施密特元素分类
元素的分类
Partitioning between crystalline and liquid phases Partition coefficient:
D << 1, incompatible elements Large lon Lithophile Elements(LILE) >> K, Rb, Sr, Ba, >> Zr, U, Th, REE,etc. D>1, compatible elements >> Ni, Cr, Co,etc.
轻稀土:La—Nd 中稀土:Sm—Ho
ΣY 族稀土:Gd—Y 重稀土(HREE)
重稀土:Er—Lu+Y
稀土元素的主要性质
★ 稀土元素属新增电子充填在4f亚层的“4f型元素”：造成了电子和
原子核之间吸引力的连组增加，从而使原子受到收缩．随着原 子序数增加，稀土元素的原子(离子)半径减少． “镧系收缩” 因此， “镧系收缩”决定了它们的晶体化学、地球化学性质 非常相似．
亲生物元素：C N H O P B Ca Cl Na Si
By comparing the free energies of formation with those of ferrous
sulfide and ferrous silicate, it is possible to deduce which elements are siderophile, those which are chalcophile and which are lithophile.
（一）PROPERTIES OF
1.什么是稀土元素
REE
以往由于分析技术水平低，误认为他们在地壳中很稀少，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（稀土元素）的地壳丰度为0.017%，其中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 。 我国内蒙白云鄂博稀土矿
元素地球化学
亲气元素atmophile：组成地球大气圈的主要元素,惰性气体元素,以及主要呈易挥发化合物存在的元素。如氢、氮、碳、氧、及惰性气体元素等。
亲生物元素biophile：集中在有生命的动植物内的元素。C, H , O, N, P, S, Cl, I, (B), (Ca, Mg, K, Na), (V, Mn, Fe, Cu)
◆元素地球化学主要研究内容和任务：
（1）每个或每组化学元素的地球化学性质；
（2）元素或元素群在自然界的分布、分配情况；
（3）元素相互置换、结合、分离的规律和机制；
（4）元素的存在形式、组合特点、迁移条件；
（5）每个元素的地球化学旋回及其演化历史和原因
（6）应用于地球资源、环境和材料的研究、预测、开发和保护。
亲铁元素Siderophile：富集于陨石金属相和铁陨石中的化学元素。它们与氧和硫的结合能力均弱,并易溶于熔融铁中；在地球中相对于地壳和地幔,明显在地核内聚集。其离子最外层电子数在8～18之间。典型的秦铁元素有镍、钴、金、铂族元素。
亲石元素lithophile：在陨石硅酸盐相中富集的化学元素;在地球中它们明显富集在地壳内,有较大的氧化自由能。在自然界中都以氧化物,含氧盐，特别是硅酸盐的形式出现。如硅、铝、钾、钠、钙、镁、铷、锶、铀、稀土元素等。其离子最外层电子数为2或8。
◆ 有关其他元素分类的常用术语：
常量元素：组成物质主要结构和成分的元素，它们常占天然物质总组成的99%以上，并决定了物质的定名和大类划分。
微量元素(trace element, microelement)：物质中除了那些构成主要结构格架所必须的元素之外，所有以低浓度存在的化学元素。其浓度一般低于0.1%，在大多数情况下明显低于0.1%而仅达到ppm乃至ppb数量级。
戈尔德施密特元素地球化学分类基本思想
戈尔德施密特元素地球化学分类基本思想
戈尔德施密特元素地球化学分类基本思想是一种用于研究地球化学的分类方法，它是由德
国地球化学家和矿物学家Friedrich Goldschmidt于1927年提出的。
该分类方法基于元素
