中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球化學(xué)全套課件

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球化學(xué)全套課件

金屬相中Fe、Ni、Co、Pt等元素共生；隕石中

硅酸鹽相中主要是Si、O、Al、Mg、Fe元素組合；

硫化物相中有S、Fe、Cu、Ni、Co、Zn等元素。

超基性，基性巖地殼中

酸性巖

元素組合差別很大

堿性巖

1.

為什么不同巖石、礦物中的元素組合千差萬(wàn)別呢？2.

為什么有些元素總是相伴出現(xiàn)，而另外一些元素彼此很少共生呢？

第二個(gè)基本課題:自然界元素共生結(jié)合規(guī)律

眼前的事實(shí)!提出的問(wèn)題?答案第二個(gè)基本課題:自然界元素共生結(jié)合規(guī)律自然界元素結(jié)合主要有兩種化學(xué)鍵：1.同種或性質(zhì)相似元素結(jié)合→

非極性鍵，一般形成共價(jià)鍵；2.異種元素結(jié)合→

極性鍵，一般形成離子鍵。自然界元素結(jié)合特點(diǎn)：1.多鍵性和過(guò)渡性；2.自然界形成的化合物（礦物）都是不純的，每一種礦物都構(gòu)成一個(gè)成分復(fù)雜、含量變化的混合物系列。能量：衡量元素結(jié)合的能量參數(shù)有電負(fù)性（X）、電離勢(shì)（I）、電子親和能（E）、晶格能（U）;空間幾何形式：半徑（原子、離子）、配位數(shù)、原子和離子極化、最緊密堆積等。元素結(jié)合規(guī)律可從兩個(gè)不同側(cè)面來(lái)衡量：滿足什么條件可結(jié)合?

1.元素的地球化學(xué)親和性2.礦物晶體形成和變化過(guò)程的類質(zhì)同像法則3.過(guò)渡元素地球化學(xué)行為的控制-晶體場(chǎng)理論本章討論:自然界控制元素結(jié)合的主要規(guī)律過(guò)渡族元素常量元素微量元素§1元素的地球化學(xué)親和性

第一講自然體系中**元素最普遍的結(jié)合方式是：陽(yáng)離子+陰離子。**現(xiàn)狀：“陰陽(yáng)失衡”，陰離子陽(yáng)離子。**結(jié)果：地球化學(xué)作用過(guò)程陽(yáng)離子對(duì)陰離子的爭(zhēng)奪→不同的陽(yáng)離子與不同的陰離子化合。一、元素的地球化學(xué)親和性—控制元素在自然界相互組合的最基本規(guī)律自然界的：趨勢(shì)-形勢(shì)-現(xiàn)實(shí)什么是地球化學(xué)親和性？

在自然體系中元素形成陽(yáng)離子的能力和所顯示出有選擇地與某種陰離子結(jié)合的特性。

為什么元素的表現(xiàn)出地球化學(xué)親和性？1.元素本身性質(zhì)(結(jié)構(gòu))；2.元素結(jié)合的物理化學(xué)條件.（宏觀上：元素化合反應(yīng)的能量效應(yīng)）**一部分元素:只“喜歡”與氧結(jié)合形成氧化物和氧鹽類。？？**另一些元素:“喜歡”與硫結(jié)合形成硫化物。？？**還有一些元素：“喜歡”“孤芳自賞”，元素離子自身相互結(jié)合或與其它金屬相互結(jié)合而形成金屬單質(zhì)或金屬互化物？？實(shí)際狀況爭(zhēng)奪陰離子的能力很強(qiáng)爭(zhēng)奪陰離子的能力較弱爭(zhēng)奪陰離子的能力較強(qiáng)上述現(xiàn)象最早是戈?duì)柕率┟芴匕l(fā)現(xiàn)：觀察歐洲曼斯費(fèi)爾德銅礦石冶煉過(guò)程中注意到，礦石經(jīng)冶煉后在爐中形成四個(gè)相:金屬相、重金屬硫化物、硅酸鹽爐渣和氣相(CO2，H2O）?！?duì)柕率┟芴匕岩睙掃^(guò)程和隕石中所觀察到的鐵隕石、隕硫鐵以及球粒隕石的化學(xué)成分相對(duì)比，并結(jié)合地質(zhì)作用中的礦物組合和元素共生規(guī)律,→提出了把元素分為親氧、親硫、親鐵、親氣和親生物的分類?！⑼茰y(cè)地球內(nèi)部的殼層結(jié)構(gòu)也應(yīng)有類似的化學(xué)成分的分異。在地球和地殼系統(tǒng)中，元素豐度值最高的陰離子是氧，其次是硫；在地球系統(tǒng)中能以自然金屬形式存在的豐度最高的元素是鐵。因此，在自然體系中元素的地球化學(xué)親合性分類主要有：親氧性、親硫性和親鐵性。

元素相應(yīng)的分為：親氧性元素（oxyphileelementorlithophileelement）、親硫性元素（sulfophileelement）和親鐵性元素（Siderophileelement）。二、元素地球化學(xué)親合性的分類親氧性元素

