Clasificación de Goldschmidt

La clasificación de Goldschmidt , ^{[ 1 ] [ 2 ]} desarrollada por Victor Goldschmidt (1888–1947), es una clasificación geoquímica que agrupa los elementos químicos dentro de la Tierra según sus fases anfitrionas preferidas en litófilos ( amantes de las rocas ), siderófilos ( amantes del hierro ), calcófilos ( amantes de los minerales de sulfuro o calcógenos ) y atmófilos (amantes de los gases) o volátiles (el elemento, o un compuesto en el que se encuentra, es líquido o gaseoso en condiciones ambientales de la superficie).

Algunos elementos presentan afinidad con más de una fase. La afinidad principal se muestra en la tabla siguiente, seguida de una descripción de cada grupo.

Los elementos litófilos ( del griego antiguo λῐ́θος ( líthos ) ' piedra ' y φίλος ( phílos ) ' querido, amado ' ) son aquellos que permanecen en la superficie o cerca de ella porque se combinan fácilmente con el oxígeno, formando compuestos que no se hundieron en el núcleo de la Tierra . Los elementos litófilos incluyen Al , B , Ba , Be , Br , Ca , Cl , Cr , Cs , F , I , Hf , K , Li , Mg , Na , Nb , O , P , Rb , Sc , Si , Sr , Ta , Th , Ti , U , V , W , Y , Zr y los lantánidos o elementos de tierras raras (REE).  

Los elementos litófilos consisten principalmente en los metales altamente reactivos de los bloques s y f . También incluyen un pequeño número de no metales reactivos y los metales más reactivos del bloque d, como el titanio , el circonio y el vanadio .

La mayoría de los elementos litófilos forman iones muy estables con una configuración electrónica de gas noble (a veces con electrones f adicionales). Los pocos que no lo hacen, como el silicio, el fósforo y el boro, forman fuertes enlaces covalentes con el oxígeno, a menudo mediante enlaces pi . Su fuerte afinidad por el oxígeno hace que los elementos litófilos se asocien fuertemente con la sílice , formando minerales de densidad relativamente baja que ascendieron hacia la corteza durante la diferenciación planetaria . Los minerales más solubles formados por los metales alcalinos tienden a concentrarse en el agua de mar o en regiones áridas donde pueden cristalizar. Los elementos litófilos menos solubles se concentran en antiguos escudos continentales donde los minerales solubles se han erosionado.

Debido a su fuerte afinidad por el oxígeno, la mayoría de los elementos litófilos se encuentran en mayor concentración en la corteza terrestre que en el Sistema Solar . Se sabe que los metales más reactivos de los bloques s y f, que forman hidruros salinos o metálicos , están extraordinariamente enriquecidos en la Tierra en su conjunto en relación con su abundancia solar. Esto se debe a que, durante las primeras etapas de la formación de la Tierra , la abundancia de formas estables de cada elemento estaba determinada por su facilidad para formar hidruros volátiles; estos volátiles podían entonces "escapar" de la proto-Tierra, dejando atrás aquellos elementos que no reaccionaban con el hidrógeno. En estas condiciones, los metales de los bloques s y f se enriquecieron considerablemente durante la formación de la Tierra. Los elementos más enriquecidos son el rubidio , el estroncio y el bario , que en conjunto representan más del 50 % de la masa total de todos los elementos más pesados ​​que el hierro en la corteza terrestre.

Los litófilos no metálicos —fósforo y halógenos— existen en la Tierra como sales iónicas con metales del bloque s en pegmatitas y agua de mar. Con la excepción del flúor , cuyo hidruro forma enlaces de hidrógeno y, por lo tanto , tiene una volatilidad relativamente baja, las concentraciones de estos elementos en la Tierra se han reducido significativamente debido a la liberación de hidruros volátiles durante la formación del planeta. Si bien están presentes en la corteza terrestre en concentraciones muy cercanas a sus abundancias solares, el fósforo y los halógenos más pesados ​​probablemente se encuentren significativamente agotados en la Tierra en su conjunto en relación con dichas abundancias.  

