地球化学的学科特点

2026/1/12 13:59:02

元素被主量元素所“隐蔽”。

林伍德电负性法则--------具有较低电负性的离子优先进入晶格

当阳离子的离子键成分不同时,电负性较低的离子形成较高离子键成分(键强较高)的键,他们优先被结合进入矿物晶格。

晶体化学分散: 残余富集:

晶体场理论是一种化学键模型理论,它研究处在晶体结构中的过渡族金属离子,由于

受到周围配位离子电场的作用,金属离子的电子(d或f)轨道发生能量和电子排布方式的变化。该理论用于说明过渡族元素的物理和化学性质(包括存在形式和结合方式)。在晶体场理论中,把过渡金属周围的配位体(阴离子和络阴离子)当作点电荷来对待,作用的本质是静电场力。

尔德施密特地球化学分类(教材第83页) 1、亲石元素(Silicate Loving)

离子的最外层电子层具有8电子(S2P6)的惰性气体型的稳定结构,与氧容易成键,主要集中于硅酸盐相。

2、亲铜元素(Sulfur Loving)

离子的最外层电子层具有18铜型结构(s2p6d10),在自然界中容易与硫形成化合物,这些元素在分配时,主要分配在硫化物相中。

3、亲铁元素(Iron Loving)

离子最电子层具有8-18过渡型结构,这类元素同氧、硫的化合能力较差,倾向于形成自然元素,因此,这类元素倾向分配在金属相中。

4、亲气元素(Gas Loving)

原子最外层具有8个电子,原子半径大,具有挥发性或易形成挥发性化合物,主要分布在大气圈中。

5、亲生物元素(Bio-loving)

这类元素主要富集在生物圈中,如:C、N、H、O、P等。

大离子亲石元素:Large Ion LithophileElements (LILE),离子半径较大,荷电荷数较低的元素,如Rb,Cs,Ba,Pb,Tl,Sr,Eu。

高场强元素High field strength elements (HFSE),半径较小,电荷较高,容易形成独立矿物,如Nb,Ta,Zr,Hf,Ti,P。

元素的赋存状态也称元素的存在形式,指元素在自然过程或其迁移历史的某个阶段所处的物理化学状态及与其共生元素的结合关系。赋存状态包括元素所处的物

态(气、液、固)、化合物种类和形式、键型、价态及晶体构造中的配位位置 等多方面的物理化学特征 固相中元素主要存在形式:

1、独立矿物

2、类质同象形式、

3、超显微非结构混入物 4、吸附状态

5、与有机质结合形式

元素地球化学迁移:当环境发生物理化学条件变化,使元素原来的存在形式变得不稳定时,为了与环境达到新的平衡,元素原来的存在形式自动解体,而结合成一种新的相对稳定的方式存在.当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时,称元素发生了地球化学迁移.其过程包括元素的活化(稳定态转化为非稳定态)—转移(随迁移介质发生空间位移)--固定(沉淀或结晶出新矿物) 元素的地球化学迁移过程包括了三个进度:

元素迁移的标志①矿物组合的变化②岩石中元素含量的系统测定和定量计算③物理

化学条件界面

水-岩化学作用概念 又称为水岩反应:是指在地质作用过程中,水溶液与矿物岩石间物质成分的相互交换作用的化学反应。

三.水-岩化学作用的基本类型

地表条件下的水-岩化学作用有以下主要类型:

1 氧化-还原反应: 2 脱水和水解反应

水解反应:水电离的H或OH-进入矿物晶格, 分别取代其中的阳离子或阴离子,从而使矿物解体形成新矿物。 3 水合作用

4 碳酸盐化和脱碳酸盐化反应 5 阳离子交换反应

6 高温水-岩反应的其他类型 (1)络合物和络合反应:

络合物:水溶液中的络合物是指由两个或两个以上能独立存在的比较简单的水溶物种组合而成的一种复杂的水溶物中。

络合物是成矿元素在水溶液中的重要存在形式。如W,Sn,Mo的络合物(教材第100页)。

(2)除CO2外,H2S,H2,NH4,F,B和PO43-,H2O等挥发性组分经常参与高温水-

岩化学作用。

(3)盐效应:当溶液中存在大量的易溶盐类时,溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响,表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大。

地球中天然水的类型

地球中流体变并不单指水溶液相,常见的流体相主要有以下几种:

1.各类硅酸盐浆(或称硅酸盐熔融提体),包括从酸性到超极性,以及碱性的各类火成岩都是由硅酸盐浆结晶形成的硅酸盐熔融体。

2.以水为主的液体,包括岩浆水,变质水,同生水,海水,卤水,地表水,地热水等。

3.以碳氢化合物为主的流体,如石油,天然气等。

(1)活度积原理

活度(activity)(教材106页):非理想溶液中溶济和溶质之间有相当复杂的作用,在没有弄清楚这些相互作用之前,可以根据实验数据对实际浓度加以校正,即为溶液中具有反应能力的”有效离子浓度”,命名为“活度”,常用”α“表示,离子的活度系数”γ“是离子的有效浓度和离子的实际浓度之比。α=γ×c

活度积:温度一定时,难溶强电解质溶液中离子活度的乘积为一常数,这一常数称为活度积。由于难溶化合物的溶解度极小,其浓度与活度相当,故溶度积与活度积均为常数。以Ksp表示。

活度积原理:当溶液中某物质的离子积达到和越过该物质(化合物)的活度积时,该物质即析出、例如硬石膏(CaSO4)的活度积为6.1*10-5,当溶液中Ca2+与SO42-的离子积大于等于6.1*10-5,析出硬石膏。小于此值,则已生成的硬石膏溶解。

活度积的应用:

①确定各类溶液中元素的最大浓度及判断化合物的迁移能力。

溶液中各离子的浓度(以及它们组成的化合物的溶解度)的大小顺序为(教材104页): Ksp(S2-)


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