地球化學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、東華理工大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)生-蘭虹整理，希望對各位有所幫助地球化學(xué)復(fù)習(xí)資料緒論1. 地球化學(xué)：地球化學(xué)研究地殼（盡可能整個地球）中的化學(xué)成分和化學(xué)元素及其同位素在地殼中的分布、分配、共生組合associations、集中分散enrichment-dispersion及遷移循徊migration cycles規(guī)律、運動形式forms of movement和全部運動歷史的科學(xué)。2. 研究對象：地球（minerals、rocks、atomsphere、water bodies、crust、mantle、core）太陽系3. 研究內(nèi)容： 元素的分布、分配 元素集中、分散、共生組合、遷移規(guī)律-核心：元素的化

2、學(xué)作用和變化。4. 學(xué)科特點（1）對象：地球、地殼等及地質(zhì)作用-用地球化學(xué)方法研究以認識自然作用。（2）以化學(xué)等為基礎(chǔ)，著重于化學(xué)作用。礦物巖石學(xué)：由結(jié)構(gòu)構(gòu)造了解成因構(gòu)造地質(zhì)學(xué)：由物理運動了解過程古生物學(xué)：由形態(tài)獲得信息（3）理論性與應(yīng)用性理論性：從化學(xué)角度查明過程、原因應(yīng)用性：生態(tài)環(huán)境及治理、農(nóng)業(yè)。礦產(chǎn)資源勘探、開發(fā)5. 地球化學(xué)的研究方法I.野外工作方法(1).現(xiàn)場宏觀觀察： 地質(zhì)現(xiàn)象的時空結(jié)構(gòu) 查明區(qū)內(nèi)各種地質(zhì)體的巖石-礦物組成及相關(guān)作用關(guān)系 由此提供有關(guān)地球化學(xué)作用的空間展布、時間順序和相互關(guān)系 (2)地球化學(xué)取樣: 代表性 系統(tǒng)性(空間、時間、成因) 統(tǒng)計性.II.室內(nèi)研究方法（1）

3、精確靈敏的測試方法 （2）研究元素的結(jié)合形式和賦存狀態(tài)（3）作用過程物理化學(xué)條件的測定(e.g.pH、Eh、o2、salinity、concentration、 ionization strength)(4)自然作用的時間參數(shù)(5)實驗室模擬自然過程(6)多元統(tǒng)計計算和建立數(shù)學(xué)模型6.地球化學(xué)的發(fā)展趨勢經(jīng)驗性理論化定性 定量單學(xué)科研究 多學(xué)科結(jié)合研究理論和方法的發(fā)展使其參與和解決重大科學(xué)問題的能力不斷增強。第一章 太陽系和地球系統(tǒng)元素的豐度1.太陽系元素組成的研究方法直接采樣分析（地殼巖石、隕石等）光譜分析(太陽）由物質(zhì)的物理性質(zhì)與成分的對應(yīng)關(guān)系推算（行星）利用飛行器觀察、直接測定或取樣分析測

4、定氣體星云或星際間物質(zhì)分析研究宇宙射線2.隕石：落到地球上的行星物體碎塊，即從行星際空間穿越大氣層到達地表的星體殘骸 3. 隕石的分類4.隕石的化學(xué)成分 (1)鐵隕石：主要由金屬Ni-Fe(98%)和少量其它礦物如磷鐵鎳古礦(Fe,Ni,Co)3P、隕硫鐵（FeS)、鎳碳鐵礦（Fe3C)和石墨等組成。 (2)石隕石：主要由硅酸鹽礦物組成。根據(jù)它是否含有細小而大致相近的球狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)而進一步分為球粒隕石和無球粒隕石。球粒主要是橄欖石和輝石，有時為玻璃；無球粒隕石缺乏球粒結(jié)構(gòu)，成分上與前者也有差異。 (3)石-鐵隕石：由數(shù)量大體相等的Ni-Fe和硅酸鹽（主要是橄欖石，偶爾輝石）組成。5.球粒隕石與

5、無球粒隕石的區(qū)別6.球粒隕石的分類 根據(jù)化學(xué)成分的不同，分為5個 (1)E 群（頑輝石球粒隕石);(2)H群（高鐵群普通球粒隕石）(3)L群（低鐵群普通球粒隕石)(4)LL群（低鐵低金屬群普通球粒隕石)(5)C群（碳質(zhì)球粒隕石） (H、L和LL群統(tǒng)稱普通球粒隕石)。7.無球粒隕石的分類根據(jù)CaO的含量劃分為：（1）貧鈣型 （Ca) 3% ; (2)富鈣型 （Ca) 5%；根據(jù)成因劃分為：（1）斜長輝石無球粒隕石系列；（2）頑火輝石無球粒隕石系列；（3）尚未劃分出成因系列的無球粒隕石。8.鐵隕石與石-鐵隕石的區(qū)別鐵隕石:主要由鐵鎳合金、隕硫鐵以及少量Fe、Ni、Co、Cr、Ti、Cu、Zr的硫化

6、物、碳化物、氯化物、磷化物、氧化物與磷酸鹽以及自然銅、石墨等礦物組成。按多參數(shù)微量元素分類，鐵隕石可分為13個化學(xué)群。石-鐵隕石:則由近乎相等的石隕石和鐵隕石組成，較為少見。9.碳質(zhì)球粒隕石 是一類脆性的黝黑的球粒隕石。其成分具有下列特點：主要由含水硅酸鹽粘土礦物組成,常見者為細粒的蛇紋石或綠泥石；含大量揮發(fā)分,主要為水、硫、氙等；沒有或只有極少的金屬鐵鎳,有少量隕硫鐵；含有大量的有機化合物，多半是高分子化合物,包括羥、脂族羥和芳族羥,多呈黑色,難溶,含水度為20%,一般是化合水；還發(fā)現(xiàn)有氨基酸。碳質(zhì)球粒隕石容易風(fēng)化, 在球粒隕石中比較罕見,約5%,但一般認為在太空隕星體中可能很普遍。10.碳

