地球化学课件-元素的结合规律.pptVIP

元素结合规律 四、微量元素的结合规律 元素结合的一般规律：形成独立矿物 地球中多数元素是微量元素：不形成独立矿物时的控制因素：类质同相 元素结合规律 （一）类质同象的类型 1.等价类质同象：晶体中性质相似，电荷相同的元素彼此置换，如亲石元素： 一价：K-Na, K-Rb-Cs (长石) 二价：Ca-Sr-Ba-Ra（斜长石）, Mg-Fe-Mn（橄榄石） 三价：Al-Fe-Cr（尖晶石）, Sc-Y-REE 元素结合规律 亲铜元素： 一价：Cu-Ag (黄铜矿) 二价：Zn-Fe-Cd （闪锌矿） 三价：As-Sb-Bi （雌黄） 四价：Mo-Re（辉钼矿） 元素结合规律 阴离子： Cl-Br-I (KCl) S-Se (方铅矿) 元素结合规律 2.异价类质同象： 晶格中发生异价离子的置换 需要电价补偿，如： Na+, Fe3+ ----- Ca2+, Mg2+(辉石、角闪石) 3Mg2+ ------ 2Al3+ (云母) ?Ce3+ + O2- ------ Ca2+ + F- （磷灰石） 元素结合规律 3.完全类质同象 可以形成连续固溶体，如： (Mg,Fe) 2SiO4 (橄榄石) NaAlSi3O8-CaAl2SiO8 （斜长石） 元素结合规律 4.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） 元素结合规律 5.极性类质同象 A可以置换B，但B不可置换A，如： Ba2+ ------2K+ Ce3+ ------3Ca2+ Y3+------- 3Ca2+ 原因：能量 元素结合规律 （二）类质同象置换的条件和限度 1.内因条件 （1）原子或离子半径 a. (r1-r2)/r2 10-15%：完全类质同象 b. (r1-r2)/r2 20- 40%：高温时完全类质同象，低温时不完全类质同象 c. (r1-r2)/r2 10-15%： 高温时仍不完全类质同象 元素结合规律 （3）化学键类型 元素的类质同象受化学键性控制，如： Na + (0.98A) 与 Cu + (0.96A)半径相近 Hg 2+(1.12A) 与Ca 2+ (1.06A)半径相近 Na + 不能置换黄铜矿（CuFeS2）中的Cu+ Ca 2+不能置换辰砂（HgS）中的Hg 2+ 元素结合规律 Al3+(0.57A)与Si4+(0.39A)半径相差较大（47%） 由于键性相同，Al3+与Si4+ 可以置换 元素结合规律 （3）离子正负电荷的平衡 云母中：2Al3+ ----- 3Mg2+ 钾长石中： Ba2+ +Al3+----K+ + Si4+ 斜长石中： Na+ +Si4+----Ca2+ + Al3+ 磷灰石中：Ce 3+ +Na+----2Ca2+ 或Ce3+ + O2- ---- Ca2+ + F- 元素结合规律 2.物理化学条件：外因 （1）温度和压力 高温和低压有利于类质同象 原因：高温----有效半径趋于一致 元素结合规律 （2）组分的浓度 晶体生长时，熔体或溶液中离子的浓度，即该离子的化学位与晶体-液体平衡有关如： 岩浆中Mg含量的降低，Fe将进入橄榄石 元素结合规律 （3）氧化还原电位 影响变价元素，价态变化同时也改变离子半径，如以下变价元素： Fe2+ ---- Fe3+ Mn2+---- Mn4+ Cr 3+ ---- Cr6+ V 3+ ---- V5+ 元素结合规律 （三）类质同象的规律 1.两种元素电价相同，半径较小者优先进入晶格，如：Mg2+（0.78）与Fe2+（0.83） 元素结合规律 2.两种离子半径相似而电价不同时，较高价的离子优先进入矿物晶格，如： Sc3+ (0.83A) 与Fe2+ (0.83), 前者优先 Li+ (0.78A) 与Mg2+(0.78A)，后者优先 元素结合规律 （四）类质同象研究的地球化学意义 1.研究微量元素的集中和分散 例一：Be的集中与分散 Be2+半径0.35A，电负性1.5 Be为两性元素 若[BeO4] 6- ----[SiO4]4- 则分散 元素结合规律 其须具备二条件：（1）介质为碱性，即熔体富Na和K；（2）有高价阳离子补偿电价 如长石中： [BeO4] 6- + TR3+ -----[SiO4] 4+ +(Na,K)+