地球化学复习

发布 2022-01-10 23:09:28 阅读 6144

克拉克值:元素在地壳中的丰度。

浓度克拉克值:是元素在某一地质体中的平均含量与其克拉克值之比,反映元素在地质体中的浓集程度。

浓集系数:元素在矿床中的最低可采品位与克拉克值的比值。

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的有选择地与某种阴离子结合的特征,称为元素的地球化学亲和性。

类质同像:某些物质在一定的外界条件结晶时,晶体中的部分构造位置随机的被介质中其他质点所占据,结果只引起了晶格常数的微小变化,晶体的构造类型、化学键类型等保持不变,这一现象叫“类质同像”。

亲氧性元素:只能与氧形成高度离子键的元素称为亲氧性元素。

亲硫性元素:只能与硫形成高度共价键的元素称为亲硫性元素。

元素的地球化学迁移:当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时,称元素发生了地球化学迁移。

地球化学障:在元素迁移途中,如果环境的物理化学条件发生了急剧变化,导致介质中原来稳定迁移的元素其迁移能力下降,元素因形成大量化合物而沉淀,则这些引起元素沉淀的条件或因素就称为地球化学障。

氧化障:大部分元素再以氢氧化物形式存在时,低价易迁移,当环境突然转变为氧化环境时,元素迁移能力急剧降低,环境突然转变处就构成氧化障。

还原障:当元素呈酸根或络合物形式存在时,易**迁移,当环境突然转变为还原环境时,元素迁移能力急剧降低,环境突然转变出就构成还原障。

简单分配系数kd:在温度、压力一定的条件下,微量元素在两相平衡分配时其浓度比为一常数(kd),kd成为分配系数。

总分配系数d:用于研究微量元素在矿物集合体及与之平衡的溶体之间的分配关系,常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和表达,称为总分配系数。

相容元素:在岩浆结晶作用过程中,那些容易以类质同像的形式进入固相的微量元素,称为相容元素。

不相容元素:在岩浆结晶作用过程中,那些不容易以类质同象的形式进入固相的微量元素,称为不相容元素。

大离子亲石元素:如k、rb、cs、sr、ba等,它们的离子半径大、离子电荷低、离子电位π<3,易溶于水,化学性质活泼,地球化学活动性强。

高场强元素:如nb、ta、zr、hf、p、th、hree等,它们的离子半径小离子电荷高、离子电位π>3,难溶于水,化学性质稳定,为非活动性元素。

分馏系数:达到同位素交换平衡时,共存相间同位素相对丰度比值为一常数,称分馏系数。

稳定同位素:凡原子能稳定存在的时间大于1017a的就称为稳定同位素。

放射性同位素:凡原子稳定存在的时间小于1017a的就称为放射性同位素。

2.太阳系元素丰度规律。(1)原子序数较低的范围内,元素丰度随原子序数增大呈指数递减。

而在原子序数较大的范围内(z>45)各元素丰度值相近。(2)原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素丰度。具有偶数质子数或偶数中子数的核素丰度总是高于具有奇数质子数或奇数中子数的核素丰度。

这一规律称为奥多—哈根斯法则,亦即奇偶规律。(3)h和he是丰度最高的两种元素。这两种元素的原子几乎占了太阳中全部原子数目的98%。

(4)与he相邻近的li、be和b具有很低的丰度,属于强亏损的元素。(5)在元素丰度曲线上的o和fe呈现明显的峰,它们是过剩元素。(6)质量数为4的倍数(即α粒子质量的倍数)的核素式同位素具有较高的丰度。

此外,还有人指出原子序数式中子数为“幻数”(2,8,20,50,82和126等)的核素或同位素丰度最大。

3.3.地壳元素丰度(克拉克值)及其研究的地球化学意义。

(1)控制元素的地球化学行为包括:元素的克拉克值在某种程度上影响元素参加许多化学过程的浓度,从而支配元素的地球化学行为:如:

地球元素丰度高的k,na,在天然水中高浓度。在某次特殊环境中,发生过饱和作用而形成各种独立矿体,而rd和cs克拉克值低,使得它们一般难以达到饱和程度,不能形成自己的独立矿体。限定自然界的矿物种类及种属,例如:

