中國地質大學地球化學全套ppt課件

第二章自然體系中元素共生結合規(guī)律,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別呢？2.為什么有些元素總是相伴出現，而另外一些元素彼此很少共生呢？第二個基本課題:自然界元素共生結合規(guī)律,眼前的事實!,提出的問題?,答案,第二個基本課題:自然界元素共生結合規(guī)律,自然界元素結合主要有兩種化學鍵：1.同種或性質相似元素結合非極性鍵，一般形成共價鍵；2.異種元素結合極性鍵，一般形成離子鍵。自然界元素結合特點：1.多鍵性和過渡性；2.自然界形成的化合物（礦物）都是不純的，每一種礦物都構成一個成分復雜、含量變化的混合物系列。,能量：衡量元素結合的能量參數有電負性（X）、電離勢（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、原子和離子極化、最緊密堆積等。,元素結合規(guī)律可從兩個不同側面來衡量：,滿足什么條件可結合?,1.元素的地球化學親和性2.礦物晶體形成和變化過程的類質同像法則3.過渡元素地球化學行為的控制-晶體場理論,本章討論:自然界控制元素結合的主要規(guī)律,過渡族元素,常量元素,微量元素,1元素的地球化學親和性,第一講,自然體系中*元素最普遍的結合方式是：陽離子+陰離子。*現狀：“陰陽失衡”，陰離子陽離子。*結果：地球化學作用過程陽離子對陰離子的爭奪不同的陽離子與不同的陰離子化合。,一、元素的地球化學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-形勢-現實,什么是地球化學親和性？在自然體系中元素形成陽離子的能力和所顯示出有選擇地與某種陰離子結合的特性。為什么元素的表現出地球化學親和性？1.元素本身性質(結構)；2.元素結合的物理化學條件.（宏觀上：元素化合反應的能量效應）,*一部分元素:只“喜歡”與氧結合形成氧化物和氧鹽類。？*另一些元素:“喜歡”與硫結合形成硫化物。？*還有一些元素：“喜歡”“孤芳自賞”，元素離子自身相互結合或與其它金屬相互結合而形成金屬單質或金屬互化物？,實際狀況,爭奪陰離子的能力很強,爭奪陰離子的能力較弱,爭奪陰離子的能力較強,上述現象最早是戈爾德施密特發(fā)現：觀察歐洲曼斯費爾德銅礦石冶煉過程中注意到，礦石經冶煉后在爐中形成四個相:金屬相、重金屬硫化物、硅酸鹽爐渣和氣相(CO2，H2O）。戈爾德施密特把冶煉過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成分相對比，并結合地質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。并推測地球內部的殼層結構也應有類似的化學成分的分異。,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親合性分類主要有：親氧性、親硫性和親鐵性。元素相應的分為：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型，電負性較小。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：電子層構型為18或18+2外層電子層結構，離子電離能較高，電負性中等，不容易得和失電子，在單質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。,細說之,三、親鐵性,元素在自然界以金屬狀態(tài)產出的一種傾向。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：不易與其他元素結合，因為它們的價電子不易丟失（具有較高電離能）。,例,I1Au=9.2電子伏特，I1Ag=7.5電子伏特，I1Cu=7.7電子伏特另外,周期表VIII族過渡金屬元素（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。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，并與其他元素結合的元素中，豐度最高的為氧，其次是硫。兩者的地球化學親和性顯著不同。原因是:O、S本身的電子層結構差異，獲取電子能力和方式不同；與之結合的陽離子自身的電子層結構。,1.氧和硫性質的差異氧和硫某些化學性質參數,硫的電負性小于氧（Xs）。這樣，硫的外電子聯系較弱，導致硫受極化程度要比氧大得多。為此，硫傾向形成共價鍵（或配價鍵的給予體）氧傾向形成離子鍵（或部分共價鍵）與硫形成高度共價鍵的元素，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）。,2.與之結合的陽離子性質以第四周期部分金屬陽離子為例（電負性）,3.化學反應制動原理在含有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)先與氧結合。這些元素結合完畢后鐵才與氧結合，并耗盡體系中所有的氧，剩下的鐵只能與硫結合或呈鐵的單質，親氧性小于鐵的元素（Cu、Zn）則不可能有機會與氧結合，故鐵起到了制動劑的作用。在與硫結合時，鐵一樣可以起到這樣的作用。這種現象稱為化學反應制動原理。當陰離子不足時，在自然體系中各陽離子將按親和性強弱與陰離子反應，親和性強的陽離子將抑制親和性弱的陽離子的化學反應（這是自然界的競爭機制）。,在地殼中某體系內，陰離子（S2-）不足，地殼中Fe的豐度比Mn高出兩個數量級，況且Fe的親硫性比Mn強。為此在這樣的環(huán)境下，只能產生Fe的硫化物和Mn的氧化物（硅酸鹽）共生現象，絕對不會發(fā)生硫錳礦和鐵的氧化物共生的現象。這就是化學反應抑制原理在起作用！反應自由能：FeSiO3+MnSMnSiO3+FeS(Gr=-11.56KJ,25),實例分析,1.雙重性和過渡性自然界元素的親和性不是絕對的，存