7、質(zhì)球粒隕石分類：通常分三類,用型、型、型或用C1、C2、C3來表示,依次含碳量遞減而球粒數(shù)目遞增。如型含水和有機質(zhì)最多,化合碳為3%5%,燒失量24%30%；型含水和有機質(zhì)成分中等,燒失量12%24%；型含高溫礦物和若干金屬組分,燒失量2%12%。11.行星的化學(xué)成分（1）地球和類地行星（地球、Mercury、Venus、Mars）： 質(zhì)量小、密度大、體積小、衛(wèi)星少。物質(zhì)成分以巖石為主，富含Mg、Si、Fe等，親氣元素含量低。（2）巨行星（木星和土星)： 體積大、質(zhì)量大、密度小、衛(wèi)星多。主要成分為H和He。（3）遠日行星（天王星、海王星、冥王）： 成分已冰物質(zhì)為主，H大約10%，He、Ne平均

8、為12%。12. 月球的化學(xué)成分克里普巖:是一種富含鉀、稀土元素、和磷的巖石.13. 豐度指化學(xué)元素及其同位素(核素)在宇宙各類物體中的相對含量。(以si原子數(shù)量作為1）14.元素豐度及其規(guī)律（1）在原子序數(shù)較低的元素來說，豐度隨原子序數(shù)增大呈指數(shù)遞減；（2）原子序數(shù)為偶數(shù)的元素其豐度大大高于相鄰原子序數(shù)為奇數(shù)的元素；（3）H和He是豐度最高的兩種元素（占太陽系全部原子數(shù)目的98%）；-奇偶規(guī)則（4）與He相近的Li、Be和B具很低的豐度，屬于強虧損的元素;（5）在豐度曲線上O和Fe呈明顯的峰，它們是過剩元素；（6）質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)的核素或同位素具有較高豐度。-四倍規(guī)則第二章 地球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)

9、成分1.地球元素豐度：（1）元素豐度的研究方法：隕石類比法：a. 隕石在太陽系形成；b.隕石與小行星成分相同；c.隕石是破壞了的星體碎片；d.產(chǎn)生隕石的星體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分與地球相似。地球模型和隕石類比法: 按地球的各主要圈層的比例計算：a.地核(32.4%)-球粒隕石的鎳鐵金屬相+5.3%隕硫鐵(硫化物相)代表；b.地幔+地殼(67.6%)-球粒隕石的平均硅酸鹽成分地球物理類比法(黎丹): A+B+C+D+E+F+G(層)結(jié)合地球物理資料。（2）地球元素豐度及其規(guī)律： Fe+O+Si+Mg 90%；含量大于1%的元素：Ni、Ca、Al、S；含量介于0.01%-1%的元素Na、K、Cr、Co

10、、P、Mn、Ti。地球元素豐度遵循太陽系元素豐度的基本規(guī)則，如奇偶規(guī)律、遞減規(guī)律等。2. 地殼的平均化學(xué)成分與元素克拉克值（1）地殼平均化學(xué)成分的確定方法:Clarke Method (5159 samples，50 elements; 1924):Goldschmidt Method (Method Fine-grained Clastic Rock )a. 剝蝕區(qū) b. 適合于區(qū)域地殼成分的估計 地殼模型法: Basic rock/acidic rocks=1（基性巖代表下地殼，酸性巖代表上地殼）(2) 元素克拉克值及其意義：定義：地殼中各元素的相對平均含量稱為克拉克值。如以重量百分數(shù)表示

11、，稱之為“重量克拉克值”，簡稱“克拉克值”；如以原子百分數(shù)表示，則成為“原子克拉克值”。意義：a.元素克拉克值影響著元素參加地殼地球化學(xué)過程的濃度，支配著元素的地球化學(xué)行為；b.元素克拉克值可以為闡明地球化學(xué)省的特征提供依據(jù)；c.依據(jù)克拉克值可以計算出地殼中地球化學(xué)性質(zhì)相似或相關(guān)元素之間的平均比值。上部地殼深成巖體的體積比例花崗巖類和花崗閃長巖類 77 %石英閃長巖類 8 %閃長巖類 1 %輝長巖類 13 %正長巖類、斜長巖類、橄欖巖類 1 % 3.地殼中元素分布的一般規(guī)律 與地球和太陽系相比，最豐富的十種元素是 地 殼：O-Si-Al-Fe-Ca-Na-K-Mg-Ti-H 地 球：Fe-O-

12、Mg-Si-Ni-S-Ca-Al-Co-Na 太陽系： H-He-O-Ne-N-C-Si-Mg-Fe-S不均勻性：前13種元素占地殼總重的99.7；其余只占0.3。分布量隨原子序數(shù)增大而降低。例外：Li, Be, B; 232Th、238U、235U；貴金屬, Se, Te等。偶數(shù)規(guī)則：偶數(shù)原子序數(shù)元素豐度高于相鄰奇數(shù)元素，但有例外（4Be、12Mg、 4Si、 24Cr、 32Ge、 34Se、42Mo、52Te、 74W)。四倍規(guī)則：4q型（如16 O 等）占87；4q3型（如27 Al 等）占13；4q2型（如238 U 等）和4q1型（如9 Be ）只占千分之幾。差六規(guī)則：在豐度對數(shù)曲

13、線上出現(xiàn)峰值的元素，其原子序數(shù)之差為6或6的倍數(shù)。原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的奇偶性：偶偶：60；偶奇和奇偶：35；奇奇：5。殼層規(guī)則（幻數(shù)）：2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126。（幻數(shù)是指原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的某個特定數(shù)值，當質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)為幻數(shù)，或者二者取值均為幻數(shù)時，原子核顯示出很高的穩(wěn)定性）。放射性蛻變：U238，U235，K40、Rb87減少；Pb206、Pb207、Pb208，Ar40，Sr87增多。4. 地幔的組成上地幔（從Mohorovic面到350km深度）由橄欖石斜方輝石單斜輝石石榴子石組成。過渡帶(350900km)：地幔巖發(fā)生相轉(zhuǎn)變，伴隨密度改變，引起

14、地震波的不連續(xù)，350400km的地震波不連續(xù)面與橄欖石相（類尖晶石結(jié)構(gòu)）、輝石石榴子石復(fù)雜670km深處地震波不連續(xù)則與輝石、橄欖石轉(zhuǎn)變?yōu)殁佽F礦結(jié)構(gòu)和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的相變相吻合。 下地幔(9002700km)是結(jié)構(gòu)極為緊密的Mg、Fe硅酸鹽礦物組合（如鈣鈦礦結(jié)構(gòu)等）。固熔體的相變帶對應(yīng)。原始地幔：是一種假想的地質(zhì)體，是在地球內(nèi)部、地殼、和地幔已經(jīng)分離出來虧損地幔:又稱“殘留地幔”，指曾經(jīng)對地殼形成做出過貢獻，易熔組分被明顯的消耗掉的地幔物質(zhì)，其中大離子親石元素、熱產(chǎn)元素等明顯虧損，難熔組分則相對富集，這樣的地幔稱為虧損地幔。5.地球外部圈層的組成1.大氣圈電離層：80350km（1000km:外

