地球化学精简复习

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1、1、地球化学 是研究地球的化学成分以及元素在其中的分布、分配、集中、分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。2、侯德封、李璞、涂光炽、欧阳自远、司幼东、张本仁、於崇文3、国际重要地球化学刊物： 1 Geochimica et Cosmochimica Acta（ UK ） 、 2 Physics and Chemistry of the Earth（UK ） 、3Geochemistry International (USA)、4Geochimica et Cosmochimica Acta （UK ） 、 5 Physics and Chemistry of the Earth（UK） 、

2、 6 Geochemical Journal (Japan) 、7Applied Geochemistry （ USA） 、8Geochemistry International (USA) 国内重要地球化学刊物：1地球化学 ，1972、 2Chinese Journal of Geochemistry, 1982、 3地质地球化学 、 4 矿物岩石地球化学通报、 5 其它刊物（地质学报、矿物学报、岩石学报、中国科学、科学通报、自然科学进展等）4、陨石 ：落到地球上的行星物体碎块，即从行星际空间穿越大气层到达地表的星体残骸(1) 铁陨石 ：主要由金属Ni-Fe(98%) 和少量其它矿物如磷铁镍

3、古矿(Fe,Ni,Co)3P、陨硫铁（FeS)、镍碳铁矿（ Fe3C)和石墨等组成。(2) 石陨石 ：主要由硅酸盐矿物组成。根据它是否含有细小而大致相近的球状硅酸盐结构而进一步分为球粒陨石和无球粒陨石。球粒主要是橄榄石和辉石，有时为玻璃； 无球粒陨石缺乏球粒结构，成分上与前者也有差异。(3) 石- 铁陨石 ：由数量大体相等的Ni-Fe 和硅酸盐（主要是橄榄石，偶尔辉石）组成。球粒陨石的分类，根据化学成分的不同，分为5 个(1)E 群（顽辉石球粒陨石) 、(2)H 群（高铁群普通球粒陨石）、(3)L 群（低铁群普通球粒陨石) 、(4)LL 群（低铁低金属群普通球粒陨石) 、(5)C 群（碳质球粒

4、陨石） 、(H、L 和 LL 群统称普通球粒陨石) 。无球粒陨石根据成因划分为：（ 1）斜长辉石无球粒陨石系列； （2）顽火辉石无球粒陨石系列；（3）尚未划分出成因系列的无球粒陨石。5、丰度 指化学元素及其同位素( 核素 ) 在宇宙各类物体中的相对含量。太阳系元素丰度及其规律（1）在原子序数较低的元素来说，丰度随原子序数增大呈指数递减；（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；（3）H和 He是丰度最高的两种元素（占太阳系全部原子数目的98% ） ；（4）与 He相近的 Li 、Be 和 B具很低的丰度，属于强亏损的元素; （5）在丰度曲线上O和 Fe 呈明显的峰，它们

5、是过剩元素；（6）质量数为4 的倍数的核素或同位素具有较高丰度。6、地球元素丰度研究方法：陨石类比法：地球模型和陨石类比法: 地球物理类比法(黎丹 ): 7、地球元素丰度及其规律： Fe+O+Si+Mg 90%；含量大于1% 的元素： Ni、Ca 、 Al 、S ；含量介于0.01%-1%的元素 Na 、 K、Cr、 Co、P 、 Mn 、Ti 。地球元素丰度遵循太阳系元素丰度的基本规则，如几偶规律、递减规律等。8、元素克拉克值及其意义：地壳中各元素的相对平均含量称为克拉克值。意义：a. 元素克拉克值影响着元素参加地壳地球化学过程的浓度，支配着元素的地球化学行为； 【 1）元素的克拉克值在某种