的化学性质，将元素分为四类：大量元素、稀有元素、超稀有元素和极稀有元素。
大量元素是指地壳中含量最多的元素，它们包括氧、碳、氢、氮、磷、钾、钙、镁、铁等。
这些元素在地壳中的含量超过99%，它们是地球上最常见的元素，也是地球上最重要的元素。
稀有元素是指地壳中含量较少的元素，它们包括锶、锆、铬、钼、铜、锡、铍、钴、钒、铋等。
这些元素在地壳中的含量介于0.1%到1%之间，它们是地球上较为稀有的元素，也是地球上重要的元素。
超稀有元素是指地壳中含量极少的元素，它们包括镉、铱、钌、钯、铑、钐、钽、铼、锇、铑等。
这些元素在地壳中的含量介于0.001%到0.1%之间，它们是地球上极为稀有的元素，也是地球上重要的元素。
极稀有元素是指地壳中含量极少的元素，它们包括钋、钌、铱、锕、钛、钽、铑、钐、铼、锇等。
这些元素在地壳中的含量介于0.00001%到0.001%之间，它们是地球上极为稀有的元素，也是地球上重要的元素。
戈尔德施密特元素地球化学分类基本思想是一种有效的地球化学分类方法，它可以帮助我们更好地理解地球化学，并为研究地球化学提供有效的参考。
地球化学考点整理
一、主量元素：把研究体系（矿物、岩石）中元素含量大于1%的元素称为主量元素。
微量元素：研究体系中浓度低到可以近似地服从稀溶液定律的元素称为微量元素。
二、放射性同位素：原子核不稳定，它们以一定方式自发地衰变成其他核素的同位素。
放射性成因同位素：由放射性元素衰变而形成的同位素。
三、能斯特分配系数：在一定的温度、压力条件下，当两个共存地质相A、B平衡时，以相同形式均匀赋存于其中的微量组分i在两相中的浓度比值为一常数，该常数称为能斯特分配系数。
四、元素的地球化学亲和性：在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出来的有选择地与某种阴离子结合的特性，称为元素的地球化学亲和性。
五、高场强元素：离子半径小，离子电荷高，离子电位>3，难溶于水，化学性质稳定，为非活动性元素。
如：Th、Nb、Ta、Zr。
大离子亲石元素：离子半径大，离子电荷低，离子电位<3，易溶于水，化学性质活泼，地球化学活动性强。
如：Rb，K，Cs，Ba。
六、亲铁元素：在自然体系中，特别是在O、S丰度低的情况下，一些金属元素不能形成阳离子，只能以自然金属形式存在，它们常常与金属铁共生，以金属键性相互结合，这些元素具有亲铁性，属于亲铁元素。
七、放射性同位素的衰变方式：（1）β-衰变：原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电子，β-质点被射出核外，同时放出中微子v。
（2）电子捕获：原子核自发地从K或L层电子轨道上吸取一个电子（多数为K层，故又称K层捕获），与一个质子结合变成一个中子。
（3）α衰变：重核通过放射出由两个质子和两个中子组成的α质点而转变成稳定核。
（4）重核裂变：重同位素自发地分裂成2或3个原子量大致相同的碎片。
八、盐效应：当溶液中存在易溶盐类（强电解质）时，溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响，表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大，称盐效应。
电负性：电负性等于电离能（I）与电子亲和性（E）之和X=I+E，可用于度量中性原子得失电子的难易程度。
2.1 元素地球化学分类
四、其它分类
2. Nernst配分（分布）系数与元素分类 配分（ 配分 分布） 元素在岩浆部分熔融与 元素在岩浆部分熔融与 结晶分异过程行为差异
i Ds / l
Ci = s Ci l
i Ds / l >1
Dis / l <1
相容元素
不相容元素
四、其它分类
3. 溶解度：可溶性元素 vs. 中等可溶性元素 vs. 不溶元素 溶解度： vs. vs. 4. 化学反应速率：活动（泼）元素 vs. 不活动（泼、惰性） vs. 不活动（ 惰性） 化学反应速率：活动（ 元素； vs. 元素；流体活动性元素 vs. 熔体活动性元素 5. 软硬酸碱理论：酸性元素 vs. 碱性元素 软硬酸碱理论： vs.
