元素共生结合规律
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名词解释克拉克值:指元素在地壳中的平均含量(常用单位有%,ppm,ppb,ppt)。
地球化学体系:根据研究需要把所要研究的对象(特定的物质区域)看作是一个地球化学体系,每个地球化学体系都有一定的空间,都处于特定的物理化学状态(T、P等),并且有一定的时间连续。
元素丰度:将元素在宇宙体或者较大的地球化学体系中的平均含量称之为丰度。
大陆地壳:地表向下到莫霍面,厚度变化在5-80km,分为上部由沉积岩和花岗岩组成的硅铝层,下部由相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩等组成的硅镁层两部分组成。
类质同象:某种物质在一定的外界条件下结晶时,晶体中的部分构造位置被介质中的其他质点(原子、离子、络离子或分子)所占据而只引起晶格常数的微小改变,晶格构造类型、化学键类型、离子正负电荷的平衡保持不变或相近的现象。
元素的地球化学亲和性: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。
元素的地球化学迁移:当体系与环境处于不平衡条件时,元素将从一种赋存状态转变为另一种赋存状态,并伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移,以达到与新环境条件的平衡,该过程称为元素的地球化学迁移。
共同离子效应:在难溶化合物的饱和溶液中加入含有同离子的易溶化合物时,难溶化合物的饱和溶液的多相平衡将发生移动,原难溶化合物的溶解度将降低。
水-岩化学作用:由于地壳上部与水圈直接接触,两者之间发生的化学作用统称为水-岩化学作用。
水-岩化学作用是地表条件下范围广泛和极为活跃化学作用,对地表系统元素的组成、演化及循环具有重要影响。
水-岩化学作用主要发生在地壳上部,可一直延伸到上地幔。
盐效应:当溶液中存在易溶盐类时,溶液的盐度对元素的溶解度有影响。
溶液中易溶电解质的浓度增大,导致其它化合物溶解度增大的现象,称为盐效应。
共同离子效应:当在难溶化合物的饱和溶液中加入与该化合物具有相同离子的易溶化合物时,原难容化合物的溶解度将会降低,称为—。
总分配系数(D i):为了解微量元素在岩石与熔体间的分配行为,需计算微量元素在由不同矿物组成的岩石和熔体间的总分配系数。
元素周期律元素周期律,指元素的性质随着元素的原子序数(即原子核外电子数或核电荷数)的增加呈周期性变化的规律。
周期律的发现是化学系统化过程中的一个重要里程碑。
基本概念元素的性质随着元素核电荷数的递增而呈现周期性变化的规律叫做元素周期律。
元素周期律由俄国的门捷列夫首先发现,并根据此规律创制了元素周期表。
结合元素周期表,元素周期律可以表述为:随着原子序数的增加,元素的性质呈周期性的递变规律:在同一周期中,元素的金属性从左到右递减,非金属性从左到右递增,在同一族中,元素的金属性从上到下递增,非金属性从上到下递减;同一周期中,元素的最高正氧化数从左到右递增(没有正价的除外),最低负氧化数从左到右逐渐增高;同一族的元素性质相近。
主族元素同一周期中,原子半径随着原子序数的增加而减小。
同一族中,原子半径随着原子序数的增加而增大。
如果粒子的电子构型相同,则阴离子的半径比阳离子大,且半径随着电荷数的增加而减小。
(如O2->F->Na+>Mg2+)内涵结合元素周期表,元素周期律可以表述为:元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的递变规律。
随着原子序数的增加,元素的性质呈周期性的递变规律:在同一周期中,元素的金属性从左到右递减,非金属性从左到右递增,在同一族中,元素的金属性从上到下递增,非金属性从上到下递减;同一周期中,元素的最高正氧化数从左到右递增(没有正价的除外),最低负氧化数从左到右逐渐增高;同一族的元素性质相近。
主族元素同一周期中,原子半径随着原子序数的增加而减小。
同一族中,原子半径随着原子序数的增加而增大。
如果粒子的电子构型相同,则阴离子的半径比阳离子大,且半径随着电荷数的增加而减小。
本质元素核外电子排布的周期性决定了元素性质的周期性。
原子半径同一周期(稀有气体除外),从左到右,随着原子序数的递增,元素原子的半径递减;同一族中,从上到下,随着原子序数的递增,元素原子半径递增。
(注):阴阳离子的半径大小辨别规律由于阴离子是电子最外层得到了电子而阳离子是失去了电子所以, 总的说来(同种元素)(1) 阳离子半径<原子半径(2) 阴离子半径>原子半径(3) 阴离子半径>阳离子半径(4)或者一句话总结,对于具有相同核外电子排布的离子,原子序数越大,其离子半径越小。
