствия нарушения баланса микроэлементов

При нарушении баланса концентрации микроэлементов в организме активность выработки или разрушения различных соединений (гормонов, белков и др.) изменяется в геометрической прогрессии.

При потере молекулой алкогольдегидрогеназы всего одного атома цинка из четырех, в десятки раз снижает активность фермента (плохо нейтрализуется алкоголь).
При дефиците цинка снижается активность угольной ангидразы, отвечающей в организме за утилизацию CO (угарного газа).
Нехватка железа и меди нарушает синтез гемоглобина.
Дефицит хрома приводит к снижению активности фактора толерантности к глюкозе, отвечающего за чувствительность организма к сахару.

Какие патологические состояния может вызвать дефицит микроэлементов

Люди, которые тщательно следят за своим здоровьем без труда могут определить даже без специальных анализов, какого микронутриента не хватает в организме. Приведем несколько примеров:

Если стремительно увеличивается вес, значит, не хватает хрома или марганца.
В основе многих проблем с пищеварением лежит дефицит хрома и цинка.
Ломкие ногти обычно у людей, в организме которых недостаточно селена и кремния. Эти компоненты отвечают за хорошее состояние волос.
При появлении на коже аллергии или высыпаний можно заподозрить нехватку цинка и селена.
Недостаток марганца и меди может спровоцировать появление пигментных пятен, что часто наблюдается во время беременности.

Самым востребованным микронутриентом является цинк. Данный элемент отвечает за работу предстательной железы и выработку половых гормонов. При его низкой концентрации развивается дисбактериоз и пищевая аллергия.

Гольдшмидтовская классификация элементов

Эта классификация была предложена Гольдшмидтом исходя из предположения, что Земля образовалась в результате разделения первично однородного вещества, аналогичного метеоритам, на четыре части: металл, серный расплав, силикатная часть и атмосфера с океаном. Каждый элемент имеет склонность концентрироваться в одной из этих сред, и соответственно разделены на сидерофильные, литофильные, халькофильные и атмофильные элементы. Иначе говоря, это классификация по наибольшему коэффициенту распределения элемента между четырьмя фазами.

Атмофильные элементы

H, N, инертные газы — всего 8 элементов.

Выделяются в газовую фазу и накапливаются в атмосфере. В природе для них характерно газообразное состояние. Большинство из них имеет атомы с заполненной электронной внешней оболочкой, располагаются в верхних частях кривой атомных объёмов; преимущественно диамагнитны. Для большинства (кроме водорода, близкого к литофильным элементам) характерно нахождение в природе в элементарном состоянии.

Обладают сродством к сере.

Ag, As, Bi, Cd, Cu, Ga, Hg, In, Pb, Po, S, Sb, Se, Te, Tl, Zn.

Литофильные элементы

Обладают сродством к силикатным минералам и расплавам.

Al, At B, Ba, Be, Br, Ca, Cl, Cr, Cs, F, I, Hf, K, Li, Mg, Mn, Na, Nb, O, Rb, Sc, Si,Sr, Ta, Th, Ti, U, V, Y, Zr, W, Лантаноиды.

Химическая

На данный момент наиболее распространенной является классификация минералов по химическому составу, которая применяется современными минералогами и геологами. Она базируется на характере соединений, между различными структурами элементами, типах упаковки и еще множестве других особенностей, которые может иметь минерал. Классификация минералов такого рода предусматривает разделение их на пять типов, каждый из которых характеризуется преобладанием определенного характера связи между определенными структурными единицами.

самородные элементы;
сульфиды;
окислы и гидроокислы;
соли кислородных кислот;
галогениды.

Далее по характеру анионов они разделяются на несколько классов (в каждом типе свое деление), внутри которых уже разбиваются на подклассы, из которых можно выделить: каркасный, цепочечный, островной, координационный и слоистый минерал. Классификация минералов, которые близки между собой по составу и имеют сходную структуру, предусматривает их объединение в различные группы.

Польза микроэлементов

Поскольку для нормального функционирования организма главным условием является баланс микроэлементов, поэтому даже малейший сдвиг уровня содержания может отразиться негативно на состоянии здоровья. От нутриентов, например, зависит течение таких важнейших процессов:

кроветворение;
синтез ферментов;
производство гормонов;
метаболизм;
усвоение витаминов;
рост костных тканей и их прочность.