地球化学
（Geochemistry） Geochemistry）
中国科学技术大学地球与空间科学学院 2009年 2009年2月24日 24日
地球化学授课提纲（I） 地球化学授课提纲（
第二讲 元素地球化学 2.1. 元素地球化学分类 2.2. 地壳地球化学组成 2.3. 地幔地球化学组成 2.4. 地核地球化学组成 2.5. 地球与太阳系地球化学组成 2.6. 地球化学热力学平衡与微量元素应用
可视化元素周期表网站 /viselements/ /
1. 元素地球化学分类
一、哥尔德施密特分类 二、查瓦里茨基分类 三、费尔斯曼分类 四、其它分类
一、哥尔德施密特分类（1923） 哥尔德施密特分类（1923）
矿化剂元素族、 铁族元素、 矿化剂元素族 、 铁族元素 、 稀有稀土元素 钨钼元素族、 铂族元素、 族 、 钨钼元素族 、 铂族元素 、 硫化物成矿 元素族、 半金属和重化剂族、 元素族 、 半金属和重化剂族 、 重卤素族以 及放射性元素12个族 及放射性元素12个族
地球化学复习重点
绪论:1. 地球化学:地球化学是研究地球及其子系统(含部分宇宙)的化学组成、化学作用和化学演化的科学.2. 地球化学研究的基本问题:①元素(同位素)在地球及各子系统中的组成②元素的共生组合和存在形式③研究元素的迁移④研究元素(同位素)的行为⑤元素的地球化学演化3. 地球化学的研究思路:"见微而知著"。
通过观察原子、研究元素(同位素),以求认识地球和地质作用地球化学现象。
4. 简述地球化学的研究方法:A. 野外工作方法:①宏观地质调研②运用地球化学思维观察、认识地质现象③在地质地球化学观察的基础上,根据目标任务采集各种地球化学样品B.室内研究方法:④量的测定,应用精密灵敏的分析测试方法,以取得元素在各种地质体中的含量值⑤质的研究,也就是元素结合形态和赋存状态的研究⑥动的研究,地球化学作用过程物理化学条件的测定和计算。
包括测定和计算两大类。
⑦模拟地球化学过程,进行模拟实验。
⑧测试数据的多元统计处理和计算。
第一章:基本概念1. 地球化学体系:我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系,每个地球化学体系都有一定的时间连续,具有一定的空间,都处于特定的物理化学状态(T、P 等)2. 丰度:一般指的是元素在这个体系中的相对含量(平均含量)。
3. 分布:元素的分布指的是元素在一个化学体系中(太阳、陨石、地球、地壳、某地区)整体的总的含量特征。
4. 分配:元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域、各个区段中的含量。
5. 研究元素丰度的意义:①元素丰度是每一个地球化学体系的基本数据以在同一体系中或不同体系中用元素的含量值来进行比较,通过纵向(时间)、横向(空间)上的比较,了解元素基本特征和动态情况,从而建立起元素集中、分散、迁移等系列的地球化学概念。
是研究地球、研究矿产的重要手段之一。
②研究元素丰度是研究地球化学基础理论问题的重要素材之一。
宇宙天体是怎样起源的?地球又是如何形成的?地壳中主要元素为什么与地幔中的主要元素不一样?生命是怎么产生和演化的?这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度分布特征和分布规律。
勘查地球化学
绪论勘查地球化学是20世纪30年代兴起的地学最年轻的分支学科之一。
它是地学与化学相结合的产物，即化学方法找矿，简称化探。
随着社会进步与发展，地球化学找矿已以从纯粹的找矿领域拓展到环境地球化学、工程地球化学、农业地球化学、基础地质研究等领域。
