地球化学重点地球化学学科特点:1.地球化学研究的主要物质系统是地球、地壳、地幔及地质作用体系,因此它是地球科学的一部分。2.地球化学着重研究地球系统中的化学运动3.地球化学以化学类科学理论为基础(无机化学、有机化学、物理化学、热力学4.综合性边缘科学,与其它学科相互渗透,已形成三十个分支学科。5.理论与应用并重:在矿产资源开发与利用、全球环境与气候变化、污染与治理、地方病防治、农牧业生产等需要应用地球化学知识;地球化学是年青学科,发展迅速。地球化学的研究思路:那就是在地质作用过程中形成宏观地质体的同时,还形成大量肉眼难以辨别的常量元素、微量元素及同位素成分的组合的微观踪迹,它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息,只要应用现代分析测试手段观察这些微观踪迹以及宏观的地球化学现象,便可深入地揭示地质作用的奥秘。概括一句话那就是见微而知著(即通过观察原子之微,以求认识地球和地质作用之著)地球化学研究方法及其的特点研究方法:一)野外阶段:1)宏观地质调研。明确研究目标和任务,制定计划;2)运用地球化学思维观察认识地质现象;3)采集各种类型的地球化学样品。二)室内阶段:1)“量”的研究,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分配量。
元素量的研究是地球化学的基础和起点,为此,对分析方法的研究的要求:首先是准确;其次是高灵敏度;第三是快速、成本低;2)“质”的研究,即元素的结合形式和赋存状态的鉴定和研究;3)地球化学作用的物理化学条件的测定和计算;4)归纳、讨论:针对目标和任务进行归纳、结合已有研究成果进行讨论。特点第一个特点:由于地球化学是隶属于地球科学的,为此,首先要遵循地质学的思维方法和工作途径。归纳起来有以下几个方面:第一手实际资料来自对自然地质现象的详细观察和研在地学的时空结构中整理和综合资料;确信事实规律的统计性特征;反序追踪历史;结论的推断性和多解性,以及认识的反复深化。第二个特点:要求每个地球化学工作者有一个敏锐的地球化学思维,也就是要善于识别隐藏在各种地质现象中的地球化学信息。掌握这个特点是有一个过程的,但只要认真学习、努力实践,这个本领是可以学会的。第三个特点:具备有定性和定量分析测试及鉴别物相的技术和装置。第一章:太阳系与地球系统的元素分布1.分布:元素在一个地球化学体系中(太阳、陨石、地球、地壳、某地区等)的整体总含量(以元素的平均含量表示),其实质就是“丰度”。元素在地壳中的原始分布量与下列因素有关:1)元素的起源2)元素的质量3)原子核的结构、性质4)地球演化过程中的热核反应分配:元素在各宇宙体或地质体内部各个部分或区段中的含量。
对元素分配进行观察的参考点来自元素的分布。地壳中元素的分配指的是地壳形成后,随着它的演化、造山运动的更替,元素在地壳的各个不同部位和各种地质体中的平均含量。这是元素在地壳各部分不同的物理化学条件下,不断迁移的表现。分布与分配的关系:元素的分布指的是元素在一个地球化学体系中(太阳、陨石、地球、地壳、某地区等)的整体总含量;元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域或区段中的含量;分布是整体,分配是局部,两者是一个相对的概念,既有联系又有区别。丰度:一般认为是元素在任何宇宙体或地球化学体系中(如地球、地球各圈层或各个地质体等)的相对含量(以元素的平均含量表示),即元素的―丰度‖。丰度系数:是指某一自然体系的元素丰度与另一可作为背景的自然体系的元素丰度的比值。第三章亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么?亲硫元素(又称亲铜元素):有18或18+2的外电子层结构,电负性较高,与硫形成高度共价键,亲硫元素和硫结合生成的硫化物、硫盐等常常和铜的硫化物共生,易熔于硫化铁熔体,主要集中于硫化物—氧化物过渡带;26亲氧元素(又称亲石元素):有惰性气体的电子层结构,即离子的最外电子层具有8电子惰性气体型(s)的稳定结构,电负性较小,与氧形成高度离子键,亲氧元素与氧结合以后形成的氧化物、含氧盐等矿物是构成岩石圈的主要矿物形式,易熔于硅酸盐熔体,主要集中在岩石圈。
英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响,造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标,但与未受污染的邻村相比,在人体健康方面两村没有明显差异。为什么?ZnCO矿开采后在地表形成大量矿渣,Cd以类质同像的形式存在于ZnCO矿物中,所以造成土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标,但是由于ZnCO定的,不会形成可溶性的Cd,从而相对于为受污染的地方无太大的区别。元素基本化学性质:电子构型电负性极化力电离势非金属元素ClBr电负性3.93.53.152.852.652.5克拉克值0.066470.172.110-310-40.047金属元素:亲铁元素Fe、Co、Ni、Os、Ir、Pt、Cu、Ag、Au等的特征是d亚层充满或近充满的18或近18电子结构,具较高的电离势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)元素电负性差值判断化学键元素与氧、硫结合的键性又可判断元素的亲氧性和亲硫根据金属阳离子与氧、硫电负性的差值来判断它们的亲氧性表格见课本P58等元素与氧的电负性差值较大,表左侧元素的离子键成分多,向右离子键成分减少。因此,从左到右这些元素的亲氧性逐渐减弱。Cu等元素与硫电负性差值的变化从左到右由大变小。