Varios metales de transición, como el cromo , el molibdeno , el hierro y el manganeso , presentan características tanto litófilas como siderófilas y se pueden encontrar en ambas capas. Si bien estos metales forman enlaces fuertes con el oxígeno y nunca se encuentran en estado libre en la corteza terrestre, se cree que es muy probable que existan formas metálicas de estos elementos en el núcleo de la Tierra como vestigios de una época en la que la atmósfera no contenía oxígeno. Al igual que los siderófilos "puros", estos elementos (excepto el hierro) se encuentran considerablemente empobrecidos en la corteza en relación con su abundancia solar.

Debido a su fuerte afinidad por el oxígeno, los metales litófilos, aunque constituyen la mayor parte de los elementos metálicos en la corteza terrestre, nunca estuvieron disponibles como metales libres antes del desarrollo de la electrólisis . Gracias a este desarrollo, muchos metales litófilos tienen un valor considerable como metales estructurales ( magnesio , aluminio , titanio , vanadio ) o como agentes reductores ( sodio , magnesio , calcio ).

Los primeros químicos desconocían el fósforo y los halógenos, elementos no metálicos, aunque su producción es menos compleja que la de los litófilos metálicos, ya que solo se requiere electrólisis con flúor. El cloro elemental es particularmente importante como agente oxidante , y suele obtenerse mediante electrólisis de cloruro de sodio . 

Los elementos siderófilos ( del griego antiguo σίδηρος ( sídēros ) ' hierro ' ) son los metales de transición que tienden a hundirse hacia el núcleo durante la diferenciación planetaria , porque se disuelven fácilmente en hierro, ya sea como soluciones sólidas o en estado fundido. Algunas fuentes ^{[ 3 ]} incluyen en su lista de siderófilos elementos que no son metales de transición, como el germanio . Otras fuentes también pueden diferir en su lista según la temperatura que se esté considerando : el niobio , el vanadio , el cromo y el manganeso pueden considerarse siderófilos o no, dependiendo de la temperatura y la presión supuestas. ^{[ 4 ]} Otro factor que complica el asunto es que algunos elementos, como el manganeso mencionado anteriormente , así como el molibdeno , forman enlaces fuertes con el oxígeno, pero en estado libre (como existían en la Tierra primitiva cuando no existía oxígeno libre ) pueden mezclarse tan fácilmente con el hierro que no se concentran en la corteza silícea, como sí lo hacen los verdaderos elementos litófilos. El hierro , por su parte, está simplemente en todas partes .  

Los elementos siderófilos incluyen el rutenio , rodio , paladio , renio , osmio , iridio , platino y oro , altamente siderófilos; el cobalto y níquel , moderadamente siderófilos; además de los elementos "disputados" mencionados anteriormente ; algunas fuentes ^{[ 3 ]} incluso incluyen el tungsteno y la plata . ^{[ 5 ]} 

La mayoría de los elementos siderófilos prácticamente no tienen afinidad por el oxígeno; de hecho, los óxidos de oro son termodinámicamente inestables . Forman enlaces más fuertes con el carbono o el azufre , pero incluso estos no son lo suficientemente fuertes como para separarse de los elementos calcófilos. Por lo tanto, los elementos siderófilos se unen al hierro mediante enlaces metálicos en el núcleo terrestre, donde las presiones pueden ser lo suficientemente altas como para mantener el hierro sólido. El manganeso, el hierro y el molibdeno sí forman enlaces fuertes con el oxígeno, pero en estado libre (como en la Tierra primitiva) pueden mezclarse tan fácilmente con el hierro que no se concentran en la corteza silícea, como sí lo hacen los verdaderos elementos litófilos. Sin embargo, los minerales de manganeso se encuentran en yacimientos muy similares a los del aluminio y el titanio, debido a la gran reactividad del manganeso con el oxígeno.