“化探（地球化学找矿）”这一名词逐步被勘查地球化学所取代。
5※<一.概念>20世纪中叶，原苏联学者认为：“地球化学找矿是根据基岩及其覆盖层中、地下水及地表水流中、植物中、土壤中和气体中的含矿物质不明显的微观晕，以发现矿床的一种找矿方法。
”西方国家的学者对地球化学找矿的定义则是：“地球化学找矿是基于系统的测定天然物质中一种或数种化学物质的任何勘查方法。
”我国学者认为：“勘查地球化学是为了各种不同目的，系统地在不同比例尺与规模上考察地壳元素的分布变化，应用化学元素分布分配、共生组合及变化规律来指导找矿等的应用学科。
”5※<二.勘查地球化学发展史>勘查地球化学是从一种找矿技术地球化学找矿发展起来的年轻的地学分支。
地球化学探矿最早是在北欧和前苏联发展起来的，受到了几位大师的影响。
一个是戈尔德施密特，他在挪威的哥廷根实验室开始使用光谱技术，于是有了痕量地球化学的发展。
另外两位是俄罗斯的维尔纳茨基和费尔斯曼。
我国在勘查地球化学领域做出杰出贡献的是谢学锦院士。
V.M.戈尔德施密特Goldschmidt,Victor Moritz1888年生于瑞典苏黎世，其父亲是一位颇有名望的奥斯陆大学物理化学家。
1911年在奥斯陆大学获得了哲学博士学位，毕业论文：地壳中矿物学变化的相位定律。
1929年在哥廷根大学任职。
戈尔德施米特使矿物学不再是一门纯描述性的学科。
如同古腾贝格是地球物理的倡导者一样，戈尔德施米特是地球化学的先驱者。
戈尔德施米特是犹太人，在集中营关押时期健康受到严重损害，1947年卒于挪威奥斯陆。
贡献1：1917年在挪威奥斯陆创立了晶体化学新学科，并在此基础上开创了微量元素地球化学的研究，揭示微量元素在岩石及矿物中存在形式和分布规律。
地球化学（复习资料）
地球化学（复习资料）第⼀章1.克拉克值：元素在地壳中的丰度，称为克拉克值。
元素在宇宙体或地球化学系统中的平均含量称之为丰度。
丰度通常⽤重量百分数（%），PPM（百万分之⼀）或g/t表⽰。
2.富集矿物:指所研究元素在其中的含量⼤⼤超过它在岩⽯总体平均含量的那种矿物。
3.载体矿物:指岩⽯中所研究元素的主要量分布于其中的那种矿物。
4. 浓集系数=⼯业利⽤的最低品位/克拉克值。
为某元素在矿床中可⼯业利⽤的最低品位与其克拉克值之⽐。
5.球粒陨⽯：是⽯陨⽯的⼀种。
（约占陨⽯的84%）：含有球体，具有球粒构造，球粒⼀般为橄榄⽯和斜⽅辉⽯。
基质由镍铁、陨硫铁、斜长⽯、橄榄⽯、辉⽯组成。
划分为： E群——顽⽕辉⽯球粒陨⽯，⽐较稀少；O群——普通球粒陨⽯: H亚群—⾼铁群，橄榄⽯古铜辉⽯球粒损⽯；L亚群—低铁群，橄榄紫苏辉⽯球粒陨⽯； LL亚群—低铁低⾦属亚群；C群——碳质球粒陨⽯，含有碳的有机化合物和含⽔硅酸盐，如烷烃、芳烃、烯烃、氨基酸、卤化物、硫代化合物等。
为研究⽣命起源提供重要信息。
分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。
Ⅰ型其⾮挥发性组成代表了太阳系星云的⾮挥发性元素丰度。
6.浓度克拉克值=某元素在地质体中的平均含量/克拉克值,反映地质体中某元素的浓集程度。
1.陨⽯在地化研究中的意义：（⼀）陨⽯的成分是研究和推测太阳系及地球系统元素成分的重要依据：（1）⽤来估计地球整体的平均化学成分。
○1陨⽯类⽐法，即⽤各种陨⽯的平均成分或⽤球粒陨⽯成分来代表地球的平均化学成分。
○2地球模型和陨⽯类⽐法来代表地球的平均化学成分，其中地壳占质量的1%，地幔31.4%，地核67.6%，然后⽤球粒陨⽯的镍—铁相的平均成分加5.3%的陨硫铁可以代表地核的成分，球粒陨⽯的硅酸盐相平均成分代表地壳和地幔的成分，⽤质量加权法计算地球的平均化学成分。