Огромное влияние эта группа веществ оказывает на уровень иммунной защиты. Именно за счет микронутриентов формируется нужный баланс щелочей и кислот, они обеспечивают функциональность клеточной мембраны и работоспособность репродуктивной системы. Без них не проходит один из самых важных процессов — кислородный обмен.

Что опасней: недостаток или избыток?

Специалисты утверждают, что оба варианта дисбаланса представляют практически равносильную угрозу для здоровья.

Дефицит приводит к серьезному сбою всех функций, что неизменно отражается на общем здоровье. Особенно опасна нехватка микроэлементов, которые в дефиците на территории проживания человека. В такой ситуации восполнить дефицит можно только за счет питания и дополнительно приема комплексов. Например, есть регионы, где не хватает йода. При нехватке в организме данного элемента обязательно последуют нарушения в работе щитовидной железы, что повлечет серьезные проблемы умственного развития детей.

Причиной избытка может быть только бесконтрольный прием препаратов с содержанием определенного комплекса веществ. Существует также определенный риск для тех, кто трудится на химическом предприятии. В случае аварии тогда может в организм попасть повышенное количество, например, меди. Но при сильной интоксикации развивается яркая клиническая картина, которую невозможно пропустить мимо.

Вызвать повышенное содержание цинка, что тоже опасно, может привычка хранить продукты питания в оцинкованной посуде.

Тяжелее всего переносится избыток хлоридов. Интоксикация бывает настолько сильной, что все нередко заканчивается летальным исходом. Избыток солей вызывает задержку жидкости, что увеличивает риск инфарктов и инсульта.

Виды

Не стоит путать закономерные сростки и незакономерные агрегаты кристаллов, к примеру, со «щетками» или же друзами, которые нарастают на стенах пещер и различных полостей в горных породах. Друзы представляют собой сростки, образующиеся из нескольких более или менее правильных кристаллов и при этом прирастающие одним концом к какой-нибудь породе. Для их формирования требуется открытая полость, которая предусматривает возможность свободного роста минералов.

Помимо всего прочего, многие кристаллические минералы отличаются достаточно сложными неправильными формами, что приводит к образованию дендритов, натечных форм и других. Формирование дендритов осуществляется по причине слишком быстрой кристаллизации минералов, расположенных в тонких трещинах и порах, причем породы в данном случае начинают напоминать довольно причудливые ветви растений.

Нередко бывают и такие ситуации, когда минералы практически полностью заполняют небольшое пустое пространство, что приводит к образованию секреции. У них используется концентрическое строение, а минеральное вещество заполняет его к центру от периферии. Достаточно крупные секреции, у которых внутри остается пустое пространство, принято называть жеодами, в то время как небольшие образования именуются миндалинами.

Конкреции — это стяжения некорректной округлой или шарообразной формы, формирование которых возникает по причине активного отложения минеральных веществ вокруг определенного центра. Довольно часто для них характерна радиально-лучистая внутренняя конструкция, а в отличие от секреций рост осуществляется, наоборот, к периферии от центра.

Карбонаты, сульфаты, вольфраматы, фосфаты

Карбонаты, составляющие около 1,7 % от массы земной коры, являются осадочными или гидротермальными минералами. С химической точки зрения это соли угольной кислоты – Н2СО3. Карбонаты имеют ионные кристаллические решетки; характерны малые плотности, стеклянный блеск, светлая окраска (за исключением карбонатов меди), твердость 3-5, реакция с разбавленной НСl. Карбонаты широко используются в черной металлургии в качестве флюса и как сырье для производства огнеупоров и извести.

Земная кора содержит 0,1 % (по массе) сульфатов, имеющих в основном химическое осадочное происхождение и представляющих собой соли серной кислоты Н2SO4. Обычно это мягкие, легкие, светлые минералы. Внешне они похожи на карбонаты, но не реагируют с НСl. Сульфаты используются в химической и строительной промышленности. Они являются чрезвычайно вредной примесью в железных рудах, так как при агломерации удается удалить в газовую фазу не более 60 — 70 % сульфатной серы.

Фосфаты имеют магматическое (апатит) и осадочное (фосфорит) происхождение. Вольфраматы встречаются чаще в гидротермальных и пегматитовых жилах.

Химические классы подразделяются на подклассы (по химизму и структурному мотиву), которые, в свою очередь, разбиваются на семейства и группы (по структурному типу). Отдельные минеральные виды, входящие в состав группы, могут образовывать ряды, а один минеральный вид может иметь несколько разновидностей.