6、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。 2）限定自然界的矿物种类及种属3) 限制了自然体系的状态4）对元素亲氧性和亲硫性的限定】b. 元素克拉克值可以为阐明地球化学省的特征提供依据；c. 依据克拉克值可以计算出地壳中地球化学性质相似或相关元素之间的平均比值。10、地壳克拉克值可作为微量元素集中、分散的标尺：1）可以为阐明地球化学省（场）特征提供标准。 2）指示特征的地球化学过程。11、地壳中元素分布的一般规律 与地球和太阳系相比，最丰富的十种元素是地壳： O-Si-Al-Fe-Ca-Na-K-Mg-Ti-H 地球： Fe-O-Mg-Si-Ni-S-Ca-Al-Co-

7、Na 太阳系 H-He-O-Ne-N-C-Si-Mg-Fe-S 不均匀性：前13 种元素占地壳总重的99.7 ；其余只占0.3 。分布量随原子序数增大而降低。例外：Li, Be, B; 232Th、238U、235U；贵金属 , Se, Te等。偶数规则： 偶数原子序数元素丰度高于相邻奇数元素，但有例外（ 4Be、 12Mg 、 4Si 、 24Cr 、32Ge、 34Se、42Mo 、52Te、 74W)。四倍规则： 4q 型（如 16 O 等）占 87； 4q3 型（如 27 Al 等）占 13； 4q2 型（如238 U 等）和 4q1 型（如 9 Be ）只占千分之几。差六规则：在丰度

8、对数曲线上出现峰值的元素，其原子序数之差为6 或 6 的倍数。原子核内质子和中子的奇偶性：偶偶：60；偶奇和奇偶：35；奇奇：5。壳层规则（幻数） ：2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126。 （幻數是指原子核中质子数和中子数的某个特定数值，当质子数或中子数為幻数，或者二者取值均為幻数時，原子核显示出很高的稳定性） 。放射性蜕变：U238，U235，K40、Rb87减少； Pb206、Pb207、Pb208，Ar40， Sr87 增多。12、海水的常量元素含量Cl 、Na+、Mg2+ 、SO42-、Ca2+、K+、Br、 HCO3 （无机碳） 、Sr2+、H3BO3 、F12

9、、 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性称为元素的地球化学亲和性。13、元素地球化学亲和性分类：根据元素在自然界丰度的高低，分为以下三类：亲氧 / 亲石元素；亲硫/ 亲铜元素；亲铁元素。15、 电负性 原子在分子中吸引价电子的能力。16、 亲氧元素特征 1 离子最外层为8 电子（ s2p6）结构 2 离子键3氧化物的生成热大于FeO的生成热 4 位于原子容积曲线的下降部分5主要集中于岩石圈能与氧以离子键形式结合的金属元素称为亲氧元素。常见元素包括： K、Na、 Ca 、Mg 、Nb、 Ta、Zr、Hf、REE等。17、 亲硫元素特征

10、1离子的最外层为18 电子（ s2p6d10）结构 2 电负性大3共价键 4 氧化物的生成热小于FeO的生成热 5 位于原子容积曲线的上升部分 6 主要集中于硫化物-氧化物过渡圈-能与硫结合形成高度共价键的金属元素称为亲硫元素，如Cu、Pb、Zn、Ag等。18、亲铁元素 1 离子最外层电子具有8-18 电子的过渡结构2金属键 3 氧化物的生成热最小4位于原子容积曲线的最低部分5主要集中于铁- 镍核 - 元素在自然界以金属状态产出的一种趋向性称为元素的亲铁性。如 Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni 等。19、 亲气元素 1 原子的最外层具有8 电子2分子键 3 原子容积最大 4 形成具有挥发性或

11、易形成挥发性化合物5主要集中于地球外圈-亲气元素是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。20、 类质同象和固溶体定义：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、 化学键类型等保持不变，这一现象称为 “类质同象” 。进入晶体中的微量物质称为“类质同象混入物” ，含有类质同象混入物的晶体被称为“固熔体”。21 、 完 全 类 质 同 象 -可 以 形 成 连 续 固 溶 体 ， 如 ： (Mg,Fe) 2SiO4

