Геохимия изотопов радиоактивных элементов ( U, Th, Ra)

1.1. Химические свойства U, Th, Ra.

Химические свойства рассматриваемых радиоактивных элементов достаточно хорошо известны, однако мы считаем полезным в этом разделе перечислить основные химические особенности, определяющие их геохимию.

Факторный анализ выявил неидентичность в поведении литофильных элементов U и Pb: валовое содержание Pb вошло в качестве переменной в фактор РF2 вместе с изотопными отношениями Sr и Nd, а валовое содержание U вошло и в фактор РF1 вместе с радиогенными изотопами Pb. Это указывает на то, что в даной выборке валовый свинец участвует вместе с другими литофильными элементами в магматических процессах, формирующих резервуары DM и ЕМ. Уран, напротив, преимущественно участвует в тех геохимических процессах, которые определяют поведение радиогенных изотопов Pb в океанических источниках, и не сопровождаются накоплением валового Pb. В других выборках, где преобладают континентальные вулканиты, можно заметить, что U участвует в двух различных геохимических процессах. В магматических процессах (выплавление, дифференциация магм и т.д.), регулирующих стронций-неодимовую систематику, U накапливается вместе с Pb и другими литофильными элементами и преобладает в обогащенном резервуаре по сравнению с резервуаром деплетированным. В то же время приходится допустить, что существует иной процесс, при котором происходит избирательное накопление урана и радиогенного Pb без обогащения валовым свинцом, формирующий резервуар HIMU.

U и Th относятся к группе актиноидов. В природных условиях Th существует в степени окисления 4+, а U - в двух степенях окисления: +4 и +6. U(IV) по химическим свойствам близок к Th(IV), Y(III) и тяжелым лантаноидам. В растворах катионы U⁴⁺ и Th⁴⁺ существуют лишь в кислой среде, проявляют склонность к гидролизу и комплексообразованию, причем Th-содержащие комплексы более устойчивы, чем комплексы U(IV). В эндогенных минералах U(IV) изоструктурен с Th(IV), а в минералы редкоземельных элементов они могут входить в виде изоморфной примеси в процессе гетеровалентного изоморфизма.

В окислительных условиях U переходит в свою высшую степень окисления, и здесь поведение U(VI) и Th(IV) резко различаются. В этих условиях U cуществует в форме комплексного катиона уранила - UO₂²⁺. Крупный ион уранила не способен изоморфно замещать ни один из известных в природе катионов. Cоединения уранила более растворимы, чем соединения U(IV) и Th(IV) и образуют сравнительно устойчивые в растворах комплексные соединения (Наумов, 1978). Геохимическое поведение урана в экзогенных условиях в значительной степени определяется окислительно-восстановительными реакциями, в которых ведущую роль играют органическое вещество и железо.

Ra - щелочноземельный элемент, близкий по химическим свойствам Ва. В своих соединениях Ва и Ra изоструктурны. Как и все щелочно-земельные элементы Ra обладает единственной формой окисления +2, мало склонен к комплексообразованию, находится в водных растворах в форме иона Ra²⁺. Наиболее растворимые в воде соединения - RaCl₂, RaBr₂, RaI₂, RaS, Ra(NO₃)₂. Наименее растворимые - RaSO₄, RaCO₃, RaC₂O₄, Ra₃ (PO₄)₂ и др.