第二章 自然体系中元素共生结合规律课件.ppt

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1、自然元素之间的结合并不是任意的，而是有一定规律的！无论在陨石还是在地球中，物质主要由金属相、硅酸盐相和硫化物相三相组成，而且不同的自然体系中三相的元素组合也惊人的相似。1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？元素的结合、分配受自然体系元素丰度（浓度）和热力学、动力学等多种因素的控制。化学键理论、分子轨道理论、晶体场理论是决定元素结合关系和离子行为最主要的内因。自然界元素结合的基本规律：（1）元素的地球化学亲和性。（2）矿物晶体形成或变化过程的类质同象规律。（3）晶体场理论对过渡族元素行为的控制。2第二章自然体系

2、中元素共生结合规律本章内容自然体系特征自然界元素结合的主要规律元素结合的基本规律——地球化学亲和性微量元素结合的主要规律——类质同像过渡族元素的行为特征——晶体场理论解释3一、自然体系特征（一）基本特征地球化学体系（自然体系）的特征温度、压力等条件变化幅度与实验条件相比是有限的。自然体系是多组分复杂体系：92种元素和354种核素。体系是开放的。分阶段单向演化的特征。自发进行的不可逆过程。4自然稳定相（矿物）及各种流体相的总数有限。元素形成自然分类组合，可按阴离子分类。与各种阴离子结合的阳离子也组成特征各异的共生元素组合。自然稳定相（矿物）都不是纯的化合物。在地壳的物理

3、化学条件下，相似的物质组成和类似的作用过程会使自然过程产物的类型重复出现。自然过程产物的特征一、自然体系特征5（二）自然体系中元素的赋存形式一、自然体系特征元素的赋存形式（elementform)：指元素在一定的自然过程或其演化历史中的某个阶段所处的状态及与共生元素间的结合关系。元素的赋存形式的含义应该包括元素的赋存状态和元素的存在形式。１、元素在固相中的主要赋存形式元素在固相中的存在形式基本能反映固相形成时的物理化学环境。因此研究元素的存在形式可以作为判断已发生过地球化学作用的条件、元素迁移－演化历史特征的依据。6一、自然体系特征元素在固相中的存在形式可以反映固相形

4、成时的物理化学环境。地球化学常见的实验方法中可以测定元素的赋存形式主要有：①独立矿物：一般是常量元素，受化学计量关系及矿物相律制约；②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；③超显微非结构混入物（或称为超显微包裹体）：（<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（其成分和性质不清，下图）；7一、自然体系特征④与有机质结合的形式：金属有机化合物、金属有机络合物、有机胶体吸附；⑤类质同象：在一定的外界条件下结晶时，以原子、离子、络离子或分子为单位随机取代矿物晶格构造位置中的相应质点，其结果：只引起晶格常数的微小改变，

5、晶格构造类型、化学键类型、离子正负电荷的平衡保持不变或相近。8一、自然体系特征一种元素在同一种地质体中可以有多种存在形式。Nb花岗岩中的类质同象形式、独立矿物形式；Pb在热液矿脉中主要以方铅矿和铅硫盐形式存在，部分Pb以类质同象形式进入其他硫化物矿物中。元素的存在形式并非一成不变。岩浆熔体中Pb2+离子或PbS分子；岩浆结晶时类质同象进入钾长石，少量微细PbS分子；热液作用中与Cl-、F-、HS-等结合成络离子，热液脉中形成方铅矿和铅硫盐，部分Pb以类质同象形式进入其他硫化物矿物中。地表风化后转化为白铅矿，还原环境下可生成方铅矿。9（二）自然体系中元素的赋存形式一、自

6、然体系特征依基本组成单位以及聚合体的大小可将元素在水流体相中的赋存形式分为以下几种类型：①离子：几乎所有的元素均可以离子的形式出现；（D＜10-6mm）②分子：水、溶于水的气体、有机物质等；（D＜10-6mm）③胶体：表生地球化学体系的水溶液中，Fe、Mn、Al、Si等溶解度较小的元素及有机物质多以胶体的形式迁移；（D：10-3～10-6mm）④微细颗粒物：通过机械作用形成的细小岩石、矿物颗粒。（D＞10-3mm）10一、自然体系特征依基本组成单位以及聚合体的大小可将元素在水流体相中的赋存形式分为以下几种类型：11一、自然体系特征水溶液中化学元素以何种离子形式出现取决

7、于元素的离子电位。离子电位是反映元素离子大小和离子电荷的综合作用效果的化学参数，它决定了离子吸引价电子的能力。离子电位的实质是：阳离子与H+对氧(O2-)或OH-的争夺能力的不同。这可以用阳离子的离子电位（π）来定性表示：π=Z/R（Z：离子电价，R：离子半径）从静电观点来看，离子电位（π）是离子表面正电荷的一个度量。根据离子电位的大小，分以下三种情况：（下图）12一、自然体系特征离子电位是反映元素离子大小和离子电荷的综合作用效果的化学参数，它决定了离子吸引价电子的能力。13一、自然体系特征第一种情况：电价低半径大的离子，其离子电位小(π＜2.5)，