GeoChem 2.4.ppt

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1、第二章微量元素地球化学2/55本章主要内容第一节微量元素基本概念第二节共存相中微量元素的分配规律第三节岩浆作用中微量元素的定量模型第四节稀土元素地球化学第五节微量元素地球化学应用Geochemistry第二章微量元素地球化学Ch2TraceElementGeochemistry第四节稀土元素元素地球化学地球化学3/55本讲主要内容一、稀土元素的组成二、稀土元素的基本性质三、稀土元素组成模式和常用参数4/551.稀土元素组成57LaCePrNd(Pm)SmEuGdTb镧铈镨钕钷钐铕钆铽DyHoErTmYb71Lu39Y镝钬铒铥镱镥钇即：镧系元

2、素和钇，第三副族元素一、稀土元素的组成5/552.稀土名称的由来(REE:Rare-earthElement）以往由于分析技术水平低，误认为它们在地壳中很稀少，另外它们一般发现于富集的风化壳上，呈土状，故名稀土。实际上稀土并不稀，REE的地壳丰度为0.017%，Ce、La、Nd的丰度比W、Sn、Mo、Pb、Co还高。中国是稀土大国，我国的稀土矿尤为丰富。一、稀土元素的组成6/553.分组1）两分法：ΣCe族稀土:La—Eu轻稀土（LREE）ΣY族稀土:Gd—Y重稀土（HREE）Gd以后4f电子自旋方向改变。一、稀土元素的组成7/55一、稀土

3、元素的组成83.分组1）两分法：ΣCe族稀土:La—Eu轻稀土（LREE）ΣY族稀土:Gd—Y重稀土（HREE）Gd以后4f电子自旋方向改变。一、稀土元素的组成9/553.分组2）三分法：轻稀土La—Nd中稀土Sm—Ho重稀土Er—Lu+Y一、稀土元素的组成10/55稀土元素地球化学在微量元素地球化学中占据很重要的地位，这是由稀土元素以下四个特点所决定的：1.它们是性质极相似的地球化学元素组，在地质、地球化学作用过程中作为一个整体而活动（所谓集体观念强）；2.它们的分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学过程的性质（良好的示踪剂）；二、稀土元素的

4、基本性质11/553.稀土元素除受岩浆熔融作用外，其它地质作用基本上不破坏它的整体组成的稳定性（应变能力强）。4.它们在地壳岩石中分布较广（广泛性）。在目前测试技术水平大大提高的前提下（JA—1600电感耦合体发射光谱法精度可达ppb—十亿分之一），它们得以广泛应用。二、稀土元素的基本性质12/55由于镧系元素特殊的电子层结构，导致从La到Lu的离子半径随原子序数增加而递减，这种反常的现象就是所谓的镧系收缩。镧系收缩使各稀土元素之间的晶体化学性质非常相似，这是它们在自然界共存的主要原因。二、稀土元素的基本性质13/55其共性：原子结构相似离

5、子半径相近自然界中密切共生二、稀土元素的基本性质14/55镧原子呈基态时,其外层电子构型为5d16s2,但下一个元素铈有一个电子充填于4f亚层中。后面的元素的电子均是充填在4f亚层,直至镱(Yb)将4f亚层完全充满为止。4f亚层的电子由于受到5s2和5p6亚层中8个电子很好的屏蔽,它们很少参与化学反应。二、稀土元素的基本性质15/55因此4f亚层中电子数目的差异不会引起元素化学行为的明显不同，也不会引起显著的配位场效应。所以，REE在很多地质体中都倾向于成组出现。在自然界，当硅酸盐相与金属硫化物相共存时，REE优先浓集于硅酸盐中，它们具亲石

6、性(亲氧性)。它们主要呈痕量存在于许多矿物中，很少以高浓集状态产出因此，REE在地球系统中具微量元素的特性。二、稀土元素的基本性质16/55REE是强的正电性元素,在结合性质上以离子键性为特征,只含有极小的共价成分。57-71号“镧系元素”最外层的电子构型相同,易失去6s亚层上的两个电子,然后丢失1个5d(或4f)电子,因为5d或4f电子在能量上接近6s电子。常呈三价。Y是5周期过渡元素的起点，次外层d型充填，外电子排布为5s24d1，呈三价阳离子。二、稀土元素的基本性质17/55ThePeriodicTablewithElectronic

7、ConfigurationoftheElements二、稀土元素的基本性质18/555dElectronsandOrbitals二、稀土元素的基本性质19/55二、稀土元素的基本性质20/55在自然界稀土元素组中最稳定的三个元素La（f0）—代表轻稀土Eu（f7）Lu（f14）—代表重稀土3)二个变价元素及其形成条件Eu:[Xe]4f76s2最稳定,它仅失去6s层上两个电子,呈Eu2+,(Eu3+)Ce正好相反，具有最不稳定的[Xe]4f15d16s2电子充填，Ce4+具有[Xe]（Ce3+）。二、稀土元素的基本性质21/55由于Eu2+与

8、Ca2+晶体化学性质相似，往往可以使Eu2+脱离REE3+整体，而单独活动，这样在岩浆早期富Ca2+的环境中，斜长石一般含较高的Eu2+，形成斜长石的“正铕异常”。而Ce3+Ce