第二章 自然体系中元素共生结合规律
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第二章 元素的结合规律
在辉铜矿（Cu2O）中，
U卡=256.1· 2· 3· 1/（1.4+1.0）=640.25
U 卡 256 . 1
ZKZA m RK RA
在多元素多相地球化学体系中，若元素
的半径不同时，则存在半径对应结合规律
即离子半径较大的阳离子与离子半径较大的
阴离子结合，离子半径较小的阳离子与离子半
△rG反＝∑△fG生成物-∑△fG反应物 ≈∑△fH生成物-∑△fH反应物 ＝-（∑U生成物-∑U反应物） ＝-（∑E生成物-∑E反应物）
H为负值—放出能量， △U为正值—放出能量。
当（∑U生成物-∑U反应物）或 （∑E生成物-∑E反应物） 达到最大值时,△rG反的值最小，所形成的矿物 组合最稳定。
具亲硫性的元素有：
（ d电子数目 ）
3 4 5 6 7 8 Mo 10 V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Hg Tl Pb Bi W Re Os Ir Pt
④
亲气元素
惰性气体元素，原子外层
S2P6 ；形成气体分子N2、O2、CO2、H2O，
④ 自发，不可逆过程
反应进行的方向、速率、 限度受地球化学体系的控制，
能量来自地球本身
实验室人工可改变进程 A+B=C+D+Q（放热反应） 冷却，反应→进行
⑤ 产物特点：
a．元素呈组分类，自然组合，按阴离子分类，地壳 中只有：含 氧化物、硫化物、卤化物、自然元素、 少量砷化物、碲化物。 b．与各种阴离子结合的阳离子可划分成组，组内元 素共生。 c．矿物数目有限，自然化合物种类不多~3000种。 d．自然稳定相矿物，都不是纯化合物，混入物元素与 主成分性质相近，矿物晶格中占有构造位置——固 溶体。元素按丰度量比参加反应。
5第二章元素的结合规律与赋存形式1.
第二章 元素的结合规律与赋存形 式Part1
9
2.现象：
造岩矿物种类——氧化物和含氧盐类比较
多；矿床的矿石矿物，如Pb、Zn、Cu、Fe等 重金属形成硫化物组合。 一些元素倾向于与氧结合形成氧化物或含 氧盐，而另一些元素则首先与硫化合形成硫 化物。 这就形成了地质学熟知的以造岩元素为主 体的含氧盐矿物类组合和以重金属元素为代 表的硫化物矿物类组合
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第二章 元素的结合规律与赋存形 式Part1
3
2.1
自然体系及自然作用产物
地球化学体系的特征 自然过程产物的特征 自然界元素结合的基本规律
2.1.1 2.1.2 2.1.3
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第二章 元素的结合规律与赋存形 式Part1
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2.1.1
地球化学体系的特征
1、自然作用体系温度、压力等条件的变化 幅度与人为制备的条件相比是有限的。 2、自然作用体系是多组分的复杂体系。 3、自然作用体系是开放体系。 4、自然作用体系为自发进行的不可逆过程。
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第二章 元素的结合规律与赋存形 式Part1
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2.1.2
自然过程产物的特征
1.自然稳定相（Minerals）和各种
流体相的总数有限， 2.元素成组分类自然组合， 3.自然产物的稳定相一般都是不纯 4.在地壳物理化学条件下，相似的物质
组成和类似的作用过程会使自然作用产物 的类型重复出现
亲 铁 元 素
亲 铜 元 素
亲 气 元 素
① 亲石元素 ；② 亲铜元素 ； ③亲铁元素 ；④ 亲气元 素 ；⑤ 亲生物元素
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第二章 元素的结合规律与赋存形 式Part1
第二章_自然体系中元素共生结合规律_for PDF
R2－ (埃 ) 1.32 1.74
O S
8 16
2 3
1s22s22p4 1s22s22p63s23p43d0
