地球化学课件6第2章元素的结合规律与赋存形式五六-谢财富

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1、地球化学第二章元素的结合规律与赋存形式第二章元素的结合规律与赋存形式五、类质同象地球中多数元素含量<0.1%，是微量元素，一般不形成独立矿物。自然界中形成的矿物极少是纯净的化合物，都“掺杂”有其它组分，化学成分在一定范围内变化。微量元素在矿物中的分配与结合的控制因素：地球化学亲和性、类质同象及分配定律许多主量元素之间也常形成类质同象五、类质同象（一）类质同象和固溶体定义（二）类质同象的类型（三）类质同象置换的条件和影响因素（四）类质同象置换法则（五）类质同象规律的意义五、类质同象（一）类质同象和固溶体定义及产物特点1.定义1）某些物质在一定的外界条件下

2、结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称为“类质同象”。进入晶体中的微量物质称为“类质同象混入物”，含有类质同象混入物的晶体被称为“固熔体”。2）类质同象是矿物结晶时，其晶体结构中一种位置被两种或两种以上的元素（或基团）占据而形成混晶的现象。固熔体就是形成混晶的矿物晶体。白云石CaMg[CO3]2,方解石（Ca,Mg,Fe,Mn)CO3哪个表示有类质同象？2.类质同象产物特点★类质同象元素同晶格同位随机分布；★发生类质同象后晶格

3、构造类型、化学键类型一致或相近；★离子正负电荷的平衡不变；★晶格常数将微小变化；★所形成的晶体在岩石中呈单一物相出现。(条纹长石？）固熔体的晶格常数随化合物成分的改变发生线性变化辉石通式为XY[Si2O6]，普通辉石：（Ca,Na)(Mg,Fe2+,Al,Fe3+)[(Si,Al)2O6]哪些元素之间属于类质同象？白云石CaMg(CO3)2中Ca与Mg是否为类质同象？（Ca、Mg在垂直三次轴的方向上分别呈层作有规律的交替排列）五、类质同象（二）类质同象的类型分别按价态、类质同象程度、置换的方向性分1.从价态上分等价和异价类质同象：1）等价类质同象：晶体

4、中性质相似，电荷相同的元素彼此置换。如亲石元素置换：一价：K-Na,K-Rb-Cs(KAlSi3O8，碱性长石)二价：Ca-Sr-Ba-Ra（CaAl2Si2O8,钙长石）,Mg-Fe-Mn（Mg2SiO4,橄榄石）三价：Al-Fe-Cr（MgAl2O4,尖晶石）,Sc-Y-REE五、类质同象1）等价类质同象：亲铜元素置换：一价：Cu-Ag(CuFeS2,黄铜矿)二价：Zn-Fe-Cd（ZnS,闪锌矿）三价：As-Sb-Bi（As2O3,雌黄）四价：Mo-Re（MoS2辉钼矿）阴离子置换：Cl-Br-I(钾盐，KCl)S-Se(方铅矿，PbS)五、类质

5、同象2）异价类质同象：晶格中发生异价离子的置换需要电价补偿，如：Na+----->Ca2+,同时Fe3+----->Mg2+(辉石、角闪石)Na+----->Ca2+,同时Si4+----->Al3+(斜长石)Ce3+------>Ca2+同时O2------->F-（磷灰石）3Mg2+------>2Al3+(云母)（离子数不等量）Ce3+（REE)+Na+------>2Ca2+（磷灰石）异价类质同象通常服从周期表的对角线规则（为什么？）离子半径右下方高价离子与左上方低价离子置换五、类质同象2.按类质同象程度分完全和不完全类质同象：1）完全类质

6、同象两种组分可以任意比例互相替代，形成连续固溶体，称为完全类质同象。如：(Mg,Fe)2SiO4(橄榄石)NaAlSi3O8-CaAl2SiO8（斜长石）五、类质同象2）不完全类质同象若端元组分不能以任意比例形成连续固溶体的则称为不完全类质同象。如：KAlSi3O8-NaAlSi3O8（条纹长石，高温时可以呈类质同象，低温时常发生出溶（类质同象的分解）而形成具出溶条纹的长石硫化物固溶体出溶，如方铅矿中的辉银矿五、类质同象3.极性类质同象端员组分之间类质同象置换有方向性，即A易于置换B，但B难以置换A，如：Ba2+------>2K+（含钾矿物如钾长石中

7、，钡易于置换钾），含钡矿物中K+难以置换Ba2+（BaSO4、BaCO3）Ce3+------>3Ca2+（斜长石中稀土元素易置换Ca、稀土矿物中钙难以置换稀土元素）Y3+------->3Ca2+ZnS（闪锌矿）中可有较多Fe,而FeS、FeS2中只含极微量Zn原因：A置换B时体系能量降低（晶格能增加），反之则体系能量增加。（各离子能量系数不同）五、类质同象（三）类质同象置换的条件和影响因素①离子（或原子）自身的性质，如半径相近、电价平衡、化学键一致、配位多面体的对称性相同等；②体系的物理化学条件，如温度、压力、组分特征和氧化还原条件等有利于置换的进

8、行；③固熔体的热力学性质。具体见后述。五、类质同象（三）类质同象置换的条件和影响因素1.内因条