12、 ( 橄 榄 石 ) 、NaAlSi3O8-CaAl2SiO8 （斜长石）不完全类质同象-不能以任意比例形成连续固溶体，如：KAlSi3O8- NaAlSi3O8 （条纹长石，高温时可以呈类质同相，低温时常发生出溶而形成具出溶条纹的长石）22、 类质同象置换的条件：离子（或原子）自身的性质，如半径相近、电价平衡、化学键一致、配位多面体的对称性相同等；体系的物理化学条件，如温度、压力、组分特征和氧化还原条件等有利于置换的进行；固熔体的热力学性质。23、类质同象置换法则(1)Goldschmidt 法则 - 岩浆过程若两种离子电价相同、半径相似，则半径小的离子优先进入晶格：如Mg2+(0.078n

13、m) 、Fe2+(0.083nm) 、Mn2+(0.091) ， Mg2+ 、Fe2+进入橄榄石， Mn2+进入角闪石和黑云母。若两种离子半径相似而电价不等，较高价离子优先进入晶格：如Li+(0.078)和 Mg2+ (0.078nm) 。隐蔽性法则：若两种离子具相近的半径和相同的电荷，丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素将按丰度比例进入主量元素的矿物晶格，即微量元素被主量元素所“隐蔽” 。如 K与 Rb。(2)Ringwood 法则电负性法则：当阳离子的离子键成分不同时，电负性较低的离子形成较高离子键成分的键，它们优先被结合进入矿物晶格。24、 控制类质同象置换的晶体化学因素(1)

14、 化学键性键性相同(2) 原子（离子）结合时的几何关系（离子键：半径相近Na?Ca置换，但Na K；共价： a. 键长相似是置换的重要条件；b. 共价键化合物配位数相同也是置换的重要条件。) (3) 化合物中电中性原则电价补偿置换可通过下面四种方式实现：质点数目不等的置换：mica：3Mg2+ ? 2Al3+ 高电价质点和低电价质点配合置换中等电价质点：Ce3+Na+ 2Ca2+ 离子成对置换：如: Pb2+Al3+ K+Si4+ 正负离子配位置换：如: Ce3+O2-Ca2+F- (4) 有利的矿物晶体构造：矿物晶体构造越复杂、松弛（偏离最紧密堆积越远) ，发生类质同象的可能性越大。25、类

15、质同象规律的意义(1) 确定了元素的共生组合超基性岩 : Ni、Co、CrFe、 Mg 酸 性 岩 : Li、Be、Rb、Cs、Tl 、 Ba、Y 、 W 、Sn、PbK、 Na 、Si (2) 决定了元素在共生矿物间的分配e.g. 在富 K的长石、黑云母中：Ba、Rb、Pb K 在 biotite、 hornblende 、magnetite中： Zn Fe (3) 支配微量元素在交代过程中的行为e.g.K-feldspar replace albite: Sr2+、 Na+ 带出， Rb+、K+带入。(4) 类质同象的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因的标志(5) 标型元素组合基性、超

16、基性岩：Fe2+ Mg2+ 、Zn2+ 、Co2+ 、 Ni2+ 、Cu 2+; Fe3+ Al3+ 、Cr3+ 、V3+ 、Mn3+ 、In3+ 、Ga3+ 、Ti4+ 酸性岩、碱性岩：富Al3+ 和 Sn4+ 而贫 Mg2+ ；接触交代型碳酸盐岩：富Mg2+ 、Zn2+ 、Cu 2+、 Ga3+ ；沉积变质岩：富Mn2+ 、 V3+ 和 Ge4+ 。(6) 影响微量元素的集中与分散：(7) 对自然环境的影响：26、 电负性在周期表中的规律： 1 元素电负性随金属性增加而减小，随非金属性增强而增大；2同一副族内各元素的电负性相近；各主族亲岩元素电负性有自上而下减小的趋向； 3 同一周期内各元素的电负性随原子序数的增加而增大，周期表右上方电负性最高，左下方最小；4电负性相