名词解释1.元素丰度:每种化学元素在自然体中的质量,占自然体总质量(或自然体全部化学元素总质量)的相对份额(如百分数),称为该元素在该自然体中的丰度值。
2.浓度克拉克值:指某元素在矿床中的最低可采品位作为它在该地质对象中的平均含量,计算它与克拉克值的比值,即为该元素的浓集系数。
3.电负性:原子吸收电子的能力,元素电负性数值越大,原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强。
4.高场强元素:离子电价较高、半径较小、具有较高离子场强(为离子电价与半径之比)的元素,其离子电位π>3,难溶于水,典型代表为Nb 、Ta 、Zr 、Hf 、P 、Th 、HREE 、Ce 、U 、Pb4+、Ti 等。
5.类质同象:某种物质在一定的外界条件下结晶时,晶体中的部分构造位置被介质的其它质点(原子、离子、络离子、分子)所占据,结果只引起晶格常数的微小变化,而使晶体构造类型、化学键类型等保持不变的现象。
6.分馏系数:指含有相同元素的两种分子同位素重/轻同位素比值的比值。
设有同位素平衡分馏反应:aA 1+bB 2⇔aA 2+bB 1 式中:A 、B 为含相同元素的两种分子,a 、b 为系数,1为轻同位素,2为重同位素。
分馏系数α=R A /R B (A 分子重/轻同位素比值/ B 分子重/轻同位素比值)=()A A 21/()B B 217.地球化学障:指地壳中物理或化学梯度具有突变的地带,通常伴随着元素的聚集或堆积作用。
即在元素迁移过程中经过物理化学环境发生急剧变化的地带时,介质中原来稳定的元素迁移能力下降,形成大量化合物而沉淀,这种地带就称为地球化学障。
8.地球化学亲和性:在自然界元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择性地与某种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲合性。
它是控制元素在自然界相互结合的最基本的规律。
9.固溶体:由类质同像形式混入晶体中的物质称为类质同像混入物。
含有类质同像混入物的混合晶体称为固溶体。
10.δCe 值: 是表征样品中Ce 相对于其它REE 分离程度的参数.Ce 除了三价态外,氧化条件下可以呈四价态而与其它REE 发生分离.δCe = Ce/Ce*=N NLa Ce )2Pr (+式中Ce N ,La N ,和Pr N 均为相应元素实测值的球粒陨石标准化值.11.元素的浓集系数:指某元素在矿床中的最低可采品位作为它在该地质对象中的平均含量,计算它与克拉克值的比值,即为该元素的浓集系数。
名词解释:地球化学找矿:是系统测量天然物质中的一种或几种化学指标,研究其分布,分配和变化的规律,以发现与矿有关的地球化学异常来找矿的一门学科。
分布:是指元素在地质体中的整体含量(分布量)分配:元素在地质体中各部分各区段中的整体含量(分配量)丰度:元素在宇宙体或地球化学系统中的平均含量称之为丰度克拉克值:元素在地壳中的丰度,称克拉克值独立矿物:自然形成的能够在肉眼或显微镜下进行矿物学研究的,可用机械的或物理的方法分离出单矿物样品的矿物颗粒。
类质同象:是指性质上相近的原子,离子,配离子,在晶体中可以变量替换的现象。
共生组合:元素的共生组合是指成因有联系而性质又相近的元素在同一地质体体中相互赋存的现象。
迁移:在各种自然条件下,元素结合与分离(一种赋存状态转变为另一种赋存状态)集中与分散的重新分配过程。
浓集克拉克值:某区域地质体内元素的平均含量与该元素的克拉克值的比值背景值:背景区内某些元素的平均含量值。
地球化学异常:某些地区的地质体或天然的岩石,土壤,水,生物,空气中。
一些元素的含量明显的偏离正常含量或某些化学性质明显的发生变化的异常。
地球化学省:其范围可达几千到几万平方千米,并常与构造成矿带相重合。
矿异常:与矿体与矿床,矿化有关的地球化学异常。
原生异常:在成岩或成矿作用中形成的、赋存在基岩中异常,统称原生异常。
原生晕:在成矿作用中形成分布于矿体(或矿化)周围基岩中异常称原生晕。
次生晕:土壤中由矿体及原生晕破坏后形成的异常。
次生异常:由已形成的岩石或矿体及原生晕在表生带遭到破坏后经迁移重新分配到各种地质体中形成的异常。
分散流:在水系沉积物中由岩石或矿体(或矿化)及原生晕,次生晕,破坏后经过迁移形成的异常称分散流。
地球化学找矿标志:在地球化学中能够做为找矿线索的那些地球化学信息或特征。
指示元素:能做为找矿标志的以及对解决某些地质问题具有指示作用的化学元素。
