Geokemian peruskurssi tenttikysymyksiä & vastauksia Anna esimerkkejä seuraavista alkuaineista

Geokemian peruskurssi tenttikysymyksiä & vastauksia
Anna esimerkkejä seuraavista alkuaineista:

HFSE (korkea kenttävoimakkuus): Ta, Ti, Th, Hf

LILE (litofiiliset): Th, K, U, La

alkalimetalli (1.pääryhmä): Li, Na, K, Fr, Rb

maa-alkalimetalli (2. pääryhmä): Mg, Ca, Be, Ba, Ra

raskasmetalli: Pb, Hg, Ni, As, Se, Te

PGE (platinaryhmä): Pt, Pd, Ru, Rh

REE: (lantanidit)La, Lu, Er, Eu

siderofiilinen alkuaine: Fe, Cu, Ag, Au, Ru, Rh, Re, Tl Bi

kalkofiilinen alkuaine: S, Se, Sn, Pb

litofiilinen ja refraktorinen alkuaine: Al, Ca, Ti, Ta, Th

volatiilinen alkuaine: C, Cl, Cd, H, He, Hg, Tl, Bi, S, Se, Sn, Pb
Selitä alla oleva yhtälö ja kuinka sitä käytetään ns. isokroonimenetelmässä (miten ikä saa-daan)? Mitä muita radiogeenisia isotooppisysteemejä voidaan käyttää kivien ikämääritykses-sä?




⁸⁷Rb hajoaa ⁸⁷Sr:ksi puoliintumisajan ollessa 48.8 miljardia vuotta (vastaa hajoamisvakiota λ = 1.42 x 10^-11 a^-1).Strontiumin isokrooniyhtälö, joka kertoo, kuinka näytteen ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-suhde muuttuu ajan t funktiona:(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_o on suhde hajoamisen alussa ja ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr on näytteestä mitattu tämän hetken ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr-suhde. Yhtälöstä nähdään, että näytteen ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-suhteen suuruus riippuu neljästä teki-jästä:

1) alkuperäisestä (initiaalisesta) suhteesta

2) Rb/Sr-suhteesta

3) kulunnesta ajasta (t)

3) hajoamisnopeudesta (λ)
Tärkeimmät alkuaineiden käyttäytymistä kontrolloivat tekijät epäorgaanisissa luonnon sys-teemeissä:

elektronegatiivisuus, ionisäde (r), varaus (z) ja ionipotentiaali (z/r).
Selitä, mikä on massavaikutuksen laki, liukoisuustulo ja ioniaktiivisuustulo ja kuinka niitä käytetään mineraalien liukoisuuksia tutkittaessa.

Massavaikutuksen lailla tarkoitetaan kemiassa tasapainovakion lauseketta, jossa huomioidaan myös reaktioyhtälön kertoimet. Yleisesti reaktiolle, joka on muotoa:


Liukoisuustulo kuvaa kiinteän aineen pitoisuutta kylläisessä liuoksessa. Se on riippuvainen aineen lämpötilasta, liuottimesta ja liuotettavasta aineesta. Kylläisessä liuoksessa ionien ja liukenematto-man suolan välillä vallitsee dynaaminen tasapaino. Tämä tarkoittaa, että samanaikaisesti liuoksessa olevat ionit sitoutuvat yhteen muodostaen kiinteää suolaa, mutta samalla suolaa liukenee hajoten io-neiksi. Dynaamisessa tasapainotilassa eri suuntiin, lähtöaineista tuotteisiin ja tuotteista lähtöainei-siin, kulkevat reaktiot tapahtuvat samalla nopeudella, jolloin reaktiossa olevien lähtöaineiden ja tuotteiden konsentraatiot eivät muutu pitkänkään ajan kuluessa.


Mitä alkuaineita seuraavat symbolit tarkoittavat:

Nb: Niobium

Nd: Neodyymi

Sm: Samarium

Sb: Antimoni

Sc: Skandium

Sr: Strontium

La: Lantaani

Li: Litium

Rb: Rubidium

Re: Renium

Ra: Radium

Os: Osmium

Th: Thorium

Ta: Tantaali

Ba: Barium

Be: Beryllium

Y: Yttrium

Ti: Titaani

Yb: Ytterbium

V: Vanadiini

Pd: Palladium

B: Boori

Te: Telluuri

As: Arseeni

Bi: Vismutti

Ge: Germanium

Pu: Plutonium

Rn: Radon
Mikä on kondriitti ja kondruuli? Miksi hiilikondriitit ovat tärkeitä geokemiassa?