在实验室中可以给定元素的任意浓度,但在地壳体系中,元素的浓度受元素克拉克值的限制,导致自然界的化合物数目比人造化合物的数目少得多。限定了自然体系状态,例如:酸碱度ph值在自然界的变化范围比在实验室要窄很多,氧化还原电位也是如此。

对元素亲氧性和亲硫性的限定,例如在实验中,化合物组成的剂量可以任意调配。在自然条件下,情况不同,在地壳中,o丰度高,s丰度低,ca元素是显亲氧性。在地幔中,陨石缺富s环境,ca元素与s结合形成cas(褐硫钙石)。

(2)可作用微量元素集中,分散的标尺:可以阐明地球化学等特征提供标准,例如:东秦岭是一个富m含cu的地球化学省。

mo元素区域丰度比地壳克拉克值提高2~3倍,而cu元素则低于克拉克值,这样的区域地球化学背景有利于mo形成。指示特征的地球化学过程,例如;th/u<2,则可以认为本区存在铀矿化,th/u>8-10,则可以认为本区存在钍矿化。浓度克拉克值和浓集系数,若浓度克拉克值》1,意味该元素在地质体中集中了;<1意味着该元素在地质体中分散了,浓集系数反映了元素在该地壳中倾向于集中的能力。

地壳丰度对地壳能源的限制,地壳的能源有两个主要**。一个是太阳能,另一个是放射性衰变能。放射性衰变能是由放射性元素的类型和数量所决定。

4.4.区域元素研究方法及意义。

区域元素丰度研究思路:(1)区域范围的确定—靶区的选择。根据工作任务和区域特征来选择工作范围(2)研究元素空间上分布规律,采集不同时代和类型的岩石样品进行测试,按各岩石在区域中所占比例求元素丰度。

(3)研究元素在时间上的分布规律。(4)研究元素的分布特征的原因。区域元素丰度的研究意义:

(1)它是决定地壳体系的物源、物理化学特征的重要数据。(2)为研究各类地质:地球化学作用、分析区域构造演化历史及区域成矿规律提供重要的基础资料。

(3)为研究区域生态环境,为工业、农业、畜牧业,医疗保健等事业提供重要信息。

第二章元素的结合规律与赋存形式。

2戈尔德施密特得元素地球化学分类。戈尔德施密特根据元素的性质及其在各个地球层内的分配之间的关系,将元素可分为5个地球化学组亲石元素:离子最外层具有2个或8个电子,与氧容易形成离子键。

呈惰性气体性稳定结构,主要集中与硅酸盐相。亲铜元素:离子最外层具有18个电子铜型结构,与s、se、te亲和性强,多形成硫化物和复杂硫化物。

离子最外层具有8-18个电子的过渡型结构,与o及s的亲和能力较好,主要分配在金属相中。亲气元素:原子最外层具有8个电子,原子半径大,主要呈现原子或分子状态集中在地球大气圈中。

亲生物元素:主要是c、n、h、o、p、b等,多富集在生物圈中。

3类质同像基本规律(1)戈尔德施密特类质同象法则:隐蔽法则:有相近的半径和相同的电荷,则它们因丰度的比例来决定自身行为。

丰度高的主量元素形成独立矿物,丰度低的微量元素进入矿物晶格,为主量元素所隐蔽。优先法则:两种离子电价相同,半径不同,半径小的离子集中于较早的矿物中。

半径较大的离子在晚期中富集。捕获允许法则:两个离子半径相近,电价不同,较**的离子优先进入较早期结晶的矿物晶体中,称“捕获”;低价离子被“允许”进入晚期矿物。

(2)林伍德法则:对于两个价数和离子半径相似的阳离子,具有较低电负性者将优先被结合。

4.为什么碱性岩浆中be丰度高不能形成独立矿物,酸性花岗岩体重be丰度低,在酸性花岗岩中的伟晶岩脉中形成绿柱石?be2+的相对电负性为1.

