地球化学—第二章.ppt

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1、地球化学第二章自然体系中元素共生结合规律本章内容自然界元素结合的类型及特点元素的地球化学亲和性类质同象代换及微量元素共生结合规律晶体场理论在解释过渡族元素结合规律上的应用事实：陨石中Fe,Ni,Co,Pt等元素主富集在金属相中，硅酸盐相主要是Si,O,Al,K,Na,Ca……硫化物相有S,Fe,Cu,Ni,Co,Zn等超基性岩、酸性岩、碱性岩在元素含量上差别非常大据统计自然界中：硅酸盐25.8%氧化物、氢氧化物2.7%,其它氧盐25.4%，硫化物和硫盐24.7%,卤化物5.8%，自然元素4.3%，其它3.3%问题：为什么不同岩石、矿物中的元素组合千差万别呢？为什

2、么有些元素总是相伴出现，而另外一些元素彼此很少共生呢？为什么在自然界多组份复杂的化学体系内，具有一定的化合物（矿物）的组成比例？地球化学体系特征1)温度、压力等条件变化有限;2)大量组分共存、浓度相差悬殊;3)开放体系;4)自发不可逆过程.自然作用的产物特征1)有限的自然稳定相数量;2)有限的自然组合形式，多键性和过渡性；3)矿物按形成环境有规律的共生组合.4)相同矿物具可变的化学组成（矿物不纯）;5)类似初始化学组合和环境形成的产物具有类似的化学特征。元素在自然界的赋存状态和赋存形式独立矿物、类质同象、超显微非结构混入物、胶体吸附、与有机质结合。§1元素地球化

3、学亲和性所谓地球化学亲和性：主要指阳离子在自然体系中趋向同某种阴离子化合的倾向。元素的地球化学亲和性的原因：1、元素本身性质；2、元素结合的物理化学条件.3、元素的丰度因素。亲合性包括1)亲氧性(亲石性)2)亲硫性(亲铜性)3)亲铁性4)亲气性5)亲生物性一、亲铁性元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。铁具有这种倾向，在自然界中，特别是O，S丰度低的情况下，一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共生，称之为亲铁元素。典型的元素包括PGE、Fe、Cu、Ag、Au、Co和Ni等。基本特征：不易与其他元素素以离子键或共价键结合，因为它们的价电子不易丢失（具有较高电离

4、能）。电离能：指从原子电子层中移去电子所需要的能量。电离能愈大，则电子与原子核之间结合得愈牢固。第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能(用I1表示)；第二电离能：从一价气态基态正离子中再失去一个电子所需消耗的能量叫做第二电离能（用I2表示）。元素的一级电离能具亲铁性的部分元素的一级电离能二、亲氧性和亲硫性1.氧、硫性质的差异氧和硫某些化学性质参数原子序数周期数外层电子结构I1I2XR0R2-O821s22s22p413.6435.153.50.661.32S1631s22s22p63s23p43d010.38

5、23.42.51.041.74X电负性，它是用来表示原子吸引电子的能力大小(元素的电负性愈大，吸引电子的倾向愈大，非金属性也愈强)元素的电负性硫的电负性小于氧（XsRoo）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫受极化程度要比氧大得多。为此，硫倾向形成共价键（或配价键的给予体）.氧倾向形成离子键（或部分共价键）与硫形成高度共价键的元素，称亲硫元素（具亲硫性）。典型的元素有Cu、Pb、Zn、Au和Ag等；与氧形成高度离子键的元素称亲氧元素（具亲氧性）。典型的元素有K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf和REE等。根据元素电负

6、性判别元素的亲合性元素与O、S间电负性的差异是影响元素亲合性的重要因素，氧的电负性值高，当元素的电负性值低、与氧的差异较大时，易于与氧形成离子键而结合；反之，当元素的电负性值较高，与硫的差异较小时，易于与硫形成共价键而结合。2电负性差值与之结合的阳离子性质以第四周期部分金属阳离子为例（电负性）三、自然界元素亲和性的特点1双重性和过渡性：自然界元素的亲和性不是绝对的，存在着双重性和过渡性。具亲铁性，以自然金属状态，具亲硫性，硫化物2、元素的不同价态存在亲和性差异：Fe2+，Mn2+低价具亲硫性，FeS2,MnS;Fe3+，Mn4+高价具亲氧性Fe2O3,MnO2F

7、e,Mn四元素地球化学分类元素周期表实质上是元素的一种自然分类。但这是基于原子结构的分类，对于地球化学来说，这种分类显得不够，地球化学还要说明原子结构与元素在自然作用过程中行为和自然组合之间的联系。这就必须在元素周期表的基础上，结合元素的自然组合及各种地球化学特征作出进一步分类，这样的分类称为元素的地球化学分类。Goldschmidt元素地球化学分类1、亲石元素离子的最外层电子层具有8电子（S2P6）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

8、时，主要分配在硫化物相中