因此,这些元素的亲硫性逐渐增强。.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义。络离子的稳定性,用不稳定常数(k表示,它取决于电离能力的大小,这种电离可以表示为下面的一般形式:[Men+AXm(Me:中心离子当电离达到平衡时,离子浓度(严格地说是离子活度)之间存在着以下关系:[Men+][Am示了络合物稳定性的大小,对于相同配位体的络合物,K不值越大,络合物在溶液中越不稳定(易离解),迁移越近;K不值越小,络合物越稳定,搬运得越远。络离子的稳定性在地球化学迁移中的意义:有利于成矿元素的稳定迁移(络离子不稳定常数K不一般较小,溶解度大);可用于解释相似元素分异。第四章微量元素地球化学微量元素:地球化学体系中低于0.1%的元素,通称为微量元素。分散元素:是指从一级近似而言,不形成矿物或只能形成少数矿物的元素,不存在它们的独立矿床。聚集元素:是指优先形成矿物的元素,是典型的形成矿床的元素。相容元素:在岩浆结晶过程(或由固相部分熔融)中易进入或保留在固相中,而液相中浓度迅速降低的微量元素,统称为相容元素。(如:Ni、CoDis/l1不相容元素:在岩浆结晶过程(由固相部分熔融)中不易进入固相,而保留在与固相共存的熔体或溶液中,因而在液相中浓度逐渐增加的微量元素,称为不相容元素。
(如:Li、Rb、Cs、Nb、Ta、REEDis/l相容元素的总分配系数大于1,不相容元素的总分配系数小于1。强不相容元素Dis/l大离子亲石元素:如、Rb、Cs、Sr、Ba等,他们的离子半径大,离子电荷低, 离子电位 高场强元素:如Nb 、Ta 、Zr 、Hf 、Th、HREE (重稀土)等,他们的离子半 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,可以作 为―原始‖物质组成的示踪剂。 平衡时,以相同形式均匀赋存于其中的微量组分i 在这两相中的浓度比值为一常数。 简单分配系数或常规分配系数:kiA/B=CiA/CiB。式中CiA和CiB 分别为i 相中的浓度,KiA/B为分配系数,也称为简单分配系数或常规分配系数 总体分配系数:当固体中由多相组成时,固/液相共存平衡体系中元素i的分配系 数称为总体分配系数Ds/li Ds/li=Da/li*Xa= Da/li*Xa+ Db/li*Xb+„+ Dn/li*Xn 式中Di 为元素i 在某一矿物中的分配系数;上标a 为与矿物平衡共存的液相,Xa ,Xb ,„,Xn 分别为矿物a 分配系数在测定中必须注意以下问题: 直接测定法:自然体系是否达到平衡;斑晶中分带现象的影响;单矿物的分离和纯化,包括基质中不相容元素的污染和班晶中细粒暗色矿物包体造成的过渡元素污 染;后、次生作用的影响,如自变质作用和热液作用对测定元素的矿物/岩浆分配系数 的影响。
实验测定法:实验体系是否达到平衡;实验得到的矿物颗粒大多很小,并 且在淬火时晶体周围多聚集有细小杂质.样品的分离和提纯同样很重要;实验中为了便 于研究测定,配制的元亲,尤其是微量元素,浓度往往比天然体系高.要注意不能超过亨 利定律的有效范围。 型元素‖:4f亚层电子因受5s2 和5p6 个电子的屏蔽,很少参与化学反应,故这15个元素 的化学性质相似,在自然界 密切共生,成组进入矿物晶格 在化学反应中的电子转移:稀土元素原子易失去6s25d1或6s24f1 三个电子,故均 呈三价产出; 3Y 元素 周期过渡元素的起点,次外层d型充填,外电子排布为5s24d1, 与稀土元素性质相似,也呈三价阳离子存在; 稀土元素中的变价元素:Eu、Yb 有+2 价(Eu2+具稳定的半充满4f7 亚层,Yb2+具 稳定的全充满4f14 亚层),Ce 、Tb 有+4 价(Ce4+具稳定的Xe 电子构型,Tb4+具 稳定 的半充满4f7 亚层)。在自然体系中,确有Eu2+和Ce4+存在,但Yb2+的存在需极还原的 条件,一般在地壳条件下不存在,Tb4+尚未发现。 比较REE离子与其它阳离子的相对大小可以看出,较少有余REE 半径相似的离子, 只有Na+、Ca2+离子与LRE E3+离子相近,Eu2+与Sr2+相似。 REE 离子半径较大,在大部 分矿物中置换的能力有限,目前观察到REE3+可以置换Ca2+、Y3+、Th4+、U4+、Mn2+和 Zr4+。 Eu异常产生原因:元素的性质和不同矿物的结构决定了微量元素发生类质同像的行
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