Kondriitti on jyvärakenteinen kivimeteoriitti. Niitä pidetään jäänteinä ajoilta, jolloin aine tiivistyi kuumasta alkuaurinkosumusta kiinteäksi. Kiinteiden ainejyvien synty muistutti hieman rakeiden syntyä ukkospilvessä. Kondrit ovat syntyneet avaruudessa painottomassa tilassa. Kondrien lisäksi kondriiteissa on yleensä myös kalsium-alumiini-sulkeumia ja nikkelirautapallosia.

Hiilikondriitti on hiilipitoinen meteoriitti, jossa on jyväsiä. Perusmineraali on yleisimmin oliviini ja serpentiini ja muut silikaatit, sulfaatit ja oksidit, mukana on hiilipitoisia orgaanisia yhdisteitä ja vetHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Vesi"-HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Vesi"tä. Ei osata tarkkaan sanoa, miten kondrit eli jyväset ovat syntyneet. Tiedetään kalsiumpitoisten mi-neraalijyvästen kuumentuneen joksikin aikaa muutamassa minuutissa ja jäähtyneen monien tuntien aikana. Suuret hiilikondriitit usein räjähtävät ilmakehään syöksyessään hauraan rakenteensa takia.
Mitä ovat nukleosynteesi, r-prosessi ja s-prosessi?

Nukleosynteesi on tapahtuma, jossa muodostuu uusi atomi olemassa olevista vapaista nukleoneista eli protoneista ja neutroneista. Ensimmäiset nukleonit syntyivät alkuräjähdyksessä gluonien avulla, kun maailmankaikkeuden lämpötila oli laskenut alle kymmenen miljoonan celsiusasteen lämpöti-laan. Suurin osa nukleosynteeseistä tapahtuu tähdissä, jotka ovat tuottaneet ja tuottavat kaikki heHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Helium"-HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Helium"liumia raskaammat alkuaineet.

Luonnossa esiintyy myös rautaa raskaampia alkuaineita, joita syntyy niin ikään tähdissä. Näissä ta-pauksissa kyseessä ei kuitenkaan ole enää raudan fuusioituminen, vaan energiaa kuluttava hidas- tai nopea neutronisieppaus (myös s-prosessi jossa s on slow ja r-prosessi jossa r on rapid). Prosessissa vahva ydinvoima sieppaa irtoneutroneita, ja kasvattaa atomin kokoa. Useasti heikko ydinvoima ha-jottaa näin kasvatetun atomin protoneiksi ja elektroneiksi, jota myös beetahajoamiseksi kutsutaan. Neutronin muuntuminen protoniksi sitoutuneissa ytimissä mahdollistaa raskaampien alkuaineiden synnyn lisäämällä ytimen stabiiliutta ja kasvattamalla atomin järjestyslukua. Prosessien tehoeroja voidaan verrata atomipainoltaan lähes identtisiin platinaan (atomipaino 195) ja lyijyyn (atomipaino 207). Mikäli prosessit olisivat yhtä tehokkaita, platina olisi maailmankaikkeudessa yleisempää kuin lyijy. Kuitenkin platinaa syntyy ainoastaan r-prosessissa, eli prosessissa joka käynnistyy vain tähHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=T%C3%A4hden_luhistuminen&action=edit&redlink=1"-HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=T%C3%A4hden_luhistuminen&action=edit&redlink=1"denHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=T%C3%A4hden_luhistuminen&action=edit&redlink=1" luhistumisen hetkellä. Lyijyä taas syntyy s-prosessissa, joka on hitaampi mutta joka kokonai-suudessaan pystyy tuottamaan enemmän ytimiä kuin r-prosessi. Uusimpien tietojen mukaan alkuai-neita tinasta eteenpäin tuottavat muut kuin neuronisieppaukset.
Mitä tarkoitetaan fraktioivalla kiteytymisellä ja tasapainoisella sulamisella?