Debido a su alta concentración en el núcleo denso, los elementos siderófilos son conocidos por su rareza en la corteza terrestre. Por esta razón, la mayoría de ellos siempre se han considerado metales preciosos . El iridio es el metal de transición más raro en la corteza terrestre, con una abundancia en masa inferior a una parte por mil millones. Los depósitos explotables de metales preciosos suelen formarse como resultado de la erosión de rocas ultramáficas , pero su concentración no es muy alta, incluso en comparación con su abundancia en la corteza , que suele ser varios órdenes de magnitud inferior a su abundancia solar. Sin embargo, debido a su concentración en el manto y el núcleo terrestres , se cree que los elementos siderófilos están presentes en la Tierra en su conjunto (incluido el núcleo) en concentraciones cercanas a su abundancia solar.

Los elementos calcófilos ( del griego antiguo χαλκός ( khalkós ) ' cobre, latón, bronce', también 'mineral ' ) incluyen Ag , As , Bi , Cd , Cu , Ga , Ge , Hg , In , Pb , S , Sb , Se , Sn , Te , Tl y Zn . ^{[ 6 ]} 

Los elementos calcófilos son aquellos que permanecen en la superficie o cerca de ella porque se combinan fácilmente con el azufre y otros calcógenos distintos del oxígeno, formando compuestos que no se hundieron junto con el hierro hacia el núcleo terrestre. Los elementos calcófilos son aquellos metales y no metales más pesados ​​que tienen una baja afinidad por el oxígeno y prefieren unirse al azufre formando sulfuros altamente insolubles .

Debido a que estos sulfuros son mucho más densos que los minerales de silicato formados por elementos litófilos, los elementos calcófilos se separaron por debajo de los litófilos durante la primera cristalización de la corteza terrestre. Esto ha provocado su disminución en la corteza terrestre en relación con su abundancia solar, aunque, dado que los minerales que forman son no metálicos, esta disminución no ha alcanzado los niveles observados en los elementos siderófilos.

Sin embargo, debido a que formaron hidruros volátiles en la nebulosa protosolar en acreción cuando la reacción redox dominante era la oxidación o reducción del hidrógeno, los elementos calcófilos menos metálicos se encuentran muy escasos en la Tierra en general en relación con sus abundancias cósmicas. Esto es especialmente cierto en el caso de los calcógenos selenio y telurio (que formaron seleniuro de hidrógeno y telururo de hidrógeno volátiles , respectivamente), los cuales, por esta razón, se encuentran entre los elementos más raros de la corteza terrestre (para ilustrarlo, el telurio es aproximadamente tan abundante como el platino ).

Los elementos calcófilos más metálicos (de los grupos del cobre, el zinc y el boro) pueden mezclarse en cierta medida con el hierro en el núcleo terrestre. Es poco probable que se agoten en la Tierra en su conjunto en relación con sus abundancias solares, ya que no forman hidruros volátiles. El zinc y el galio son algo litófilos por naturaleza, pues suelen encontrarse en silicatos o minerales relacionados y forman enlaces bastante fuertes con el oxígeno. El galio, en particular, se obtiene principalmente de la bauxita , un mineral de hidróxido de aluminio en el que los iones de galio sustituyen al aluminio, químicamente similar.

Aunque ningún elemento calcófilo se encuentra en alta abundancia en la corteza terrestre, los elementos calcófilos constituyen la mayor parte de los metales de importancia comercial. Esto se debe a que, mientras que los elementos litófilos requieren electrólisis, un proceso que consume mucha energía, para su extracción, los calcófilos se pueden extraer fácilmente mediante reducción , y su concentración geoquímica —que en casos extremos puede superar las 100 000 veces su abundancia promedio en la corteza— es muy elevada. Estos mayores enriquecimientos se producen en mesetas altas como la meseta tibetana y el altiplano boliviano, donde grandes cantidades de elementos calcófilos han sido elevadas por la tectónica de placas . Una consecuencia de esto en la actualidad es que los calcófilos más raros (como el mercurio ) se explotan de tal manera que su valor como minerales prácticamente ha desaparecido. 

