《地球化学原理3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地球化学原理3（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、元素的存在形式 一、不同介质中元素的存在形式 元素在流体相中的存在 元素在固相中的存在 元素在气体中的存在 元素形态的概念（一）元素在流体相中的存在形式化学元素在水体中以真溶液、胶体或悬浮 状态三种形式存在。 真溶液的特点是粒径小于1nm，透明，扩散很 快，超显微镜下也看不见； 胶体的粒径在0.1m1nm之间，扩散极慢， 光照下可看到浑浊； 悬浮体的粒径大于lm，不能通过滤纸，不扩 散，肉眼可见浑浊。元素在真溶液中仅以分子和离子形式存在由于水溶液中的水分子H2O在任何条件下都会发生一定程度的电离，生成H+和OH-离子，因此离子在水溶液中就有与H+或与OH-结合的倾向性。根据这种倾向性将离子分为
2、两种：倾向与H+离子结合的为酸性离子，倾向与OH-结合的为碱性离子。（一）元素在流体相中的存在形式从微观上看，水体中物质存在形式有以下几类：游离离子和水合离子，如K+、Na+、C1- 、 （UO2）2+, HCO3-等；无机络离子或无机络合物，如Fe（OH）2+、 UO2(CO3)34-、 SrHCO3+等； 有机络合物或螯合物，如RCOOM、氨羟螯合物等简单有机配位体形成的络合物；金属与大分子有机物相结合形式，如M-腐殖酸、M-多糖、M-类脂聚合物等； Na4UO2（CnHnCOO）n 高度分散的胶体形式，如FeOOH，Fe(OH)3、Cr、Mn、A1 、UO2（OH）2n等水合氧化物溶胶，
3、各种硫溶胶、硅酸溶胶等；吸附形式，主要是吸附在胶体上或粘土上，离子、氧化物、碳酸盐、硫化物等都可以以吸附的形式存在；与活的生物体相结合形式。（一）元素在流体相中的存在形式 水中真正以简单无机离子形式存在的元素是很少的， 大多数是水合离子和无机络离子的形式。重金属和半 径较小的碱土金属和碱金属，原则上都可以形成各种 稳定程度不同的无机络合物。水中有机络合物最主要 的是金属与腐植酸形成的络合物。 胶体形式有特别的重要性。胶体粒径小，且都带电荷 ，吸附能力强，常成为污染物质迁移的载体，与污染 物在食物链中的循环和富集有密切关系。（一）元素在流体相中的存在形式独立矿物类质同像超显微混入物吸附有机质结合
4、（二）元素在固体中的存在形式独立矿物独立矿物是指能用肉眼或能在显微镜下进行研究的矿物，粒径大于0.001mm。对许多造岩元素及相容微量元素而言，独立矿物是其在自然界重要的存在 形式。一种元素可形成多种独立矿物。铀的独立矿物：晶质铀矿钍的独立矿物：方钍石镐的独立矿物 ：锆石（二）元素在固体中的存在形式类质同像形式 类质同像，或称为结构混入物，是指不同的元素或质点占据相同的晶格结点位置、而晶格类型和晶格常数不发生明显变化的现象。微量元素进入主元素矿物的晶格后，如不通过破坏矿物晶格的手段，采用机械和化学的方法都不能使两者分离。类质同像是自然界普遍存在的一种现象，许多微量元素都会以不同形式的类质同像形
5、式存在。如Na-Ca、U4+与Th之间可以产生类质同像，甚至完全类质同像。SrBa，KNa， U4+Zr， Th Zr.（二）元素在固体中的存在形式超显微混入物形式超显微非结构混入物（或称为超显微包裹体），指被包裹在其他矿物中，粒径小于 0.01mm的物质。由于它不占据主矿物的晶格位置。因此是独立矿物，但又不形成可以 进行矿物学研究的颗粒。（二）元素在固体中的存在形式吸附形式 吸附形式是在胶体、晶体表面或解理面上由于电荷不平衡而吸附异性离子的现象，是一种结合力较弱、易被交换和分离的存在形式（活性赋存形式）。此外，在粘土矿物表面也容易形成对离子的吸附。物理吸附化学吸附吸附对核素的迁移转化研究具有