15、電離層)平流層：30km（3060同溫層）；對流層：820km。從地表到60km高空的大氣成分是近于均勻的，主要由N2、O2和Ar組成。隨著離開地面距離增加，大氣圈變得稀薄了，但仍然以氮和氧為主。次要組分中臭氧和二氧化碳很重要。臭氧主要集中在平流層內(nèi)，它吸收紫外線輻射；二氧化碳對地球的碳循環(huán)很重要，是主要的溫室氣體之一，對氣候有重要影響。2. 水圈地球表面98 %左右的水分布于海洋。因此，海水的平均組成可視為水圈的平均組成。以下這些元素的濃度比例近似恒定，生物活動和總鹽度對其影響不大，稱為“保守元素”，即：5種陽離子，5種陰離子和1種分子的總和占海水鹽分的99.9第3章 元素的結(jié)合規(guī)律與賦存形

16、式1.地球化學(xué)體系的特征(1) T、P等條件的變化與實驗條件相比相對有限(2) 多組分復(fù)雜體系元素92種，同位素354種(3) 開放體系。(4) 自發(fā)進行的不可逆過程。2.自然過程產(chǎn)物的特征(1)自然穩(wěn)定相(礦物)及各種流體相的總數(shù)有限(2)元素形成自然分類組合。(3)與各種陰離子結(jié)合的陽離子也組成特征各異的共生元素組合(4)自然穩(wěn)定相都不是純的化合物。幾乎每一種礦物都是一個成分復(fù)雜、元素含量與一定變化范圍的混合物系列。(5)在地殼的物理條件下，相似的物質(zhì)組成和類似的作用過程會使自然作用產(chǎn)物的類型重復(fù)出現(xiàn)。3.元素的地球化學(xué)親和性在自然體系中元素形成陽離子的能力和所顯示出的有選擇地與某種陰離子

17、結(jié)合的特性稱為元素的地球化學(xué)親和性。4.元素地球化學(xué)親和性分類：根據(jù)元素在自然界豐度的高低，分為以下三類：親氧/親石/親巖/造巖元素： 能與氧以離子鍵形式結(jié)合的金屬元素稱為親氧元素。包括K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等。親硫/親銅元素：能與硫結(jié)合形成高度共價鍵的金屬元素稱為親硫元素，如Cu、Pb、Zn、Ag等。親鐵元素：在自然體系中，特別是在氧、硫豐度低的情況下，一些金屬元素不能形成陽離子，只能以自然金屬存在，它們常常與金屬鐵共生，以金屬鍵性相互結(jié)合，這些元素具親鐵性，稱為親鐵元素，如Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni等。元素在自然界以金屬狀態(tài)產(chǎn)出的一種趨向性稱為元素的親

18、鐵性。5.親氧元素特征離子最外層為8電子（s2p6）結(jié)構(gòu)、離子鍵、氧化物的生成熱大于FeO的生成熱、位于原子容積曲線的下降部分、主要集中于巖石圈6. 親硫元素特征離子的最外層為18電子（s2p6d10）結(jié)構(gòu)、電負性大、共價鍵、氧化物的生成熱小于FeO的生成熱、位于原子容積曲線的上升部分、主要集中于硫化物-氧化物過渡圈7.親鐵元素離子最外層電子具有8-18電子的過渡結(jié)構(gòu)、金屬鍵、氧化物的生成熱最小、位于原子容積曲線的最低部分、主要集中于鐵-鎳核8. 親氣元素原子的最外層具有8電子、分子鍵、原子容積最大、形成具有揮發(fā)性或易形成揮發(fā)性化合物主要集中于地球外圈、親氣元素是組成地球大氣圈的主要元素、惰性

19、氣體元素以及主要呈易揮發(fā)化合物存在的元素。如氫、氮、碳、氧、及惰性氣體元素等9. 元素的地球化學(xué)分類和元素的賦存形式(1)哥德施密特元素地球化學(xué)分類:分類依據(jù):以其提出的地球起源和內(nèi)部構(gòu)造假說為基礎(chǔ)，根據(jù)化學(xué)元素的性質(zhì)與其在地球各圈層間的分配將元素分為：親石元素；親銅元素；親鐵元素親氣元素親生物元素(2)查瓦里斯基元素地球化學(xué)分類：分類依據(jù)：以展開式元素周期表為基礎(chǔ)，賦以原子和離子半徑以重要意義并根據(jù)元素的地球化學(xué)行為的相似性將元素分為11族：氫族 ;惰性氣體族;造巖元素族: Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba；巖漿射氣元素族:B、C、N、O、F、P、S和Cl

20、；鐵族:Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni稀有元素組: REE、Y、Zr、Hf、Nb和Ta；放射性元素組: Ra、U和Th；鉬鎢組Mo-W:Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Ga、In、Tl、Ge、Sn和Pb；鉑族:半金屬和重礦化劑族: As、Bi、Se、Te和Po；重鹵族: Br、I和At。10.元素的賦存形式(1)元素在固相中的存在形式：獨立礦物類質(zhì)同象超顯微非結(jié)構(gòu)混入物吸附與有機質(zhì)結(jié)合11.元素賦存形式的研究方法：元素含量測定顯微鏡法萃取法晶格常數(shù)測定：X光衍射法電子顯微鏡掃描與有機質(zhì)結(jié)合12.類質(zhì)同象和固溶體(1)定義：某些物質(zhì)在一定的外界條件下結(jié)晶時，晶體中的部分構(gòu)造位置