渗滤作用:是指元素及其化合物随溶液运动而迁移。
扩散作用:是指一个体系的不同部分内如果某种元素的浓度不同则该种元素的质点将自动从高浓度处向低浓度中迁移直到各处浓度相等为止。
第七章 元素与元素性质的周期性7.1 元素的起源与分布大多数科学家能够接受的元素起源的假设是:质子聚变和中子俘获是宇宙中形成化学元素的两个主要过程。
这种假设认为,宇宙中所有元素都起源于氢,它在非常高的温度下,发生聚变反应,形成较重的原子核,首先是氦,其次是轻元素(锂、硼、铍等),这一过程是质子聚变。
氦原子轰击轻元素的原子,就会产生中子,这些中子被轻元素的原子核俘获,就形成较重的元素,从碳、氮、铁一直到原子序数为82和83的铅和铋,这一过程是中子俘获。
这两种产生元素的过程仍在恒星内部继续进行。
元素在自然界的分布情况一般用其丰度表示。
一种元素的丰度是指它在自然界中的平均相对含量。
地壳元素的丰度又称为克拉克值,通常用质量百分比或原子百分比表示。
7.2周期表中元素的分区及各区元素的特征现代的化学元素周期律是19世纪俄国人门捷列夫发现的。
他将当时已知的63种元素以表的形式排列,把有相似化学性质的元素放在同一直行,这就是元素周期表的雏形。
虽然已有上百种各式各样的元素周期表被提出,但被化学家普遍接受的元素周期表是建立在以原子电子结构变化的规律的基础上。
该表有行列构成,左边是 s 区,中间是 d 区,右边是 p 区,而底下两行则是 f 区;与原子结构对应:同一行元素原子电子层数相同,同一列元素原子价电子结构相似。
元素起源与分布周期表中元素的分区电子构型构造原理电子构型的特例及其解释元素的性质周期性反常性氢和第2周期元素的特殊性对角线关系第四周期p 区元素性质变化的反常性惰性电子对效应第五、六周期重过渡元素的相似性1) s 区: , 最后的电子填在ns上, 包括IAIIA, 属于活泼金属, 为碱金属和碱土金属;2) p 区:, 最后的电子填在np上, 包括IIIA-VIIA以及0族元素, 为非金属和少数金属;3) d 区:, 最后的电子填在(n-1)d上, 包括IIIB-VIIB以及VIII族元素, 为过渡金属;4) ds区:, (n-1)d全充满, 最后的电子填在ns上, 包括IB-IIB, 过渡金属(d和ds区金属合起来,为过渡金属);5) f 区: , 包括镧系和锕系元素, 称为内过渡元素或内过渡系.7.3原子结构的周期性,构造原理,电子构型的特例及其解释在结构化学中,我们学过基态原子的电子构型可以借助所谓的“构造原理”来确定,在多电子原子中,相对轨道能量不再只是由主量子数n 值决定,而是由n+l 值确定。
主要内容:一、地球化学旋回与元素分布二、元素的共生组合三、元素的空间分布四、元素含量的概率分布第一节地球化学旋回与元素分布勘查地球化学主要是通过调查地球表层系统中化学元素的分布特征来研究它对人类产生的直接或间接利害关系。
因此,了解元素分布分配的基本规律是十分必要的。
元素分布、分配有两重含义:1、元素在地球各圈层的分布,特别是地壳表层各地质体间及各类岩石、矿物间的分布、分配;2、元素在各地质作用过程中的分布、分配。
前者是后者的结果,是勘查地球化学研究的主要内容。
此外,分布与分配也有差别。
如下图(图1-1)中金矿中金以硫化物及自然金的形式存在,反映了Au在矿石的具体分配形式,而矿石中金的品位则是反映其在矿石中的分布情况。
(图1-1)石英脉型金矿石(一)地球化学旋回元素演化是以元素的赋存介质的变迁实现的。
从图1-2、3中可看出,在地幔对流驱动板块动移并发生岩石循环过程中,地幔物质分异出的岩浆及地壳物质重熔形成的岩浆通过上升,结晶形成岩浆岩,经构造运动隆升至地表或近地表,进入表生环境,遭受风化、剥蚀,搬运到湖、海盆地沈积成岩。
沉积岩再经沉降或俯冲到地壳深处,发生变质或部分重熔而形成新的岩浆,完成一个大旋回。
在大旋回演化过程中,同时还存不同级次的次级旋回。
如沉积岩直接进入风化搬运,变质岩也可不遭受重熔而上升至地表遭受风化、剥蚀等。
图1-2地幔对流与板块运移示意图图1-3地球化学(岩石)旋回示意图图1-2、3中外生环境与内生环境的分界一般说来相当于潜水面,之下为还原环境,之上为氧化环境。
但在基岩中断裂发育区,地下水下渗较深,也会对潜水面之下的岩石产生氧化作用。
同时,我们还应当看到,地球化学旋回不是简单的机械重复,它始终伴随着物质形态的转变,化学成分的变化。
可见,地球化学旋回的方式可以重复,但其物质成分的演化趋势是不可逆的,从而引起了化学元素的分异和演化,这种分异和演化是有规律的。
(二)常量组分分布特征地壳的形成,地壳的物质成分与地幔,特别是上地幔最有成因联系,这是因为地壳物质起源点在地幔,地球化学旋回的最深点也在地幔。