第三章元素晶体化学性质与结合规律ppt课件.ppt

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1、第三章元素晶体化学性质与结合规律自然元素之间的结合并不是任意的，而是有一定规律的！问题3737410737374107为什么不同岩石、矿物中的元素组合千差万别？为什么有些元素总是相伴出现，而另外一些元素很少共生呢？为什么在自然界多组分复杂的化学体系内，化合物（矿物）却按照特定的比例构成？本章主要内容自然体系特征元素的地球化学亲和性类质同像代换及微量元素共生组合规律晶体场理论在解释过渡族元素的行为特征第一节自然体系特征变化有限的环境条件：环境条件(P、T等)及其变化的速率相对有限，尤其是地球的地壳和地幔部分；多组分的复杂

2、体系：自然体系元素的浓度相差悬殊，作用过程元素以其各自的丰度来决定参加化学反应的量比，这与实验室中通常为高纯试剂的有限组分体系所实现的化学反应有很大区别；自然体系属于开放体系，由此决定地球化学作用中体系与环境之间存在充分的物质和能量交换，而外来成分的加入会不断改变系统内作用的性质和条件；属于不可逆的过程。1-自然界地球化学体系特征自然稳定相（矿物）以及各种流体相的总数有限。自然界的元素和组分种类很多，但浓度差异显著，因此自然界化合物和单质的种类有限。地球的组成和物理化学条件的有限范围控制了矿物的种数和种类。元素形成自然

3、分类组合。地壳中的矿物相只有含氧化合物、硫化物、卤化物自然元素类和稀少的砷化物、硒化物、碲化物等类型，其它形式的矿物稀少或缺乏。2-自然作用的产物特点具有规律的元素组合。元素Cu、Pb和Zn等主要存在于硫化物，常量元素K、Na、Ca、Mg和Mn等及微量元素Nb、Ta、Zr、Hf和REE等主要存在于硅酸盐矿物，而元素Au、Ag和PGE可独立矿物金属互化物。自然稳定相（矿物）都不是纯的化合物。几乎每一种矿物都是一个成分复杂、元素含量有一定变化范围的混合物系列。即相同的矿物具有可变的化学组成。在地壳的物理化学条件下，相似的物

4、质组成和类似的作用过程会使自然作用产物的类型出现重复。2-自然作用的产物特点原生环境表生环境表生环境内生环境温度温度低，变化大温度高，变化小压力常压，变化小高压，变化大空间广阔有限成分富含O2、CO2、多组分水有生物及人类活动参加贫O2、CO2、水化学反应化学反应多、复杂化学反应较少反应方式放热反应吸热反应矿物生成矿物数多，粒经小矿物少，粒经大时空差异时空差异性大时空差异小，易进行全球对比3-自然体系中元素的赋存形式独立矿物：指形成能够用肉眼或在显微镜下进行矿物学研究的颗粒，粒径大于1µm，并且可以用机械的或物理的方法

5、分离出单矿物。固相元素能否形成独立矿物与其丰度有关。常量元素在地壳中主要以独立矿物形式存在，而微量元素及稀有元素只有极少部分能形成独立矿物，绝大多数处于分散状态。自然界的矿物一般都不是按某种化学式来限定成分的纯净化合物，而往往混有杂质，这种杂质按其聚集和赋存状态可分为五种状态：机械分散物以固相或流体相存在，成分不同于主矿物的细小独立矿物或固熔体分离结构吸附相杂质不参加主矿物晶格，在矿物表面、裂隙面等呈吸附状态超显微结构混入物（<0.001mm）它不占主矿物晶格位置，但又不能形成可以进行矿物学研究的颗粒，成分和性质不清与

6、有机质结合的形式金属有机化合物、金属有机络合物、有机胶体吸附类质同象以原子、离子、络离子或分子为单位取代矿物晶格构造位置中的相应质点液相离子元素在水溶液中的常见存在形式：阴、阳离子，络离子，酸根离子等分子H2O、O2、CO2、N2等，有机物也主要以分子形式存在胶体Fe、Mn、Al、Si等溶解度小的元素的主要存在形式微细颗粒物π<2.5形成简单阳离子和OH-π=2.5~8两性，在天然水溶液中生成氢氧化物沉淀，还可以形成络离子而迁移π>8酸性离子，主要呈易溶的酸根离子形式迁移4-元素赋存形式的研究方法矿物学观察及X射线衍射

7、法（XRD）电子探针的应用（SEM-EDX）同步辐射（XANES，EXAFS）萃取法（偏提取）XRDSEM-EDX单一提取连续提取萃取法（偏提取）常用试剂的分解提取作用纯水：提取活动性的自由离子部分。过氧化氢：为强氧化剂，可以氧化硫化物、有机物。次氯酸钠：强烈氧化剂，破坏有机物，氧化硫化物成硫酸盐。草酸：还原性弱酸，不破坏粘土矿物，而能使高价铁还原为二价铁，然后被络合而溶解。盐酸羟胺：有机还原试剂，能使三价铁还原为二价铁，从而使铁的氢氧化物溶解。连二亚硫酸盐：对晶质铁锰氧化物有较强的提取能力。柠檬酸盐与酒石酸：有机络合

8、剂。焦磷酸钠：用以提取有机金属化合物。MgCl2：是一种强电介质无机盐，常用以交换吸附态的金属离子。顺序提取物形式提取剂与方法1水溶相、吸附相和碳酸盐相1MHAC溶液，振荡分离，清液供测定。残渣留作下一项。2氧化锰及结合的金属向上步残渣加入0.1MNH2OH·HCl—0.01MHNO3的混合溶液，振荡，离心分离用0.1MHCl洗涤