21、隨機地被介質(zhì)中的其他質(zhì)點（原子、離子、配離子、分子）所占據(jù)，結(jié)果只引起晶格常數(shù)的微小改變，晶體的構(gòu)造類型、化學(xué)鍵類型等保持不變，這一現(xiàn)象稱為“類質(zhì)同象”。進入晶體中的微量物質(zhì)稱為“類質(zhì)同象混入物”，含有類質(zhì)同象混入物的晶體被稱為“固熔體”。（2）類質(zhì)同象置換的條件： 離子（或原子）自身的性質(zhì)，如半徑相近、電價平衡、化學(xué)鍵一致、配位多面體的對稱性相同等； 體系的物理化學(xué)條件，如溫度、壓力、組分特征和氧化還原條件等有利于置換的進行； 固熔體的熱力學(xué)性質(zhì)。（3）控制類質(zhì)同象置換的晶體化學(xué)因素(1)化學(xué)鍵性鍵性相同(2)原子（離子）結(jié)合時的幾何關(guān)系：離子鍵：半徑相近Na Ca置換，但Na K；共價?。?/p>

22、a.鍵長相似是置換的重要條件。b.共價鍵化合物配位數(shù)相同也是置換的重要條件。(3)化合物中電中性原則對于離子鍵化合物來說，類質(zhì)同象前后正負離子的電荷應(yīng)保持平衡，即化合物點中性。為了保持化合物的電中性，不同電價的離子必須按一定比例配合進行置換，這種置換方式稱為電價補償類質(zhì)同像置換。電價補償置換可以通過下面四種方式實現(xiàn)：質(zhì)點數(shù)目不等的置換高電價質(zhì)點和低電價質(zhì)點配合置換中等電價質(zhì)點離子成對置換正負離子配位置換(4)有利的礦物晶體構(gòu)造 礦物晶體構(gòu)造越復(fù)雜、松弛（偏離最緊密堆積越遠），發(fā)生類質(zhì)同象的可能性越大。13.類質(zhì)同象置換法則(1)戈爾德施密特類質(zhì)同像法則（僅適用于離子鍵化合物）若兩種離子電價相同

23、、半徑相似，則半徑小的離子優(yōu)先進入晶格；若兩種離子半徑相似而電價不等，較高價離子優(yōu)先進入晶格；隱蔽性法則：若兩種離子具相近的半徑和相同的電荷，豐度高的主量元素形成獨立礦物，豐度低的微量元素將按豐度比例進入主量元素的礦物晶格，即微量元素被主量元素所“隱蔽”。（2)林伍德電負性法則： E.A.Ringwood注意到主族元素化合物的熔點普遍高于晶體結(jié)構(gòu)相同的副族元素化合物的熔點。并據(jù)此推論，熔點反映晶格中離子間的相對鍵強，而離子間的相對鍵強可以從離子的電負性上得到說明。從而，他提出：“當陽離子的離子鍵成分不同時，電負性較低的離子形成較高離子鍵成分的化學(xué)鍵鍵，它們優(yōu)先被結(jié)合進入礦物晶格”。14.類質(zhì)同

24、象規(guī)律的意義.(1)確定了元素的共生組合 (2)決定了元素在共生礦物間的分配(3)支配微量元素在交代過程中的行為。(4)類質(zhì)同象的元素比值可作為地質(zhì)作用過程和地質(zhì)體成因的標志。(5)標型元素組合: 有些礦物中有大量類質(zhì)同象混入，但同一種礦物在特定成因下往往只富含某些特征的類質(zhì)同象元素組合，據(jù)此可以判斷礦物的形成環(huán)境，故可以將有成因意義的元素組合成為“指紋元素組合”或“標型元素組合”。(6)影響微量元素的集中與分散：(7)對自然環(huán)境的影響：15.晶體場穩(wěn)定能及其對過渡金屬行為的影響I.晶體場理論概要(1)正八面體配位時d軌道的分裂和晶體場分裂能五重簡并：在一個孤立的過渡金屬離子中，五個d軌道的能

25、級相同，電子云呈球形對稱，電子在五個d軌道的分布概率相同，稱為“五重簡并”。晶體場分裂：當過渡金屬離子處在晶體結(jié)構(gòu)中時，由于晶體場的非球形對稱特征，使d軌道的能級產(chǎn)生差異，稱為“晶體場分裂”。晶體場分裂能：將一個孤立的過渡金屬離子放在正八面體配位的晶體中時，五個d軌道都受到配位體負電荷的排斥，軌道總的能級提高；由于正八面體配位場中配位體質(zhì)點處于直角坐標的三個垂直軸方向，故dr軌道電子云的瓣指向配位體，使兩個dr 軌道電子的被排斥力比d軌道的被排斥力大， dr軌道的能級要比d軌道電子的能級高得更多， dr軌道電子的能級與d軌道電子能級間的能量差，稱為“晶體場分裂能”。(2)晶體場穩(wěn)定能：d軌道電

26、子能級分裂后的d電子能量之和，相對于未分裂前d電子能量之和的差值，稱為“晶體場穩(wěn)定能”。(3)電子的高自旋狀態(tài)和低自旋狀態(tài)(4)八面體擇位能II.晶體場理論對過渡金屬行為的控制(1)闡明金屬離子在巖漿結(jié)晶演化過程中的地球化學(xué)行為(2)過渡金屬離子的物理、化學(xué)性質(zhì)當過渡金屬離子的d電子數(shù)為47時，同一金屬離子有兩個半徑值，高自旋狀態(tài)比低自旋狀態(tài)的離子半徑大。金屬離子在水中主要以水化物形式存在。過渡金屬離子都有顏色和具有磁性，但被氧化的難易程度不同。12. 元素結(jié)合規(guī)律的微觀控制因素I.決定元素結(jié)合的基本參數(shù)(1)衡量原子得失電子的能力參數(shù)：電離能(I)：氣態(tài)原子（離子）丟失一個電子所需能量。電負

27、性(X)：X=I+E(電子親和能）(2) 原子間結(jié)合方式化學(xué)鍵類型： 離子鍵:不同元素的原子經(jīng)得、失電子呈離子狀態(tài)，離子間的結(jié)合力主要為靜電引力，稱為離子鍵。 共價鍵:原子間的相互作用為電子云的相互重疊 或穿透，稱為共價鍵。金屬鍵:金屬物質(zhì)中沒一個原子都失去一些電子，這些電子在金屬物質(zhì)中可以自由流動，所以金屬有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。分子鍵:分子內(nèi)部是離子鍵或共價鍵，分子間依靠偶極間作用力相互結(jié)合，稱為分子鍵。(3) 元素的成鍵規(guī)律電負性控制：判斷化學(xué)鍵的法則：P=1.6XA-XB+3.5 XA+XB（P是化學(xué)鍵中離子鍵成分百分數(shù)）周期表右上角X 2.1,為強、中電負性元素，以陰離子族為主X=1