3.5 2.5
X：电负性 分子中原子对成键电子吸引能力相对大小的量度
(元素的电负性愈大，吸引电子的倾向愈大，非金属性也愈强 )
元素的电负性
氢氧化物
硫的电负性小于氧（Xs<Xo），而硫的原子半径大于氧 （Rso>Roo）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫受极
地球系统中丰度最高的阴离子分别为氧和硫，除与该两元素结合 外，金属元素的另一重要存在形式为自然金属(及其)互化物，其中丰 度最高的元素是Fe。因此，可根据结合形式将自然体系中的元素分为 亲氧性元素、亲硫性元素和亲铁元素(Oxyphile/Lithophile, Sulfophile /Chalcophile, and Siderophile elements)
1电子伏特 = 1.60217646 × 10
-19
焦耳
元素的一级电离能
具亲铁性的部分元素的一级电离能
I1Au=9.2电子伏特 I1Ag=7.5电子伏特 I1Cu=7.7电子伏特 I1Pt = 8.88电子伏特 较高的电离能使得其在 自然界中常呈自然金属 或互化物形式存在 对比：I1Na=0.795 电子伏特
一、亲铁性
元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。 铁具有这种倾向，在自然界中，特别是当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 铁呈金属键结合而共生，这类元素称之为亲铁元素。 典型的元素包括PGE、Fe、Cu、Au、Ag、Co和Ni等。 基本特征：不易与其他元素以离子键或共价键结合， 因为它们的价电子不易丢失，即具有较高的电离能。
第二章 自然体系中元素共生结合规律
15
一、自然体系特征
第三种情况：离子电位居中（π：2.5～8）的一些阳离子，它们往
往是一些两性元素(Be2+、Ti3+、Cr3+、Al3+、Fe3+、V3+ ……)，在水中 的形式随溶液中酸碱度不同而变化：
在碱性溶液中：(OH)-浓度大，H+浓度小，才能与O2-结合成含氧酸
[BeO4]6- ； 在酸性溶液中： H+ 浓度大大高于 (OH)- 浓度，则呈氢氧化物分子
17
一、自然体系特征
（二）自然体系中元素的赋存形式
3、元素赋存形式的研究方法
（1）元素含量测定；（2）显微镜法；（3）萃取法（偏提取法）； （4）晶格常数测定；X光衍射法（5）电子显微镜扫描；
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一、自然体系特征
（二）自然体系中元素的赋存形式
４、元素赋存形式的研究意义 元素结合形式不同，具有不同的化学活动性。 如酸性环境下，H+将和重金属离子争夺粘土矿物表面的可交换位臵， 使被吸附在粘土矿物表面的部分重金属离子释放出来。
（1）亲石元素
（5）亲生物元素
4
（3）亲铁元素
（2）亲铜元素
23
一、自然体系特征
（三）元素的地球化学分类 1、戈尔德施密特的元素地球化学分类
（1）亲石元素
离子最外层具有8电子（s2p6)稳定结构，氧化物 的形成热大于FeO的形成热，与氧的亲和力强， 易熔于硅酸盐熔体，主要集中在岩石圈。 离子最外层具有18电子（s2p6d10)铜型结构，氧 化物的形成热小于FeO的形成热，与硫的亲和力 强，易熔于硫化铁熔体，主要集中于硫化物－氧 化物过渡圈。
1
自然元素之间的结合并不是任意的，而是 有一定规律的！
2自然体系中元素共生结合规律
→戈尔德施密特把冶炼过程和陨石中所观察到的铁陨石、陨硫铁
以及球粒陨石的化学成分相对比，并结合地质作用中的矿物组合 和元素共生规律,
→提出了把元素分为亲氧、亲硫、亲铁、亲气和亲生物的分类。 →并推测地球内部的壳层结构也应有类似的化学成分的分异。
二、元素地球化学亲合性的分类
在地球和地壳系统中，元素丰度值最高的阴离子是氧， 其次是硫；在地球系统中能以自然金属形式存在的丰 度最高的元素是铁。因此，在自然体系中元素的地球 化学亲合性分类主要有：亲氧性、亲硫性和亲铁性。
1. 机械分散物：（固相、流体相），是成分不同于 主矿物的细小独立矿物或固熔体分离结构； 星光红（蓝）宝石
条纹长石
2. 吸附相杂质：不参加主矿物晶格，在矿物表面、
裂隙面等呈吸附状态；
电性质