5,离子电位π=5.71属两性元素;be2+的半径为0.035nm;从be的化学和晶体化学性质推测,在硅酸盐熔体中,be2+可以与si4+类质同像,类质同像方式为[beo4]6-→[sio4]4-。

实现这一置换需具备两个条件:介质呈碱性,因为只有在碱性条件下be2+才能以酸根的形式存在;体系中有可以参与置换的**阳离子,以补偿因[beo4]6-置换[sio4]4-时造成的电价失衡。在碱性岩浆中,熔体成分的特征是富na、k和贫si,be2+呈[beo4]6-,同时岩浆中具有较丰富的**阳离子,如ti4+、zr4+、ree3+等,因此碱性岩浆能满足be对si的类质同像置换条件。

实际的置换方式如下:在长石中:[beo4]6- +ree3+→[sio4]4-+(na,k)+;在辉石中:

[beo4]6- +ti4+→[sio4]4- +mg2+。故在碱性岩岩浆中be由于大量进入造岩矿物而导致其在结晶岩石中仍然分散,虽然碱性岩中be浓度较高,但由于结晶过程不利于be在残余岩浆中富集因而也不能在晚期成矿。在酸性岩浆中,富si的环境使介质呈酸性,be以be2+的形式存在,不具备与[sio4]4-类质同像的条件,be不进入造岩矿物晶格,有可能在残余熔浆中富集,并在富含挥发分的花岗伟晶作用阶段成矿。

以上分析说明,be在岩浆演化过程的矿化除元素在体系中的含量因素外,还受岩浆中sio2含量的制约。

第三章自然体系中元素的地球化学迁移。

2.简述盐效应与同离子效应的区别?盐效应适当溶液中存在易溶盐类时,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容化合物的溶解度增大。

同离子效应适当在难溶化合物的饱和溶液中加入与该化合物有相同离子的易溶化合物时,原难溶化合物的溶解度就会降低。同离子效应因实质受活度积原理的制约,是活度积原理特定条件下的表现。盐效应与平衡移动无关。

不稳定常数及其意义。k不稳定常数是络合物的平衡常数,也成络合物离解常数,表示络合物稳定性的大小。k不稳定常数越大,表示配离子越不稳定,越易离解,以配离子形成搬运的距离越近;配离子越稳定,搬运距离越远。

4.简述相率及其应用。相率是体系处于平衡状态时,体系中相,组分和变量间的关系。

当主体系处于平衡态时,体系内的相数服从相率。吉布斯相律:f=k- +2 哥德斯密特相率 f>2,φ≤k独立。

柯尔任斯基相率φ≤k惰(f为自由度,k为组分数,φ为相数,k惰为惰性组分数)。相率的应用有两个方面:一是推测某种岩石、矿物是否达到平衡;二是利用相率绘制和揭示地球化学相图。

5.举例说明:eh,ph对元素迁移的影响?

a。eh对元素迁移的影响:a.

确定变价元素的价态:当eh> eθ,存在**态;当eh

值对元素迁移的影响:值影响氢氧化合物是否自溶液中的沉淀,导致不同元素的氢氧化物在水介质中的迁移能力不同。如mg的氢氧化物自溶液中沉淀的ph值较高,mg在水介质中的迁移能力明显大于al和fe,值得注意:

同一种元素的不同价态的氢氧化物,他们的迁移能力也不相同;值影响元素的共生或分离:在内生作用下,fe、mn两元素常共生在一起,但在表升条件下,由于风化时环境ph值的控制,两者可能发生分离,由于fe、mn氢氧化物沉淀的ph值不同,fe的氢氧化物沉淀的ph值较低,在酸性条件下风化作用的产物往往是纯铁帽(mn随水介质移出),而在碱性条件下风化作用形成锰-铁帽(两者均不迁移)。c.

影响两性元素的迁移形式:在不同的ph值条件下两性元素的迁移形式不同,一般在酸性条件下它们以简单离子或氢氧化物的形式迁移,而在碱性条件下以酸根络合物的形式迁移。d.

盐类水解是低温水—岩作用中常见的一种化学反应。这一反应多生成酸,因此作用过程受ph值的影响。

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