28、.82.2,弱電負性，形成金屬鍵或金屬鍵-共價鍵化合物，難溶。X 1.4,正電性元素，相互之間形成金屬鍵化合物，但在自然界不能獨立存在。元素負電性的周期變化：1.金屬元素的負電性低，非金屬元素負電性高；2.在周期表中負電性從左到右增高；3.在周期表中同一族元素的負電性從上到下降低。(4)原子的大小和離子半徑 周期表中元素半徑的總體變化規(guī)律：同一周期元素，隨原子序數(shù)增大離子半徑減??；同一族元素，從上向下隨原子電子層增加，離子半徑增大；周期表中左上方到右下方的對角線，離子半徑相近或相等；鑭系元素（希圖元素）的離子半徑從La 3+的0.103nm到Lu 3+ 的0.086nm逐漸縮?。煌辉仃栯x子

29、的離子半徑小于原子半徑，高正電荷的離子半徑較小，陰離子的半徑大于原子半徑，負電荷增加離子半徑增大，因此同一元素陰離子的半徑遠大于陽離子的半徑。(5)原子和離子的其它性質(zhì)配位數(shù):極化:在外電場的作用下，原子或離子的電子云的大小、形狀發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為極化。離子電位：等于電荷與半徑之比。p=Z/r晶格能:相互遠離的離子結(jié)合生成離子晶體時釋放的能量稱為晶格能。 (6)離子的性質(zhì) 離子體系的電中性原理 價鍵規(guī)則：陰陽離子的總電荷相等。在類質(zhì)同象置換中表現(xiàn)為電價補償法則。第四章 水-巖作用與水介質(zhì)中元素的遷移1.化學(xué)作用類型: 根據(jù)發(fā)生作用和生成物質(zhì)的相態(tài)進行分類(1)水-巖反應(yīng)和水介質(zhì)中的化學(xué)作用 (

30、2)熔-巖反應(yīng) (3)水-氣化學(xué)作用 (地表水和大氣中氧、二氧化碳等相互作用等)(4)巖巖反應(yīng)(如球外物質(zhì)撞擊地球表面巖石等);(5)有機化學(xué)作用(地球表層生物參與風(fēng)化作用、在地球一定深度形成石油和天然氣等)2.元素的地球化學(xué)遷移(1)物質(zhì)遷移類型化學(xué)和物理化學(xué)遷移、生物和生物化學(xué)遷移、機械遷移(2) 元素地球化學(xué)遷移定義：當元素發(fā)生結(jié)合狀態(tài)變化并伴隨有元素的空間位移時，稱元素發(fā)生了“地球化學(xué)遷移”。元素地球化學(xué)遷移包括三個過程：元素從原來的固定（穩(wěn)定的結(jié)合）狀態(tài)轉(zhuǎn)化為活動（非穩(wěn)定結(jié)合）狀態(tài)，并進入遷移介質(zhì)元素在水介質(zhì)中發(fā)生空間位移（不發(fā)生形成穩(wěn)定固相的化學(xué)反應(yīng)）；元素遷移到新的空間，在新的環(huán)

31、境和新的條件下形成新的穩(wěn)定結(jié)合，即沉淀或結(jié)晶出新的礦物。 即:活化轉(zhuǎn)移沉淀(3)元素遷移的標志礦物組合的變化：如蝕變礦物組合;巖石中元素含量的系統(tǒng)測定和計算：a.等體積計算法；b.等陰離子計算法物理化學(xué)界面: 如氧化還原界面、壓力釋放帶、溫度界面、pH界面、水位線等等。(4)元素在水介質(zhì)中遷移能力的影響因素遷移前元素的存在形式：晶體化學(xué)鍵類型：離子鍵化合物易遷移，共價鍵和金屬鍵化合物難遷移元素的地球化學(xué)性質(zhì)：體系中相伴組分類型和濃度、體系中物理化學(xué)強度參數(shù)（濃度差、壓力差、溫度差等）以及環(huán)境的pH和Eh值的變化等。3.水-巖化學(xué)作用的物理化學(xué)條件 (1)低溫水-巖化學(xué)作用的物理化學(xué)環(huán)境過量水的

32、體系：地球表面水和巖體積比：水總量巖石總量。水-巖間長期化學(xué)作用導(dǎo)致水體系中含有大量作用劑（O2、CO2、H+、OH-) 有生物和有機質(zhì)參與。地表富氧(O2= 0.213 x 105Pa)和富CO2 ( CO2 =3.04 x 10 Pa)。地表溫度低（-75+200）：控制水巖作用速率。一般處于低壓狀態(tài)（ 1200) x 105 Pa(2)高溫水-巖化學(xué)作用的物理化學(xué)環(huán)境相對少量水的體系：巖石總質(zhì)量遠遠大于水。水體系中含有大量作用劑和電解質(zhì)鹽類。氧逸度相對低。溫度主要在200400，上限可達700；壓力變化(2000100) x 105 Pa。pH變化39?？梢杂猩锖陀袡C質(zhì)參加作用，但相對

33、較少。4.水-巖化學(xué)作用的基本類型(1)氧化還原反應(yīng)：(2)脫水和水解反應(yīng) (3)水合作用(4)碳酸鹽化和脫碳酸鹽化(5)陽離子交換反應(yīng)3.地球中天然水的類型(1)地球中的流體各類硅酸鹽巖漿(或硅酸鹽熔融體)以H2O為主的流體巖漿水變質(zhì)水同生水海水鹵水地表水地?zé)崴蕴細浠衔餅橹鞯牧黧w(2)水流體的形成:沉積物的“去流體”作用變質(zhì)作用釋放出流體巖漿作用產(chǎn)生熱液 (3)水溶液中元素的搬運形式:易溶鹽類氯化物和硫酸鹽(真溶液) 堿土金屬的碳酸鹽(CaCO3、MgCO3)和SiO2等碳酸鹽主要以溶解的重碳酸鹽HCO3- 搬運，SiO2以真溶液或懸浮物搬運。 Fe、Mn、P的化合物以及V、Cr、Ni、