（2）I型碳质球粒陨⽯其挥发性组成代表了太阳系中⾮挥发性元素的化学成分。
（⼆）陨⽯的类型和成分是⽤来确定地球内部具层圈结构的重要依据：由于陨⽯可以分为三种不同的陨⽯—⽯陨⽯、⽯铁陨⽯和铁陨⽯，因⽽科学家设想陨⽯是来⾃某种曾经分异成⼀个富含⾦属的核和⼀个硅酸盐外壳的⾏星体，这种⾏星经破裂后就成为各种陨⽯，其中铁陨⽯来⾃核部，⽯铁陨⽯来⾃⾦属核和硅酸盐幔的界⾯，⽽⽯陨⽯则来⾃富硅酸盐的幔区。
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元素地球化学分类
yuansu diqiu huaxue fenlei
元素地球化学分类
geochemical classification of the elements
在元素周期表的基础上，结合元素的自然组合及各种地球化学特征，对化学元素进一步的分类。
它反映了化学元素在自然界的分布规律及其相互间的共生组合特征与其原子结构的密切关系。
元素的地球化学分类较多，被广泛采用的是V.M.戈尔德施密特及A.H.扎瓦里茨基的分类。
戈尔德施密特的分类是以其地球起源和内部构造的假说为基础的，他根据化学元素的性质与其在各地圈内的分配之间的关系，将元素分为4个地球化学组，如图1戈尔德施密特元素地球化学分类图所示。
①亲石元素，离子最外层具有2个或8个电子，呈惰性气体型稳定结构，与O、F、CL亲合力强，多组成氧化物或含氧盐，特别是硅酸盐,形成大部分造岩矿物,并主要集中在岩石圈；②亲铜元素，离子最外层具有 18个电子的铜型结构，与S、Se、Te亲和力强，多形成硫化物和复杂硫化物；③亲铁元素，离子最外层具有8～18个电子的过渡型结构，与O及S的亲和力均较弱,主要集中在地球深部的铁镍核中；④亲气元素，为惰性气体，呈原子或分子状态集中在地球的大气圈中。
此外，戈尔德施密特还划分出亲生物元素，这些元素多富集在生物圈中。
扎瓦里茨基的分类能够从原子结构这一最本质的原因去理解元素在自然界的分布与组合规律。
按这种分类，化学元素被分成 12族（图2扎瓦里茨基元素地球化学分类图）:①氢族；②造岩元素族(Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba)；③惰性气体族 (He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)；④挥发分元素族(B、C、N、O、F、P、S、Cl)；⑤铁族(Ti、V、Cr、Mn、F e、Co、Ni);⑥稀土稀有元素族 (Sc、Y、Zr、Nb、TR、Hf、Ta等)；⑦放射性元素族(Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U等）；⑧钨钼族 (Mo、Tc、W、Re)；⑨铂族(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)；⑩硫化矿床成矿元素族 (Cu、Zn、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、H g、Tl、Pb等)；□半金属元素族(As、Sb、Bi、Se、Te、Po)；□重卤素元素族(Br、I、At)。
除了上述这些系统的分类外，还有根据特定的地质作用对元素进行地球化学分类的。
如在描述岩浆分异结晶作用或部分熔融过程中，把进入结晶相或残留相的称为相容元素，而进入熔体相的称为不相容元素等。
参考书目南京大学地质学系编：《地球化学》（修订本），科学出版社，北京，1979。
赵伦山、张本仁编著：《地球化学》，地质出版社，北京，1988。
（王中刚）。