Los elementos atmosféricos ( del griego antiguo ἀτμός ( atmós ) ' vapor, vapor, humo ' ) son H , C , N y los gases nobles . ^{[ 7 ]} 

Los elementos atmosféricos (también llamados " elementos volátiles ") se definen como aquellos que permanecen mayoritariamente en la superficie terrestre o por encima de ella, ya que se encuentran en estado líquido o gaseoso a las temperaturas y presiones presentes en la superficie. Los gases nobles no forman compuestos estables y se presentan como gases monoatómicos , mientras que el nitrógeno , aunque altamente reactivo como átomo libre, se une con tanta fuerza al nitrógeno molecular diatómico que todos los óxidos de nitrógeno son termodinámicamente inestables con respecto al nitrógeno y al oxígeno. En consecuencia, con el desarrollo del oxígeno libre en la atmósfera terrestre, el amoníaco se oxidó a nitrógeno molecular, que ahora constituye cuatro quintas partes de la atmósfera terrestre. El carbono también se clasifica como atmosférico porque forma enlaces múltiples muy fuertes con el oxígeno en el monóxido de carbono (que se oxida lentamente en la atmósfera) y el dióxido de carbono . Este último es el cuarto componente más abundante de la atmósfera terrestre, mientras que el monóxido de carbono se produce de forma natural a partir de diversas fuentes ( volcanes , combustión) y tiene un tiempo de residencia en la atmósfera de unos pocos meses.

El hidrógeno, presente en el agua, también se clasifica como un elemento atmosférico. El agua se clasifica como volátil porque, en su mayor parte, se encuentra en estado líquido o gaseoso, aunque puede existir como compuesto sólido en la superficie terrestre. Además, el agua puede incorporarse a otros minerales como agua de cristalización (como en el yeso ) o mediante enlaces iónicos y de hidrógeno (como en el talco ), lo que le confiere cierto carácter litófilo.

Debido a que todos los elementos atmosféricos son gases o forman hidruros volátiles, su abundancia en la Tierra es muy baja en comparación con la del Sol, debido a las pérdidas sufridas en la atmósfera durante la formación del planeta . Los gases nobles más pesados ​​( criptón , xenón ) son los elementos estables más raros de la Tierra. (De hecho, junto con el neón , fueron aislados y descritos por primera vez por William Ramsay , Morris Travers y sus ayudantes, quienes les dieron nombres derivados del griego antiguo que significan "oculto", "extraño" y "nuevo", respectivamente).

El argón es la excepción entre los gases nobles: es el tercer componente más abundante de la atmósfera terrestre actual después del nitrógeno y el oxígeno, constituyendo aproximadamente el 1 % . El argón-40 es un producto de desintegración estable del potasio-40 radiactivo, y el argón es lo suficientemente pesado como para ser capturado gravitacionalmente por la Tierra posterior a la acreción, por lo que, si bien el argón primordial de la proto-Tierra fue expulsado en su mayor parte, este argón radiogénico se ha acumulado a lo largo del tiempo geológico. Esto hace que la abundancia de argón en la Tierra sea sustancialmente diferente de las proporciones de abundancia cósmica para el argón, estando enormemente enriquecida en ^40.Ar , mientras que ³⁶El argón predomina a nivel cósmico.

Los elementos sintéticos quedan excluidos de la clasificación, ya que no se dan de forma natural.

Los elementos radiactivos traza (a saber, Tc, Pm, Po, At, Rn, Fr, Ra, Ac, Pa, Np, Pu) también se tratan como sintéticos. Aunque estos se encuentran en la naturaleza, ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} su presencia depende de sus padres de larga vida , Th y U, y no son muy móviles. Por ejemplo, la química del polonio predeciría que sería un calcófilo, pero tiende a presentarse como litófilo junto con su padre, el uranio . Incluso el radón , un gas en condiciones estándar , no suele tener tiempo de viajar muy lejos de la fuente original de uranio antes de desintegrarse. Cuando se necesitan, estos elementos se producen típicamente de forma sintética en reactores nucleares en lugar de extraerlos de minerales.

• Abundancia de los elementos químicos
• Víctor Goldschmidt
• factor de tolerancia de Goldschmidt

• Notas de mineralogía 3 Archivadas el 29/03/2013 en Wayback Machine
• WM White. Geoquímica . ISBN 978-0470656686Capítulo 7.2