34、Co、Cu等：溶解度小，除部分以真溶液搬運外，還以膠體搬運，如Fe(OH)3等。石英、硅酸鹽和鋁硅酸鹽類: 溶解度極小，以懸浮物和沿水流底部拖曳形式搬運。4.體系組成對水-巖作用的影響(1)活度積原理:當溫度一定時，難溶強電解質(zhì)溶液中離子活度的乘積為一常數(shù)，這一常數(shù)稱為活度積。由于難溶化合物的溶解度極小，其濃度與活度相當，故溶度積與活度積均為常數(shù)，以Ksp表示 當溶液中某物質(zhì)的離子積達到或超過該物質(zhì)的活度積時，該物質(zhì)即析出?；疃确e原理可用來判斷溶液中各元素的最大濃度和判斷化合物的遷移能力：當溶液中出現(xiàn)能形成活度積更低的其它離子時，導(dǎo)致活度積更低化合物的沉淀和已沉淀化合物的溶解，也就是通常所稱的

35、“交代作用”如：SrSO4（天青石） Ksp=2.8 x 10-7 SrCO3（菱鍶礦） Ksp=1.6 x 10-9 若在SrSO4飽和溶液中（已有部分沉淀）加入足夠量的CO32-,則會發(fā)生SrCO3的沉淀，同時已沉淀的部分SrSO4可能會重新溶解。(2)共同離子效應(yīng):當在難溶化合物的飽和溶液中加入與該化合物有相同離子的易容化合物時，原難溶化合物的溶解度將會降低，稱為共同離子效應(yīng)。 如果加入一種物質(zhì)可使溶液中兩種以上難溶鹽從溶液中析出，當加入量不足以使兩種鹽同時析出時，則較難溶的鹽類先析出，進一步加入這種物質(zhì)，則較易溶的鹽類才開始析出“分級沉淀作用”。(3)鹽效應(yīng)：當溶液中存在易溶鹽類（強電

36、解質(zhì)）時，溶液的含鹽度對化合物的溶解度會產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為隨溶液中易溶電解質(zhì)濃度的增大將導(dǎo)致其它難溶化合物的溶解度增大，稱為“鹽效應(yīng)”(4)膠體作用：大多數(shù)膠體帶電（正電或負電），因此它們具有吸附異性離子的能力。膠體優(yōu)先吸附構(gòu)晶離子，如Fe(OH)3膠核的溶液中含有Mn2+、Fe3+和OH- 、Al3+、F-、Cl-、SO42-時，F(xiàn)e(OH)3優(yōu)先吸附Fe3+離子電價越高越易被吸附，如： Fe 3+ Fe 2+; Al 3+ Ca 2+; Ca 2+ Na+同價離子，離子半徑越大或水合離子半徑越小越易被 吸附，如： Cs+ Rb+ K+ Na+ Li+ Ba 2+ Ca 2+ Mg 2+影響膠

37、體物質(zhì)凝聚和沉淀的因素兩種帶不同電荷的膠體相遇時，電荷中和將導(dǎo)致凝聚與沉淀。電解質(zhì)的作用：在膠體溶液中加入電解質(zhì)能使膠體凝聚沉淀。所帶電荷得到中和，膠粒間斥力減弱，使膠粒相互接近聚合而成膠凝體。由于膠凝作用而產(chǎn)生的膠體物質(zhì)稱凝膠。比如 硅膠溶體分散于H2O中（凝聚）凍膠（縮水作用）蛋白石SiO2.nH2O.（脫水）隱晶質(zhì)石髓SiO2（結(jié)晶）顯晶石英膠體溶液濃度增大時，可以促使膠體凝聚。比如強烈蒸發(fā)作用可增加溶液電解質(zhì)濃度，從而加強膠凝作用。溶液的酸堿度對膠體的搬運與沉積也有很大影響。原因是溶液pH值大小會影響電解質(zhì)對某些膠體的膠凝作用。，特別會對兩性膠體產(chǎn)生影響。因此，改變?nèi)芤簆H值，可以改變

38、溶液中Al(OH)2+ 和AlO2-的濃度，從而改變膠團所帶電荷的量，直接影響膠體的凝聚。2.體系物理化學(xué)環(huán)境對水-巖作用影響(1) pH值 pH值對元素遷移的影響-具體表現(xiàn)在 pH值影響氫氧化合物是否自溶液中沉淀 pH值影響影響元素的共生與分離，如Fe、Mg在內(nèi)生條件下共生，表生條件下分離 鉄帽酸性條件 Mn-鉄帽堿性條件 pH值影響兩性元素的遷移形式酸性環(huán)境以簡單離子或氫氧化物形式遷移堿性環(huán)境以酸根絡(luò)合物形式遷移鹽類的水解是低溫水-巖作用中常見的一種化學(xué)反應(yīng)受pH值控制。(2)氧化還原電位Eh的影響 氧化還原電位是度量氧化還原的標準，發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，還原態(tài)（正極）與氧化態(tài)（負極）之間有

39、一電位差，電子自動從正極流向負極所做的功（以電子伏特為單位)稱為氧化還原電位。 氧化還原電位Eh對元素遷移的影響氧化還原電位引起的元素化合價的變化，改變了化學(xué)元素及其化合物的溶解度。介質(zhì)的氧化還原電位對元素的共生有重要影響如果內(nèi)生的巖石或礦物中有兩種以上變價元素共生，在地表氧化時，由于它們的氧化還原電位不同就會發(fā)生分離。 (3)溫度和壓力的影響溫度對元素遷移的影響決定元素和化合物的存在狀態(tài)和活動性元素及化合物的熔點、沸點和揮發(fā)性差異溫度與類質(zhì)同象溫度升高，類質(zhì)同象增強，溫度降低，出現(xiàn)固熔體的分離或稱礦物“凈化”。溫度對地球化學(xué)系統(tǒng)反應(yīng)速率和方向有影響lnK2-lnK1=Q/R(1/T1-1/T

40、2) (范特荷浦公式)式中： K1和K2溫度T1和T2的平衡常數(shù)，Q反應(yīng)熱，R氣體固定熱，等于1.98小卡對于反應(yīng)式 :SiF4+2H2OSiO2+4HF，當T2T1時，平衡移向左邊，即溫度上升SiF4和H2O的濃度增大， SiO2和HF的濃度減小，相反，當溫度下降時，平衡移向右邊。溫度也是決定物質(zhì)相轉(zhuǎn)變以及礦物穩(wěn)定范圍的主要因素。沉積環(huán)境蒸發(fā)巖壓力對元素遷移的影響內(nèi)生作用中表現(xiàn)為氣相、液相的分離。SiF4氣+2H2O氣SiO2固+4HF氣根據(jù)勒下忒列定律，反應(yīng)向減少體積方向進行在變質(zhì)作用中，壓力增大，反應(yīng)向比容小的礦物方向進行。 Mg2SiO4（橄欖石）+ CaAl2Si2O8（鈣長石） M

