ゴールドシュミット分類

ゴールドシュミット分類[ ^{1] [2]は、}ヴィクター・ゴールドシュミット（1888-1947） によって開発された地球化学的分類法であり、地球内の化学元素をその好ましい宿主相に応じて、好岩性（岩石を好む）、親鉄性（鉄を好む）、好銅性（硫化鉱石を好む、またはカルコゲンを好む）、好大気性（ガスを好む）または揮発性（元素またはそれが含まれる化合物が、周囲の地表条件では液体または気体である）に分類します。

いくつかの元素は、複数の相と親和性があります。主な親和性は下の表に示されており、各グループの説明はその表の後に続きます。

親岩元素（古代ギリシャ語の λῐ́θος ( líthos )  「石」とφίλος ( philos )  「親愛なる、最愛の」に由来）は、酸素と容易に結合して地球の中心核に沈まなかった化合物を形成するため、地表または地表近くに残る元素です。親岩元素には、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、Y、Zr、Wおよびランタニドまたは希土類元素（REE）が含まれます。

親石元素は主に、 s ブロックとf ブロックの反応性の高い金属で構成されています。また、少数の反応性の高い非金属と、チタン、ジルコニウム、バナジウムなどのd ブロックのより反応性の高い金属も含まれています。

ほとんどの親岩元素は、希ガスの電子配置（場合によっては追加の f 電子を持つ）を持つ非常に安定したイオンを形成する。ケイ素、リン、ホウ素など、そうでない少数の元素は、酸素と強い共有結合を形成し、多くの場合π 結合を伴う。親岩元素は酸素との親和性が強いため、シリカと非常に強く結びつき、比較的低密度の鉱物を形成し、惑星の分化の過程で地殻に向かって上昇した。アルカリ金属によって形成されたより溶解性の高い鉱物は、結晶化できる海水または乾燥地域に集中する傾向がある。溶解性の低い親岩元素は、溶解性鉱物が風化した 古代の大陸盾状構造に集中している。

親石元素のほとんどは酸素との親和性が強いため、太陽系での存在量に比べて地殻に多く含まれています。最も反応性の高い s ブロック金属と f ブロック金属は、塩水または金属水素化物を形成し、太陽での存在量に比べて地球全体で異常に多く存在することが知られています。これは、地球形成の初期段階では、各元素の安定した形態の存在量は、その元素が揮発性水素化物を形成する容易さによって決定されたためです。これらの揮発性物質は、その後、原始地球から「逃げ出し」、水素と反応しない元素を残しました。これらの条件下では、s ブロック金属と f ブロック金属は地球形成中に大幅に豊富に存在しました。最も豊富に含まれていた元素はルビジウム、ストロンチウム、バリウムで、これらを合わせると、地球の地殻にある 鉄より重い元素全体の質量の50 パーセント以上を占めます。

非金属親岩元素であるリンとハロゲンは 、地球上ではペグマタイトや海水中の s ブロック金属とのイオン塩として存在する。水素化物が水素結合を形成するため比較的揮発性が低いフッ素を除いて、これらの元素は地球形成中に揮発性水素化物が逃げ出したことで地球上の濃度が大幅に減少した。リンとより重いハロゲンは太陽存在比に非常に近い濃度で地球の地殻に存在しているが、地球全体では太陽存在比に比べてリンとより重いハロゲンは大幅に減少していると考えられる。

クロム、モリブデン、鉄、マンガンなどの遷移金属は、親石性と親鉄性の両方の特性を示し、これら 2 つの層の両方で見つかります。これらの金属は酸素と強い結合を形成し、自由状態では地殻に見つかりませんが、これらの元素の金属形態は、大気に酸素が含まれていなかった時代の名残として地球の中心核に存在する可能性が高いと考えられています。「純粋な」親鉄性元素と同様に、これらの元素 (鉄を除く) は、太陽の豊富さに比べて地殻でかなり減少しています。

親石金属は、地殻中の金属元素の大部分を占めているにもかかわらず、酸素との親和性が強いため、電気分解が発達する以前は自由金属として利用できませんでした。電気分解の発達により、多くの親石金属が構造金属（マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウム）または還元剤（ナトリウム、マグネシウム、カルシウム）として非常に価値のあるものとなっています。

非金属のリンとハロゲンも初期の化学者には知られていなかったが、電気分解が必要なのはフッ素だけなので、これらの元素の製造は金属親石元素の製造よりも難しくない。元素塩素は酸化剤として特に重要で、通常は塩化ナトリウム の電気分解によって生成される。

