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1、本章要求掌握以下内容1、水溶液中元素的迁移形式和迁移方式的研究方法。2、控制难溶化合物迁移的化学机理。3、环境的pH、Eh条件对元素迁移能力的影响。4、了解热力学和动力学可以研究哪些地球化学问题。第四章地球化学作用的热力学和动力学热力学是研究过程热效应的科学，也就是研究过程能量变化和转化的科学。地球系统内的任何运动无不与能量有关，地球系统内的化学作用也无时无处不受热力学基本规律的控制。因此，要认识地球化学过程的作用机制，需要将热力学的研究成果应用于地球化学作用过程的研究。地球化学作用的热力学和动力学热力学是关于热现象的宏观理论,主
2、要讨论热力学系统在状态变化过程中有关功、热和能量转化的规律。动力学是理论力学的一个分支学科,它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。地球化学热力学体系:自然界元素发生的各种地球化学作用及过程空间范围。地球化学热力学体系的特点：1.处于地壳（岩石圈）的热力学条件下，由于地壳（岩石圈）各个部分的热力学条件差异而不断地变化。2.多数地球化学体系是开放体系,少数接近封闭体系。3.地球化学体系的不可逆性和不平衡性是绝对的。但在自然界不少作用过程往往又是有向着平衡方向进行的趋势，也可以局部地、暂时地达到动态平衡。在形式上呈现相对稳定状态:多
3、数变质作用过程缓慢的岩浆结晶过程基本上是平衡体系或接近平衡体系火山岩的冷却结晶过程§1地球化学过程中的热力学规律(一)经典热力学基础知识概述由经典物理化学热力学三大定律导出的五个热力学体系的状态函数:U-内能S-熵F-功焓H-热焓G-自由能归纳以下与本次讲课有关的几个要点：1.这五个热力学体系状态函数的变化值(增量),只是由体系的始态和终态决定的，而与转变过程的途径无关。为此，它们可以作为判断过程进行方向和限度的准则。2.这五个状态函数作为判断准则时,其适用条件是不同的：(△S)U,V>0→内能与体积固定的体系(△H)S,P<0→
4、熵与压力固定的体系(△G)T,P<0→温度与压力固定的体系一、地球化学过程的方向和限度内能：指由物质系统内部状态所决定的能量。熵：系统内分子热运动无序性的量度焓又称热焓：表示物质系统能量的一个状态函数,通常用H来表示,其数值上等于系统的内能U加上压强P和体积V的乘积,即H=U+PV。3.熵值的增大和能量的减少这两个准则是等效的：能量的减少→平衡态和可逆过程;熵值的减少→非平衡态和不可逆过程。4.多数地球化学过程是在恒温、恒压条件下进行的，为此自由能（△G）的减少是最常用的判断准则。在恒温、恒压条件下,地球化学过程向着自由能减少
5、的方向进行。(二)地球化学过程的方向判断周口店的硅灰石是在什么样的温度下形成的？(假设压力为1大气压-105Pa)①1大气压、250℃(298K),通过热力学计算：反应的自由能△Gr=+40.987KJ,△Gr>0,反应不能向右进行;②1大气压,527℃(800K),通过热力学计算△Gr=-39.892KJ,△Gr<0,反应向右进行.计算结果表明，只能在高温（527℃）时,△G<0,可生成硅灰石。(假设压力为1大气压)。(三)地球化学过程进行的限度1.平衡态从热力学的讨论中获知:自然过程是向着孤立体系的熵值增大，或体系自由能和其他
6、特征函数减少的方向进行的。当熵值达到极大值，或者自由能和其他特征函数达到极小值时,过程进行就达到了极限，而体系处于平衡态:在没有外界条件影响下，体系长时间保持宏观物理化学参量不随时间发生变化。(△S)U,V孤立=Max熵值极大过程达到平衡态的标志(△H)S,P=0自由能和其他特征函数极小也是过程能够进行的限度。(△G)T,P=0在自然界，平衡态是热力学状态中的一种特殊现象。也就是在没有外界影响的条件下，体系的各部分在长时间内，在宏观上不发生任何变化。体系的各部分的温度、压力、化学位均相等。那末,自然界有哪些事实可以作为自然体系是平
7、衡态的证据与标志呢？①矿物共生组合在时间上、空间上的重复出现。世界上不同地区,各个不同时代形成的花岗岩其主要的造岩矿物总是石英、长石和云母。而世界各地的矽卡岩的主要造岩矿物总是石榴石和辉石。②一定化学成分的矿物共生组合,随其形成条件而改变。以橄榄石热液蚀变为例，假设温度、压力基本保持不变，只考虑热液中CO2浓度的变化。平衡态的证据与标志:从图上可见：随着热液中CO2浓度的增大(a-a/),矿物共生组合将会发生不断变化，其总趋势：硅酸盐含水硅酸盐石英+碳酸盐图上每个圆点所代表的矿物组合都反映着热液变质的一定阶段。也就是在相应的外
8、界条件下，受变质的橄榄岩所处的平衡状态。图点1～7则反映着CO2浓度的变化,平衡态的持续移动。这是由于受相律制约的原因，而相律只有当体系达到平衡时才有效。2.相律相律就是平衡态下，体系中相、组分和变量间的关系，地球化学应用相律两个方面：一、推测某种