41、g2CaAl2Si3O12（鎂鋁石榴石）比重：橄欖石3.12-3.33； 鈣長石2.75； 鎂鋁石榴石4.3。壓力增大，上述反應(yīng)向右進行。表生環(huán)境，影響反應(yīng)進行的方向。比如：CaCO3 (固相) + CO2 (氣相)+ 2O（液相） Ca(HCO3)2（液相）(3)溫度和壓力的影響(4)地球化學(xué)障定義：在元素遷移過程中，如果環(huán)境的物理化學(xué)條件發(fā)生了急劇變化，導(dǎo)致介質(zhì)中原來穩(wěn)定遷移的元素其遷移能力下降，元素因形成大量化合物而沉淀，則這些影響元素沉淀的條件或因素就稱為地球化學(xué)障。常見的地球化學(xué)障類型吸附障膠體、有機質(zhì)吸附微量元素，并沉淀。堿性-酸性障氧化障還原硫化氫障還原潛育障金屬以絡(luò)陰離子形式沉

42、淀，如U、V、Mo等硫酸鹽和碳酸鹽障-硫酸鹽或碳酸鹽水與富含Ca、Sr、Ba的其它類型水相互作用，形成石膏、天青石等。蒸發(fā)障-石膏化、鹽漬化集合體結(jié)構(gòu)、可滲透性 第5章 微量元素地球化學(xué)1.微量元素的概念: 定義自然體系中含量低于0.1%的元素稱微量元素。 定義研究體系中濃度低到可以近似地服從稀溶液定律（亨利定律）的元素稱為痕量元素?！拔⒘吭亍笔且粋€相對概念，它們的相對含量單位常為10-6和10-9。它們往往不能形成獨立礦物；而被容納在其它組分所形成的礦物固熔體、熔體或流體相中。多數(shù)情況下以類質(zhì)同象形式進入固熔體；個別存在于主晶格的間隙缺陷中或陷入吸留帶。 吸留在沉淀形成過程中，由于沉淀生成

43、過快，表面吸附的雜質(zhì)離子來不及離開沉淀，表面就被再沉積上來的離子所覆蓋，陷入沉淀晶體內(nèi)部，這種現(xiàn)象叫做吸留或包埋。由包埋或吸留帶來的雜質(zhì)是不能清洗除去的，但可以通過重結(jié)晶方式予以減少。2. 能斯特定律及分配系數(shù) 3. 1) 拉烏爾定律 1887年法國 化學(xué)家拉烏爾（F.-M. Raoul, 18301901）在研究溶液的蒸汽壓與溶液組成關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，某些溶液在恒溫下的蒸汽壓和它的組成之間呈線性關(guān)系，即如果以摩爾分數(shù)Xi表示溶液的組成，符合以下線性關(guān)系：Pi = Pi0 Xi 式中Pi為組份i在Xi濃度時的蒸汽分壓，Pi0為純組份i在相同溫度下的飽和蒸汽壓。該實驗規(guī)律稱為拉烏爾定律。 性質(zhì)十分相近

44、的組份混合組成的溶液往往在整個濃度范圍內(nèi)都符合這一規(guī)律,這類溶液稱為理想溶液。不符合拉烏爾定律的溶液則稱為非理想溶液。 理想溶液 ：在理想溶液中，具有相同粒子體積和晶格鍵力的組份混合不造成體系分子能態(tài)和體積的任何變化。在這種情況下，體系在混合過程既不吸熱也不放熱，因此，在理想狀態(tài)下混合組份的活度（ai）等于它們的濃度： ai = Xi2）亨利定律當非理想組份越來越被稀釋時，組份在溶劑中越來越分散，以至于最終其周圍的離子或分子氛圍變成相同狀態(tài)。因此，在高度稀釋時，組份的活度與其濃度之間呈正比例變化，在右圖中用虛線表示，即有 ai = hi Xi，式中hi是比例常數(shù),又稱亨利常數(shù)。 在組份i的稀溶

45、液中（即摩爾分數(shù)Xi0），物質(zhì)i的蒸汽壓Pi與組成Xi呈線性關(guān)系： Ki = Pi / bi 式中Ki為比例常數(shù)。該定律又稱為“稀溶液定律”。 拉烏爾定律和亨利定律可用來解釋許多地質(zhì)物質(zhì)的溶液行為。固溶體的許多常量組份混合行為符合拉烏爾定律，如橄欖石中的鎂橄欖石和鐵橄欖石組份；而亨利定律則常用來描述微量元素，如橄欖石中的鎳。亨利定律常用于描述微量元素分配系數(shù)它是一種與亨利常數(shù)有關(guān)的可測量的量。 拉烏爾定律和亨利定律的區(qū)別 拉烏爾定律和亨利定律是溶液中兩個最基本的經(jīng)驗定律，都表示組元的分壓與濃度之間的比例關(guān)系。它們的區(qū)別在于：（1） 拉烏爾定律適用于稀溶液的溶劑和理想溶液，而亨利定律適用于溶質(zhì)；

46、（2）拉烏爾定律中的比例常數(shù)Pi0是純?nèi)軇┑恼魵鈮海c溶質(zhì)無關(guān)，而亨利定律的比例常數(shù)k則由實驗確定，與溶質(zhì)和溶劑都有關(guān)；（3）亨利定律的濃度可用各種單位，只要K值與此單位一致就可以，而拉烏爾定律中的濃度只能用克分子分數(shù)。 為什么拉烏爾定律中的比例常數(shù)與溶質(zhì)無關(guān)，而亨利定律中的比例常數(shù)卻與溶質(zhì)及溶劑都有關(guān)呢？這是由于稀溶液的溶質(zhì)濃度很小，對溶劑分子來說，其周圍幾乎都是溶劑分子，其活動很少受到溶質(zhì)分子的影響，所以拉烏爾定律中的比例常數(shù)只由溶劑的性質(zhì)就基本可以確定。而對于稀溶液的溶質(zhì)分子來說，它的周圍幾乎全是溶劑分子，所以亨利定律中的比例常數(shù)不能單獨由溶質(zhì)性質(zhì)決定，而必須由溶質(zhì)和溶劑二者共同決定。

