地球化学课程自学指导内容.docVIP

《地球化学》课程自学指导内容 参考教材：《普通地球化学》（北京大学出版社，作者郑海飞、郝瑞霞） 一、课程的性质与任务 本课程是从事地球化学专业的人员应该熟悉和了解的基本地球化学的知识，是与实际生产联系紧密的基础理论和经验总结。地球化学是研究地球的化学成分及元素在其中的分部、分配、集中、分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。地球化学需要通过各种地质和地球化学作用造成的元素变化所提供信息来研究过去发生的各种地质和地球化学事件；要解决如何利用这些资料获得过去发生的地质和地球化学事件，如何建立地质和地球化学模型以预测将来人类所关心的资源、环境以及灾害等问题。 二、课程基本要求 学习本课程就是用化学的理论和方法，结合地质学的理论和方法去认识自然作用形成的产物、过程及其演化。 通过本课程学习，掌握在研究岩浆岩的成因时，可以用元素在固相和熔体相之间的分配系数进行定量模型；在研究变质矿物的形成条件时，可以进行热力学计算以确定反应进行的方向；在研究成矿物质来源时，可以用同位素和微量元素示踪方法。 三、课程基本内容 第1章 元素的结合规律 1、教学目的和教学要求 （1）熟悉元素的地球化学亲和性和结合规律 （2）初步了解元素的基本性质 2、教学内容和重点知识解析 第一节 元素的基本性质 主要讲授内容:原子和离子半径的变化规律，元素电离能的变化规律和元素电负性变化规律。 重点知识解析： 原子和离子半径的变化规律 1.同一周期中原子或离子半径随着原子序数的增加而减小。 2.同一族中原子或离子半径随着原子序数的增加而增加。 3.沿周期表对角线的方向，自左上方至右下方原子及半径相似。 4.第六周期中由于镧系收缩之故，使镧系以后元素的原子和离子半径也相应地缩小，因而出现了同上一周期相应元素的原子及离子半径大小相似的现象。 5.同一元素的原子可以形成不同价态的离子，其正电价越高半径越小，负电价越高半径越大。 （2）电离（I）电负性（X）Xli＝1.0和XF＝4.0；金属的电负性一般在2.0以下，非金属的电负性一般在2.0以上。电负性越大的原子，吸引电子的本领越大。 第二节 元素的地球化学亲和性 主要讲授内容：元素的地球化学分类，元素地球化学亲和性的理论分析。 重点知识解析： （1）戈尔德施密特的分类是以其地球的起源和内部构造的假说为基础的。他根据化学元素 的性质与其在各地圈内的分配之间的关系将元素分为四个地球化学组。 1.亲石元素也称亲氧元素，包括Li、Be、B、C、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Cs、Ba、I、W、At、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U和镧系元素。其离子的电子构型属希有气体构型。与O、F、Cl具亲和力。主要富集在岩石圈。氧化物的生成焓大于FeO的生成焓，大部分组成氧化物、含氧岩，尤其是硅酸盐，形成大部分造岩矿物，是组成岩石的主要成分。因有人称为亲石元素。 2.亲铜元素又称亲硫元素，包括18种元素：S、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、Tl、Pb、Bi、Po。离子的最外层为18电子（s2p6d10）的铜型结构，氧化物的生成焓小于FeO的生成焓，与S、Se、Te具亲和力，易形成硫化物和复杂的硫化物，富集于硫化物氧化物过渡圈。 3.亲铁元素包括12中元素：Fe、Co、Ni、Mo、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、Au。其离子最外层具有8-18电子过渡型结构，主要集中于铁镍核中。 4.亲气元素：H、N、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn均属此类，其原子的电子构型为希有气体构型（s2p6），H、N例外，主要存在于大气圈中，呈原子状态（Ar、He）或分子状态（N2、H2、H2O、CH4） 此外还有亲生物元素：C、N、H、O、P、B、Ca、Cl、Na、Si、F、Fe、Cu、Mn、Mg、Al。 （2）元素的地球化学亲和性分类： 自然体系中元素的地球化学亲和性分类主要由：亲氧性元素，亲硫性元素，和亲铁性元素。亲铁元素（siderophile element）：铁具有这种倾向，在自然界中，特别是O，S丰度低的情况下，一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共生，称之为亲铁元素。 基本特征：不易与其他元素结合，因为它们的价电子不易丢失（具有较高电离能）。它们的第一电离能往往较高： I1Au=9.2电子伏特， I1Ag=7.5电子伏特，I1Cu=7.7电子伏特。 另外,周期表VIII族过渡金属元素（铂族元素）具明显亲铁性： I1Pt = 8.88电子伏特 I1Pd = 8.30电子伏特