親鉄元素（古代ギリシャ語の σίδηρος（sídēros）  「鉄」に由来）は、固溶体としても溶融状態としても鉄に容易に溶解するため、惑星の分化の過程で核に向かって沈む傾向がある遷移金属である。一部の情報源^[3]では、親鉄元素のリストに遷移金属ではない元素（ゲルマニウムなど）を含めている。他の情報源では、議論されている温度に基づいてリストが異なる場合もあり、ニオブ、バナジウム、クロム、マンガンは、想定される温度と圧力に応じて、親鉄元素と見なされる場合とそうでない場合がある。^[4]また、問題を複雑にしているのは、前述のマンガンやモリブデンなどの一部の元素は酸素と強い結合を形成するが、自由状態（自由酸素が存在しなかった初期の地球に存在していたように）では鉄と非常に簡単に混ざるため、真の親岩元素のように珪質地殻に集中しないということである。一方、鉄はどこにでも存在する。

親鉄性元素には、親鉄性が高いルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、中程度の親鉄性のコバルトとニッケル、さらに前述の「論争の的となっている」元素が含まれます。一部の情報源^[3]ではタングステンと銀も含まれています。^[5]

ほとんどの親鉄性元素は、酸素との親和性がほとんどない。実際、金の酸化物は熱力学的に不安定である。これらは炭素や硫黄とより強い結合を形成するが、これらでさえ親銅性元素と分離するほど強くはない。したがって、親鉄性元素は、地球の中心核で鉄と金属結合しており、圧力が鉄を固体に保つのに十分高い可能性がある。マンガン、鉄、モリブデンは酸素と強い結合を形成するが、自由状態（初期の地球のように）では鉄と非常に容易に混ざるため、真の親石性元素のように珪質地殻に集中することはない。しかし、マンガンは酸素に対して非常に反応性が高いため、マンガンの鉱石はアルミニウムやチタンとほぼ同じ場所で発見されている。

親鉄性元素は高密度の核に集中しているため、地殻中では希少であることで知られています。このため、親鉄性元素のほとんどは貴金属として知られてきました。イリジウムは地殻中に存在する最も希少な遷移金属であり、質量による存在比は1ppb未満です。貴金属の採掘可能な鉱床は通常、超塩基性岩の浸食の結果として形成されますが、地殻の存在比と比較してもそれほど集中していません。地殻の存在比は、通常、太陽の存在比より数桁低いです。しかし、親鉄性元素は地球のマントルと地球の核に集中しているため、親鉄性元素は地球全体（核を含む）に太陽の存在比に近い量で存在していると考えられています。

親銅元素（古代ギリシャ語の χαλκός ( khalkós )  「銅、真鍮、青銅」または「鉱石」に由来）には、Ag、As、Bi、Cd、Cu、Ga、Ge、Hg、In、Pb、S、Sb、Se、Sn、Te、Tl、Znが含まれます。^[6]

親銅元素は、硫黄や酸素以外の他のカルコゲンと容易に結合して、鉄とともに地球の中心核に沈まなかった化合物を形成するため、地表または地表近くに残る元素です。親銅元素とは、酸素との親和性が低く、硫黄と結合して非常に不溶性の硫化物となることを好む金属および重い非金属です。

これらの硫化物は親岩元素によって形成されるケイ酸塩鉱物よりもはるかに密度が高いため、親銅元素は地球の地殻が最初に結晶化した時点で親岩元素の下で分離しました。これにより、太陽存在比に比べて地殻中のそれらの枯渇が起こりましたが、それらが形成する鉱物は非金属であるため、この枯渇は親鉄元素で見られるレベルには達していません。

しかし、制御酸化還元反応が水素の酸化または還元であったときに、集積中の原始太陽系星雲で揮発性の水素化物を形成したため、金属性の低い親銅元素は、宇宙の存在量に比べて地球全体で大幅に減少しています。これは特にカルコゲンであるセレンとテルル（それぞれ揮発性のセレン化水素とテルル化水素を形成）に当てはまり、このため、これらは地球の地殻で見つかる最も希少な元素の1つです（たとえば、テルルはプラチナと同じくらい豊富です）。

最も金属的な親銅元素（銅、亜鉛、ホウ素グループ）は、地球の核である程度鉄と混ざる可能性がある。これらの元素は揮発性水素化物を形成しないため、太陽存在比に比べて地球全体で枯渇する可能性は低い。亜鉛とガリウムは、ケイ酸塩または関連鉱物中に存在し、酸素と非常に強い結合を形成するため、性質上やや「親石性」である。特にガリウムは、化学的に類似したアルミニウムをガリウムイオンが置換する水酸化アルミニウム鉱石であるボーキサイトから主に採取される。