47、(4)亨利定律的地球化學(xué)表述-(簡單)分配系數(shù) 在一定溫度壓力條件下，當兩個共存地質(zhì)相A、B平衡時，以相同形式均勻賦存于其中的微量組分i在這兩相中的濃度比為一常數(shù)： kiA/B= CiA/CiB ( 1 ) CiA和CiB分別為元素i在A、B相中的濃度， kiA/B為分配系數(shù)Distribution Coefficient或Partition Coefficient也稱簡單分配系數(shù)或常規(guī)分配系數(shù) (5)能斯特定律-分配系數(shù)的熱力學(xué)意義 當A、B兩相平衡時，元素i在其間的化學(xué)勢相等, 即有 miA=miB 理想氣體的化學(xué)勢 mi= mi* (T)RTlnai， 有 mi*ARTlnaiA=mi*

48、BRTlnaiB . (2) lnaiAlnaiB= (mi*Ami*B)/RT 去對數(shù)后： aiA/aiB= exp(m i*B m i*A)/RT = KiA/B (3) 如果i濃度很低, 則:公式 (1) kiA/B= CiA/CiB 與 (3)式相等，濃度等于活度 。(6)復(fù)合分配系數(shù)Compound partition coefficient簡單分配系數(shù)易隨體系的基本成份而變化。為了減小這一影響，應(yīng)用復(fù)合分配系數(shù)Compound partition coefficient或標準化分配系數(shù)Normalized distribution coefficient可部分達到這一目的。為了與分

49、配系數(shù)相區(qū)別，以下用D表示復(fù)合分配系數(shù)，其定義為： (4)下標cr攜帶元素,即可被微量元素置換的常量元素；下標tr置換常量元素的微量元素；下標s和l分別表示固、液相；ktrs/l和kcrs/l 分別為相關(guān)微量元素和常量元素在固液相中的簡單分配系數(shù)。 (7) 復(fù)合分配系數(shù)的熱力學(xué)意義 Ds/ltr-cr實質(zhì)上是理想溶液中tr和cr之間的平衡置換常數(shù)，例如： 在 KAlSi3O8Rb= RbAlSi3O8K 的反應(yīng)中，Rb(tr)置換鉀長石中的K(cr)。該反應(yīng)的平衡常數(shù)為產(chǎn)物的活度積除以反應(yīng)物的活度積。如果將AlSi3O8簡寫為A，該反應(yīng)的平衡置換常數(shù)為： K = a strAa lcr / a

50、 scrA a ltr (5) 根據(jù)溶度積常數(shù)的定義，微量元素tr的純晶體溶度積為： Ksp(trA) = (atrl/aAl) / atrs = atrlaAl 因此，對難溶電解質(zhì)而言，平衡常數(shù)為： K = (acrl/acrAs) /(atrl/atrAs) = K sp(crA) / K sp(trA) . (6) 即cr和tr純晶體的溶度積之比。(8)總體分配系數(shù)當固體中由多相組成時，固液相共存于平衡體系中，元素i的分配系數(shù)稱為總體分配系數(shù) 式中Di為元素i在某單一礦物中的分配系數(shù)；上標a, b, n分別代表礦物a,b, n；l為與礦物平衡共存的液相；Xa，Xb， Xn分別為礦物a,

51、b, n在巖石中的比例分數(shù)。 分配系數(shù)： kiA/B= CiA /CiB . (1) mi*ARTlnaiA=m i*BRTlnaiB (2) R：氣體常數(shù)1.987卡度摩爾 aiA/aiB= exp(m i*B m i*A)/RT = KiA/B . (3)如果i的濃度很低，（1）（3）巖漿結(jié)晶作用1. 分離結(jié)晶作用 瑞利分餾定律的推導(dǎo)2.平衡結(jié)晶作用 部分熔融作用1、分離熔融作用 瑞利熔融過程的推導(dǎo)2、累積熔融作用 連續(xù)分離熔體在體系中的聚集和混合 當自然過程中液相和結(jié)晶相共存時，微量元素在體系兩相中的分配往往是不均一的。在巖漿結(jié)晶過程中，那些容易以類質(zhì)同象的形式進入固體（造巖礦物）的微量

52、元素，稱為相容元素，如Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等，反之，則稱為不相容元素。兩類不相容元素：1、小半徑高電荷的高場強元素（HFS)REE，Th，U，Ce，Zr，Hf， Nb，Ta；2、低場強的大離子親石元素（LIL)K，Rb，Cs，Ba，Pb2，Sr，Eu2。稀土元素地球化學(xué)1. 稀土元素的主要性質(zhì) 稀土元素（REE）是原子序數(shù)從57（La）到71（Lu）的鑭系15個元素。有時也將性質(zhì)相似的39號元素Y與REE列入同一元素組。(1)稀土元素及其分組：兩分法：Ce族稀土：LaEu，也稱輕稀土(LREE);Y族稀土：Gd Lu+Y，亦稱重稀土(HREE)。兩分法以Gd

53、劃界的原因：從Gd開始在4f亞層上新增電子的自旋方向改變了。而Y歸入稀土的主要原因是Y3+的離子半徑與重稀土相近，化學(xué)性質(zhì)與重稀土相似，它們在自然界密切共生。三分法： 輕稀土族為La-Nd；中稀土族Sm-Ho；重稀土族Er-Lu+Y(2)稀土元素的電子構(gòu)型和價態(tài) 稀土元素最外層電子構(gòu)型相同，易失去6s亞層上的兩個電子，然后丟失5d或4f電子，因為5d或4f電子在能量上接近6s電子。如果要再失去4f上一個電子，則由于電子的電離能太高稀土元素最外層的電子構(gòu)型相同，易失去6s亞層的兩個電子，然后失去1個很難實現(xiàn)，因此+4價態(tài)的REE很少，多為+3價態(tài)。但實際上，Eu和Yb有+2價態(tài)，Ce和Tb有+4價態(tài)。原因是Eu2+和Tb4+具有半充滿的4f亞層，Yb2+具有全充滿的4f亞層，Ce4+具有惰性氣