Fraktioiva kiteytyminen on yksi tärkeimmistä maankuoressa ja -vaipassa tapahtuvista fysikaalisista ja geokemiallisista prosesseista. Fraktioiva kiteytyminen on mineraalisaostumien poistumista ja e-rottumista sulasta. Erikoistapauksia lukuun ottamatta kiteiden poistuminen muuttaa magman koos-tumusta. Kumulaatit muodostuvat kiteytymällä fraktioivasti.
Fraktioiva kiteytyminen silikaattisulissa (magmoissa) on monimutkainen prosessi verrattuna kitey-tymiseen sellaisissa kemiallisissa systeemeissä, joissa on tasainen paine ja koostumus, koska muu-tokset näissä voivat vaikuttaa merkittävästi magman kehitykseen. Veden, hiilidioksiidin, vedyn ja hapen lisäykset ja kadot kuuluvat niihin koostumuksen muutoksiin, jotka tulee ottaa huomioon. Esi-merkiksi veden osapaine (fugasiteetti) silikaattisulissa voi olla erittäin tärkeä tekijä, kuten se on lä-hellä solidusta tapahtuvissa koostumukseltaan graniittisten magmojen kiteytymisissä. OksidimineHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Oksidimineraali&action=edit&redlink=1"-HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Oksidimineraali&action=edit&redlink=1"raalien (kuten magnetiitin ja ulviitin) kiteytymisjärjestys on herkkä magman hapen fugasiteetin muutoksille, ja oksidifaasien erottuminen voi muokata huomattavasti muuttuvan magman piidioksiHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Piidioksidi"-HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Piidioksidi"dikoostumusta, ja olla tärkeä tekijä andesiitin synnyssä.
Kokeet ovat havainnollistaneet useita esimerkkejä niistä seikoista, jotka määräävät mitä mineraaleja kiteytyy ensimmäisenä sulan jäähtyessä likviduksen alapuolelle.

Eräs esimerkki koskee mafisia ja ultramafisia kiviä muodostavien sulien kiteytymistä. MgO ja SiO₂-pitoisuudet sulissa ovat osamuuttujia siinä, saostuuko forsteriitti-oliviinia vai enstatiitti-pyrokHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Pyrokseeni"-HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/wiki/Pyrokseeni"seenia, mutta myös vesipitoisuus ja paine ovat tärkeitä tekijöitä. Joissain koostumuksissa, korkeassa paineessa vedettömästä sulasta kiteytyy ensisijaisesti enstatiittia, kun taas vedellisestä kiteytyy oliviinia

.

