地球化学 第五讲 微量元素地球化学课件.ppt

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1、第五部分微量元素地球化学微量元素地球化学是研究微量元素在地球及其子系统中的分布特征、化学作用及化学演化的一门分支学科。它根据系统的特征和微量元素的特性，阐明他们在地球系统中的分布分配，在自然体系中的性状以及在自然界的运动过程和演化历史。　(定义，意义）微量元素可以作为地质—地球化学作用的示踪剂，其特色之处就是能近似定量地解决问题，使实际资料与模型设计结合起来。为此，他们在解决当代地球化学的基础理论问题—如天体、地球、生命和元素的起源，为人类提供充足资源和良好生存环境等方面正发挥着重要作用。微量元素地球化学

2、是地球化学另一重要分支。微量元素虽然在体系中含量少，但相对于常量元素来说，其在研究体系演化具有重要的优势：a.变化范围大，更易反演演化过程。从超基性→酸性岩：SiO245526572(%)1.7倍Rb0.24.51002000(ppm)10000多倍b.种类多，提供更多的信息。地壳中主要元素约10多种，但占总量的99%，如≥1%的元素有OCaAlMgFeSiKNa，在（1-0.1%)间约有20多种（PMnTi)。而微量元素仅占总量的1%，但其种类有80多种。因此，为反演元素迁移规律及演化过程提供更多的信息

3、。c.含量少，但其环境意义重大。如人体内元素含量过量或缺乏都会引起功能失衡:F：氟斑牙和氟骨症（过量），As：黑脚病。I：甲状腺肿大、克汀病。Cr:骨痛痛。微量元素含量变化影响环境：大气CO2与全球气温变化。臭氧（O3）d.灵敏度高。如不同成因的花岗岩87Sr/86Sr仅差不到0.01。透辉石在Cr含量0.05ppm时变成绿色。由于微量元素在指示地球演化中具有广泛意义，近40年来，微量元素地球化学得到迅速发展。其突出贡献是定量地解决地球演化的问题。第一节微量元素地球化学应用的理论基础一、基本概念和定律1、

4、微量（minor）或痕量（trace）元素定义：定义一：有人把地球化学体系中低于0.1%的元素，通称为微量元素。然而，所谓主量和微量元素在自然界不同体系中是相对的概念，常因所处的体系不同而异，如K在地壳整体中是主量元素，但它在地幔中和陨石中却被视为微量元素。Zr在地壳中为微量元素，但在锆石系统中为主要元素。定义二：1968年Gast对微量元素的定义是:不作为体系中任何相的主要化学计算组分存在的元素。定义三：有的学者根据元素在所研究的地球化学体系中的浓度低到可以近似服从稀溶液定律（亨利定律，后面讲）的范围，

5、则称该元素为微量元素。总的来说，微量元素含量低、低到不参与化学组分计算和服从亨利定律。2、溶质和溶剂定义：溶质；溶液中占次要含量的组分。溶剂；溶液中占主要含量的组分。对于微量元素体系来说，常量元素是溶剂，微量元素是溶质。如[Fe,Mg]SiO4体系中有Ni作为类质同像,相当于NiSiO4溶质溶于橄榄石中。3、稀溶液性质：（1）拉乌尔定律：一定温度下，溶剂活度等于纯溶剂活度与其摩尔分数的乘积：活度对于固体或液体用aj表示，气体用逸度表示。如[Fe,Mg]SiO4体系中有Ni,相当于NiSiO4溶质溶于橄榄石

6、中。溶剂活度等于纯[Fe,Mg]SiO4活度与其摩尔分数之积。混合组成的溶液往往在整个浓度范围内都符合这一规律,这类溶液称为理想溶液。不符合拉乌尔定律的溶液则称为非理想溶液。（非理想曲线）系数由溶剂性质决定(2)理想溶液IdealSolution在理想溶液中，具有相同粒子体积和晶格键力的组份混合不造成体系分子能态和体积的任何变化。在这种情况下，质点无作用力，无体积变化，体系在混合过程既不吸热也不放热，因此，在理想状态下混合组份的活度（ai）等于它们的浓度：ai=Xi（3）亨利定律当非理想组份越来越被稀释时

7、，组份在溶剂中越来越分散，以至于最终其周围的离子或分子氛围变成相同状态。因此，在高度稀释时，组份的活度与其浓度之间呈正比例变化，在右图中用虚线表示，即有ai=hiXi式中hi是比例常数,又称亨利常数。亨利定律：在一定温度下，溶质活度与溶质摩尔分数成正比。由图可见系数不一样。（4）拉乌尔定律和亨利定律关系拉乌尔定律是理想溶液状态下溶剂活度与摩尔分数关系。亨利定律在非理想情况下，微量元素浓度小，可近似地看成线性关系，系数与T、P有关。拉乌尔定律适用于稀溶液溶剂有关。而亨利定律亨利系数由溶质和溶剂共同决定。（溶

8、质对溶剂来说，微不足道）aiXi理想溶液非理想溶液拉乌尔定律亨利定律011当稀溶液中溶剂分子多，受溶质影响较少，其活动系数由溶剂来决定。而稀溶液中溶质较少，其活动由溶剂和溶质共同作用。所以：微量元素低含量服从亨利定律，即在元素含量低的情况下两者近似呈线性关系，且比例系数与溶剂间存在差异。拉乌尔定律仅适合理想溶液。（1）拉乌尔定律适用于稀溶液的溶剂和理想溶液，而亨利定律适用于溶质；（2）拉乌尔定律中的比例常数是纯溶剂决定，与溶质