中国地质大学地球化学全套ppt课件

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
** 现状：“阴阳失衡”，阴离子 阳离子。
** 结果：地球化学作用过程阳离子对阴离子的争夺→不同的
阳离子与不同的阴离子化合。
什么是地球化学亲和性？ 在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出有选择
地与某种阴离子结合的特性。
为什么元素的表现出地球化学亲和性？ 1. 元素本身性质(结构)； 2. 元素结合的物理化学条件.（宏观上：元素化合反应的能量效应）
实际状况
争夺阴离子 的能力很强
**一部分元素:只“喜欢”与氧结合形成氧化物和氧盐
类。？？
争夺阴离子 的能力较强
**另一些元素: “喜欢”与硫结合形成硫化物。？？
**还有一些元素： “喜欢”“孤芳自赏” ，元素离子自 身相互结合或与其 它金属相互结合而形成金属单质或金属 互化物？？
争夺阴离子 的能力较弱
常量元素
1. 元素的地球化学亲和性
微量元 素
2. 矿物晶体形成和变化过程的类质同像法则
3. 过渡元素地球化学行为的控制-晶体场理论
过渡族元素
第一讲
§1 元素的地球化学亲和性
一、元素的地球化学亲和性— 控制元素在自然界相互组合的最基本规律
自然体系中
自然界的： 趋势-形势-现实
** 元素最普遍的结合方式是：阳离子+阴离子。
答
案第第二二个个基基本本课课题题: :
自然界元素共生结合规律 自然界元素共生结合规律
自然界元素结合主要有两种化学键：
1. 同种或性质相似元素结合→ 非极性键，一般形成共 价键；
2. 异种元素结合→ 极性键，一般形成离子键。
自然界元素结合特点：
1. 多键性和过渡性； 2. 自然界形成的化合物（矿物）都是不纯的，每一种
在地壳中，易于获得电子，成为阴离子，并与 其他元素结合的元素中，丰度最高的为氧，其次 是硫。两者的地球化学亲和性显著不同。原因是: ① O、S 本身的电子层结构差异，获取电子能力和 方式不同； ②与之结合的阳离子自身的电子层结构。
1. 氧和硫性质的差异 氧和硫某些化学性质参数
I1(ev) Y1 Y2 Y1+2 X R0 R 2- 丰度
受极化 程度要比氧大得多。
为此，硫倾向形成共价键（或配价键的给予体） 氧倾向形成离子键（或部分共价键） 与硫形成高度共 价键的元素，称亲硫元素（具亲硫性）;
与氧形成高度离子键的元素称亲氧元素（具亲氧性）。
2. 与之结合的阳离子性质
以第四周期部分金属阳离子为例（电负性）
3. 化学反应制动原理
在含有K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn及O、S的体系中， 若体系氧 不足，亲氧性大于铁的元素（K、Ca、Mn）优先与氧结合。这些元素结 合完毕后铁才与氧结合，并耗尽体系中所有的氧，剩下的铁只能与硫结 合或呈铁的单质，亲氧性小于铁的元素（Cu、Zn）则不可能有机会与 氧结合 ，故铁起到了制动剂的作用。在与硫结合时，铁一样可以起到这 样的作用。
I1Pt = 8.88电子伏特 I1Pd = 8.30电子伏特 I1Ni = 7.61电子伏特 I1Co = 7.81电子伏特
Pt等元素在自然界往往 以金属状态出现。
代表性的亲铁元素： 铂族(Pt,Pd,Os,Ir,Ru,Rh) 、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni等
四、亲氧性和亲硫性（亲石性和亲铜性）
IA,IIA主族及 其邻近
亲氧性元素 特征是：离子半径较小，具有惰性气体型的电子层构
型，电负性较小。 如K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；
亲硫性元素
特征是：离子半径较大，具有铜型的电子层构型，如
Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；
IB,IIB副族及 其邻近
亲铁性元素
特征是：电子层构型为18或18+2外层电子 层结构，离子电离能较高，电负性中等，不 容易得和失电子，在单质或金属互化物中共 享自由电子。如Cu、Au、Ag 、Fe、Co、 Ni和Pt族元素等。
上述现象最早是戈尔德施密特发现： 观察欧洲曼斯费尔德铜矿石冶炼过程中注意到，矿石经冶炼后
在炉中形成四个相:金属相、重金属硫化物、硅酸盐炉渣和气相 (CO2，H2O）。
→戈尔德施密特把冶炼过程和陨石中所观察到的铁陨石、陨硫铁
以及球粒陨石的化学成分相对比，并结合地质作用中的矿物组合 和元素共生规律,
→提出了把元素分为亲氧、亲硫、亲铁、亲气和亲生物的分类。 →并推测地球内部的壳层结构也应有类似的化学成分的分异。
矿物都构成一个成分复杂、含量变化的混合物系列。
元素结合规律可从两个不同侧面来衡量：
1. 能量：
满足什么条 件可结合?
2.
衡量元素结合的能量参数有
电负性（X）、电离势（I）、电子亲和能（E）、 晶格能（U）;
2. 空间几何形式：
3.
半径（原子、离子）、配位数、原子和离子
极化、最紧密堆积等。
本章讨论: 自然界控制元素结合的主要规律
第二章
自然体系中 元素共生结合规律
眼前的事实!
金属相中Fe、Ni、 Co、 Pt等元素共生； 陨石中 硅酸盐相中主要是Si、O、Al、Mg、Fe元素组合；
硫化物相中有S、Fe、Cu、Ni、Co、Zn等元素。
地壳中
超基性，基性岩 酸性岩 碱性岩
元素组合差别很大 提出的问题?
1. 为什么不同岩石、矿物中的元素组合千差万别呢？ 2. 为什么有些元素总是相伴出现，而另外一些元素彼此很少共生呢？
二、元素地球化学亲合性的分类
在地球和地壳系统中，元素丰度值最高的阴离子是氧， 其次是硫；在地球系统中能以自然金属形式存在的丰 度最高的元素是铁。因此，在自然体系中元素的地球 化学亲合性分类主要有：亲氧性、亲硫性和亲铁性。
元素相应的分为：亲氧性元素（oxyphile element or lithophile element）、亲硫性元素（sulfophile element）和亲铁性元素（Siderophile element）。
细说之
三、亲铁性
元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。 在自然界中，特别是O、S丰度低的情况下，
一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共 生，称之为亲铁元素。
基本特征：不易与其他元素结合，因为它们的
价电子不易丢失（具有较高电离能）。
例
I1Au=9.2电子伏特， I1Ag=7.5电子伏特， I1Cu=7.7电子伏特 另外,周期表VIII族过渡金属元素（铂族元素）具明显亲铁 性：
（2S2P）氧 13.57 -1.47 +7.29 +5.82 3.5 0.66Å 1.32Å 47% （3S3P）硫 10.42 -2.08 +3.39 +1.32 2.5 1.04Å 1.74Å 0.047%
硫的电负性小于氧（Xs<Xo），而硫的原子半径大于氧
（
R
0 s
>
R
0 o
）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