Graniittiset magmat demonstroivat sitä, kuinka koostumukseltaan ja lämpötilaltaan samankaltaises-ta magmasta voi eri paineissa kiteytyä eri mineraaleja. Paine määrittelee graniittisen magman mak-simivesipitoisuuden. Vähävetisen graniittimagman fraktioiva kiteytyminen korkeassa lämpötilassa voi tuottaa yhtä alkalimaasälpää sisältävää graniittia, ja verrattain runsasvetisen magman kiteytymi-nen alemmassa lämpötilassa voi tuottaa kaksimaasälpäistä graniittia.
Fraktioivan kiteytymisen aikana sopeutumattomat alkuaineet rikastuvat voimakkaasti sulassa. Sen tähden tieto kiteytymisjärjestyksestä on erityisen tärkeää sulien koostumuksen kehittymisen ymmär-tämisessä. Kivirakenteista voidaan päätellä joitain seikkoja, kuten 1900-luvun alun BoweninHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Bowenin_reaktiosarja&action=edit&redlink=1" HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Bowenin_reaktiosarja&action=edit&redlink=1"reakHYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Bowenin_reaktiosarja&action=edit&redlink=1"-HYPERLINK "https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Bowenin_reaktiosarja&action=edit&redlink=1"tiosarjat todistavat. Yksinkertaisten kivisulien kokeellisesti määritetyt faasidiagrammit antavat tie-toa yleisistä toimintaperiaatteista.
21) Mikä on hivenalkuaineen D-Arvo ja mitä tarkoittaa englanninkielinen termi "incompatible element" ja kuinka tällainen alkuaine käyttäytyy sulamisessa ja kiteytymisessä ? Mitä ovat Onuma diagrammit?
D-arvo on alkuaineen jakaantumiskerroin
Jos D = 1 , piileminen | D > 1 Kaappaus, rikastuu kiteisiin | D<1 sallinta, rikastuu sulaan
D-arvoja käytetään hivenaineitten käyttäytymisen kvantitatiivisessä mallintamisessa magmaattisissa prosesseissa.
incompatible element on alkuaine joka ei kokonsa tai varauksensa puolesta yleensä sovi yleisiin kiviä muodostaviin mineraaleihin.
Liian suuri säde (LILE) - Th Ta U REE
Liian suuri varaus HFSE - Zr Hf Nb Mo W
Koska kyseiset alkuaineet eivät vähene sulasta kiteytyessä, ne rikastuvat sulassa kiteytymisen edetessä -> Sula josta viimmeisenä syntyy mineraaleja sisältää eniten incompatible elementtejä. Sama toimii myös toisinpäin. Jos osittaissulamisen määrä on hyvin pieni, voidaan olettaa että sulassa on paljon sopimattomia alkuaineita koska ne kiteytyvät viimmeisenä.
Onuma-diagrammit
Koeffisientti vs ioni-säde jakauma. Maximikohdat käyrässä osoittavat ideaalisen kationin koon kidehilassa. Yhdessä diagrammissa voi olla käyriä jokaiselle valensille.
22) Goldscmidtin säännöt ionien korvautumisesta toisella ionilla mineraalien hilassa?
1) Alkuaineen ioni pystyy korvaamaan toiseen alkuaineen ionin jos niiden ionisäteen ero on alle 15%
2)Ioni jonka varaus eroaa vain yhdellä yksiköllä voi korvata toisen ionin jos kiteen sähköneutraalisuus säilyy.
3)Kun kaksi ionia voi sijaita samassa kohden kidehilaa, ioni jolla on korkeampi ionipotentiaali muodostaa vahvemman siteen ympäröivien anioneitten kanssa
4)pienempi ioni voi korvata suuremman vain jos niiden elektronegatiivisuus on samanlainen

1) selitä, kuinka painoprosentteina ilmaistusta analyysituloksesta lasketaan

a)mooliosuudet

b) kationiosuudet ja kuinka yksikössä mg/l annetusta vesianalyysistä lasketaan

c) milliekvivalentit

1 = Analyysitulos painoprosentteina
2 = Paino-% muutettu oksidien moolimääriksi jakamalla molekyylipainolla
3 = Moolimäärät muutettu mooliosuuksiksi jakamalla moolien summalla (normeeraus)
4 = Paino-% muutettu kationien moolimääriksi jakamalla molekyylipainolla ja kertomalla kationien määrällä
5 = Kationien moolimäärät muutettu kationiosuuksiksi jakamalla kationien moolien summalla (normeeraus)

4) a)Luettele maankuoren kemialliset pääkomponentit oksideina (12kpl) standardijärjestyksessä. Mihin järjestys perustuu?

b) Mitkä ovat luonnonvesien yleisimmät ionit (anionit ja kationit)
B) Na+ Mg+ K2+ Ca2+ HCO3- SO2-4 Cl- H4Sio4
A)

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MnO

MgO

CaO

Na2O

K2O

P2O5

S

H2O+

H2O-

CO2
STAFF MM CNKPS vesivesihiilidioksidi
23) Mitä tarkoittaa magmakivien normatiivinen mineraalikoostumus? Kuinka magmakivet jaetaa neljään luokkaan sen perusteella? Mikä on magmakivien modaalinen koostumus?
Normatiivinen = Kiven kemiallisesta koostumuksesta laskettu teoreettinen mineraalikoostumus
modaalinen = todellinen mineraalikoostumus painoprosentteina
luokat
è Neljä ”luvallista” mineraaliparageneesia (kenttää):

1) Piiylikylläinen & alumiiniylikylläinen: kvartsi – korundi – ortopyrokseeni

2) Piiylikylläinen: kvartsi – klinopyrokseeni – ortopyrokseeni

3) Piikylläinen: oliviini – klinopyrokseeni/plagioklaasi – ortopyrokseeni

4) Piialikylläinen: oliviini – klinopyrokseeni/plagioklaasi – nefeliini