地球の地殻に豊富に存在する親銅元素はないが、親銅元素は商業的に重要な金属の大部分を構成している。これは、親岩元素は抽出にエネルギー集約型の電気分解を必要とするのに対し、親銅元素は還元によって容易に抽出でき、親銅元素の地球化学的濃度が、極端な場合には地殻の平均存在量の10万倍を超えることがあるためである。これらの最大の濃縮は、チベット高原やボリビアのアルティプラーノなどの高原で発生し、そこでは大量の親銅元素がプレートテクトニクスによって隆起してきた。現代におけるこのことの副作用は、最も希少な親銅元素（水銀など）が完全に搾取されたため、鉱物としての価値がほぼ完全に消失していることである。

好気性元素（古代ギリシャ語の ἀτμός ( atmós )  「蒸気、水蒸気、煙」に由来）はH、C、N、および希ガスである。^[7]

好気性元素（「揮発性元素」とも呼ばれる）は、地表の温度および圧力下で液体および/または気体であるか、液体および/または気体中に存在するため、主に地表上または地表より上にとどまる元素として定義されます。希ガスは安定した化合物を形成せず、単原子ガスとして存在します。一方、窒素は自由原子として非常に反応性が高いものの、二原子分子窒素と非常に強く結合するため、すべての窒素酸化物は窒素および酸素に対して熱力学的に不安定です。その結果、地球の大気中に自由酸素が発生すると、アンモニアは分子窒素に酸化され、地球の大気の5分の4を形成するようになりました。炭素は、一酸化炭素（大気中でゆっくりと酸化される）および二酸化炭素中の酸素と非常に強い多重結合を形成するため、好気性元素としても分類されます。後者は地球の大気の 4 番目に大きな成分ですが、一酸化炭素はさまざまな発生源 (火山、燃焼) から自然に発生し、大気中に数か月 間滞留します。

水中に存在する水素も親気性物質に分類されます。水は地球の表面で固体化合物として存在することもありますが、その大部分は液体または気体であるため、揮発性物質に分類されます。水は結晶水（石膏など）として、またはイオン結合と水素結合（タルクなど）を通じて他の鉱物に組み込まれることもあり、水素に親石性を与えます。

すべての好気性元素は気体であるか、揮発性水素化物を形成するため、地球形成中に大気から失われたため、好気性元素は太陽存在比に比べて地球全体で大幅に減少しています。より重い希ガス（クリプトン、キセノン）は、地球上で最も希少な安定した元素です。（実際、ネオンとともに、これらはすべてウィリアム・ラムゼーとモリス・トラバースとその助手によって初めて単離され、記述されました。彼らはそれぞれ古代ギリシャ語に由来する「隠された」、「見知らぬ」、「新しい」という名前を与えました。）

アルゴンは希ガスの中では例外で、地球の現在の大気中で窒素と酸素に次いで3番目に豊富な成分で、約1%を占めています。アルゴン40は放射性カリウム40の安定した娘核種であり、アルゴンは重力で集積後の地球に捕らえられるほど重いため、原始地球の原始アルゴンはほとんど追い払われましたが、この放射性アルゴンは地質学的時間とともに蓄積されました。このため、地球のアルゴンの豊富さは宇宙のアルゴンの豊富さの比率とは大きく異なり、地球のアルゴンは非常に豊富です。⁴⁰
アル
、 その間³⁶
アル
宇宙的に優勢です。

合成元素は自然界には存在しないため、分類から除外されます。

微量放射性元素（すなわち、Tc、Pm、Po、At、Rn、Fr、Ra、Ac、Pa、Np、Pu）も合成元素として扱われる。これらは自然界にも存在するが、^{[8] [9] [10]その存在は}長寿命の親元素であるThとUに依存しており、移動性は高くない。例えば、ポロニウムの化学的性質は親銅元素であると予測されるが、親元素であるウランとともに親石元素として存在する傾向がある。標準状態では気体であるラドンでさえ、通常は崩壊する前に元のウラン源から遠くまで移動する時間がない。これらの元素は、必要な場合、鉱石から抽出するのではなく、 原子炉で合成するのが一般的である。

• 化学元素の豊富さ
• ビクター・ゴールドシュミット
• ゴールドシュミット許容係数

• 鉱物学ノート 3 2013-03-29 にWayback Machineでアーカイブされました
• WM White. 地球化学. ISBN 978-0470656686 ; 第7.2章