特征是：離子半徑較小，具有惰性氣體型的電子層構(gòu)型，電負(fù)性較小。

如K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；

親硫性元素

特征是：離子半徑較大，具有銅型的電子層構(gòu)型，如Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；IA,IIA主族及其鄰近IB,IIB副族及其鄰近親鐵性元素

特征是：電子層構(gòu)型為18或18+2外層電子層結(jié)構(gòu)，離子電離能較高，電負(fù)性中等，不容易得和失電子，在單質(zhì)或金屬互化物中共享自由電子。如Cu、Au、Ag、Fe、Co、Ni和Pt族元素等。細(xì)說(shuō)之三、親鐵性元素在自然界以金屬狀態(tài)產(chǎn)出的一種傾向。在自然界中，特別是O、S豐度低的情況下，一些元素往往以自然金屬狀態(tài)存在，常常與鐵共生，稱之為親鐵元素。

基本特征：不易與其他元素結(jié)合，因?yàn)樗鼈兊膬r(jià)電子不易丟失（具有較高電離能）。例

I1Au=9.2電子伏特，I1Ag=7.5電子伏特，I1另外,周期表VIII族過(guò)渡金屬元素（鉑族元素）具明顯親鐵性：I1Pt=8.88電子伏特I1Pd=8.30電子伏特Pt等元素在自然界往往I1Ni=7.61電子伏特以金屬狀態(tài)出現(xiàn)。I1Co=7.81電子伏特代表性的親鐵元素：鉑族(Pt,Pd,Os,Ir,Ru,Rh)、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni等四、親氧性和親硫性（親石性和親銅性）

在地殼中，易于獲得電子，成為陰離子，并與其他元素結(jié)合的元素中，豐度最高的為氧，其次是硫。兩者的地球化學(xué)親和性顯著不同。原因是:

①O、S本身的電子層結(jié)構(gòu)差異，獲取電子能力和方式不同；

②與之結(jié)合的陽(yáng)離子自身的電子層結(jié)構(gòu)。

1.氧和硫性質(zhì)的差異

氧和硫某些化學(xué)性質(zhì)參數(shù)硫的電負(fù)性小于氧（Xs<Xo），而硫的原子半徑大于氧（>）。這樣，硫的外電子聯(lián)系較弱，導(dǎo)致硫受極化程度要比氧大得多。為此，硫傾向形成共價(jià)鍵（或配價(jià)鍵的給予體）氧傾向形成離子鍵（或部分共價(jià)鍵）與硫形成高度共價(jià)鍵的元素，稱親硫元素（具親硫性）;與氧形成高度離子鍵的元素稱親氧元素（具親氧性）。I1(ev)Y1Y2Y1+2XR0R2-豐度（2S2P）氧13.57-1.47+7.29+5.823.50.66?1.32?47%（3S3P）硫10.42-2.08+3.39+1.322.51.04?1.74?0.047%

2.與之結(jié)合的陽(yáng)離子性質(zhì)

以第四周期部分金屬陽(yáng)離子為例（電負(fù)性）3.化學(xué)反應(yīng)制動(dòng)原理

在含有K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn及O、S的體系中，若體系氧不足，親氧性大于鐵的元素（K、Ca、Mn）優(yōu)先與氧結(jié)合。這些元素結(jié)合完畢后鐵才與氧結(jié)合，并耗盡體系中所有的氧，剩下的鐵只能與硫結(jié)合或呈鐵的單質(zhì)，親氧性小于鐵的元素（Cu、Zn）則不可能有機(jī)會(huì)與氧結(jié)合，故鐵起到了制動(dòng)劑的作用。在與硫結(jié)合時(shí)，鐵一樣可以起到這樣的作用。

這種現(xiàn)象稱為化學(xué)反應(yīng)制動(dòng)原理。

當(dāng)陰離子不足時(shí)，在自然體系中各陽(yáng)離子將按親和性強(qiáng)弱與陰離子反應(yīng)，親和性強(qiáng)的陽(yáng)離子將抑制親和性弱的陽(yáng)離子的化學(xué)反應(yīng)（這是自然界的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制）。

在地殼中某體系內(nèi)，陰離子（S2-）不足，地殼中Fe的豐度比Mn高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，況且Fe的親硫性比Mn強(qiáng)。為此在這樣的環(huán)境下，只能產(chǎn)生Fe的硫化物和Mn的氧化物（硅酸鹽）共生現(xiàn)象，絕對(duì)不會(huì)發(fā)生硫錳礦和鐵的氧化物共生的現(xiàn)象。這就是化學(xué)反應(yīng)抑制原理在起作用！反應(yīng)自由能：FeSiO3+MnS→MnSiO3+FeS(Gr=-11.56KJ,25℃)實(shí)例分析1.雙重性和過(guò)渡性

自然界元素的親和性不是絕對(duì)的，存在著雙重性和過(guò)渡性。具親鐵性，以自然金屬狀態(tài)，具親硫性，硫化物五、自然界元素親