6、非常重要的意义 （二）元素在固体中的存在形式有机质结合形式 元素常与有机物结合形成金属有机化合物或金属有机络合物 。元素的有机结合态的意义：对元素迁移转化的意义环境效应（二）元素在固体中的存在形式元素的化学活动性与元素的存在形式密切相关。一般情况下，元素以独立矿物或类质同像形式存在时的稳定性远大于吸附形式。例如，存在于矿物晶格中的元素，一般不受外界环境和化学条件的影响而析出，除非矿物被分解。但是，如果元素是以被粘土矿物吸附的形式存在，当环境变为酸性时，H+离子将和重金属离子争夺粘土矿物表面的可交换位置，结果使被吸附在粘上矿物表面的部分重金属离子释放出来，进入环境或流体。同一元素形成的不同矿物或
7、同一元素的不同吸附形式,其稳定性也不同。铀石 U(SiO4)1-x(OH)4x 相对稳定硅钙铀矿 Ca(UO2)2Si2O76H2O 不稳定铀矾 (UO2)6(SO4)(OH)1012H2O 极不稳定（二）元素在固体中的存在形式气相固体颗粒物：飘尘降尘气溶胶（三）元素在气体中的存在形式固相土壤颗粒物气相土壤气体液相土壤溶液（四）元素在土壤中的存在元素在环境中的形态污染物的迁移转化规律，并不取决于污染物的总浓度，而是取决于它们化学形态的本性。 在环境研究中，大家更注重污染元素在环境中的存在形式，因为污染元素在环境中的存在形式直接决定该元素能否产生污染以及污染程度。对于环境中元素形态的研究，众多学
8、者主要研究土壤和水系沉积物中重金属元素的存在形式形态。然而关于元素的形态，不同学者有不同的理解。目前大家广泛应用的是用形态分析方法来研究元素在环境样品中的形态。（四）元素在土壤中的存在环境中重金属形态一般分为五种 可交换态：由沉积物中矿物（粘土矿物、铁锰水合氧化物、腐殖 酸及二氧化硅）对重金属的吸附作用而形成的； 碳酸盐结合态：与沉积物中的碳酸盐联系在一起的重金属； 铁锰氧化物结合态：与铁锰水合氧化物共沉淀，或被铁锰水合氧 化物吸附，或其本身即为氢氧化物沉淀的这部分重金属； 有机结合态：与有机物或硫化物结合的重金属； 残渣态：包含于矿物晶格中而不能释放到溶液中去的重金属。也有人将形态分为6种，
9、即在可交换态前加上水溶态（这对于土壤中的重金属形态分析是有用的，但在水系沉积物中一般不采用） 。（四）元素在土壤中的存在一般重金属的形态分析方法 （Tessier连续提取法） 形 态分析方法I水溶态称1克样品，用去离子水萃取，振荡，离心。取出上清 液，过滤定容，测试。II可交换态在I的残渣中加1mol/l的MgCl2溶液8ml，25下连续振荡 ，离心。取出上清液，过滤定容，测试。III碳酸盐结合态在II的残渣中加1mol/l的NaAc溶液8ml，25下连续振荡 ，离心。取出上清液，过滤定容，测试。IV铁锰氧化物结合态在III的残渣中加0.04mol/l的NH2OHHCl的25%的Hac溶液 20ml，96下恒温连续振荡，离心。取出上清液，过 滤定容，测试。V有机结合态在IV的残渣中加0.02mol/l的HNO35ml，30的 H2O23ml,85下振荡。再加30%的H2O23ml，振荡。冷 却到室温后加3.2mol/l的NH4Ac的 20%的 HNO3溶液 5ml,稀释，振荡30min，离心。取出上清液，过滤定 容，测试。VI残渣态用HF+HClO4+HNO3硝解所剩残渣，过滤定容，测试。