3. 超显微非结构混入物：（<0.001mm），它不 占主矿物晶格位置，但又不能形成可以进行矿物学 研究的颗粒（其成分和性质不清）； 岩浆岩中Au,Ag,Pb,Bi
五、 自然界元素亲和性的特点
1. 双重性和过渡性： 自然界元素的亲和性不是绝对的，存在着双
重性和过渡性。
具亲铁性，以自然金属状 态， 具亲硫性，硫化物
2 不同价态元素亲和性
Fe Mn
Fe2+ ，Mn2+ 低价具亲硫性, FeS2 , MnS; Fe3+，Mn4+高价具亲氧性， Fe2O3 , MnO2；
4.与有机质结合的形式：金属有机化合物、金 属有机络合物、有机胶体吸附； 血Fe、骨Ca、脑P
5. 类质同像：以原子、离子、络离子或分子为 单位取代矿物晶格构造位置中的相应质点。 类质同像的结果：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。 准确概念
以及球粒陨石的化学成分相对比，并结合地质作用中的矿物组合 和元素共生规律,
→提出了把元素分为亲氧、亲硫、亲铁、亲气和亲生物的分类。 →并推测地球内部的壳层结构也应有类似的化学成分的分异。
二、元素地球化学亲合性的分类
在地球和地壳系统中，元素丰度值最高的阴离子是氧， 其次是硫；在地球系统中能以自然金属形式存在的丰 度最高的元素是铁。因此，在自然体系中元素的地球 化学亲合性分类主要有：亲氧性、亲硫性和亲铁性。
1. 机械分散物：（固相、流体相），是成分不同于 主矿物的细小独立矿物或固熔体分离结构； 星光红（蓝）宝石
条纹长石
2. 吸附相杂质：不参加主矿物晶格，在矿物表面、
裂隙面等呈吸附状态；
电性质
3. 超显微非结构混入物：（<0.001mm），它不 占主矿物晶格位置，但又不能形成可以进行矿物学 研究的颗粒（其成分和性质不清）； 岩浆岩中Au,Ag,Pb,Bi
五、 自然界元素亲和性的特点
1. 双重性和过渡性： 自然界元素的亲和性不是绝对的，存在着双
重性和过渡性。
具亲铁性，以自然金属状 态， 具亲硫性，硫化物
2 不同价态元素亲和性
Fe Mn
Fe2+ ，Mn2+ 低价具亲硫性, FeS2 , MnS; Fe3+，Mn4+高价具亲氧性， Fe2O3 , MnO2；
4.与有机质结合的形式：金属有机化合物、金 属有机络合物、有机胶体吸附； 血Fe、骨Ca、脑P
5. 类质同像：以原子、离子、络离子或分子为 单位取代矿物晶格构造位置中的相应质点。 类质同像的结果：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。 准确概念
第二章元素的结合规律
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（ d电子数目 ）
45678
10
Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As
Mo
Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb
Re Os Ir Pt
Hg Tl Pb Bi 27
第二章 元素的结合规律
氟、氯化合物的结合规律
元素 外电子层构型 电负性 原子半径(Ao) 离子半径(Ao ) 克拉克值
碲：电负性小，半径大，具d电子轨道和空的f轨道。这样，与它结合的元素为 半径大、电负性高、具d电子轨道和f轨道（常为d电子轨道半充满或全充满） 为特征。如，Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi等。
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第二章 元素的结合规律
虽然O、S、Te都形成二价阴离子，但它 们与不同价态的阳离子形成化合物的能力则 相差很大。由于O的电负性高，半径小，按 照波恩公式，E=q1q2C/r，越是高价的金属 阳离子与氧结合成离子键，则键能越高。这 就说明，氧易与高价的阳离子结合，而硫则 往往与低价的阳离子结合成离子键或共价键 化合物，碲则只能形成共价键化合物或者是 金属互化物。
△U 4.5m Z M nd XA XM
XA、XM分别为阴离子与金属阳离子的电负性，m 为金属阳离子在化合物分子式中的数目，ZM为金属 阳离子电价，nd为金属阳离子最外层d轨道上的电子 数目。如，在辉铜矿（Cu2O）中， △U=4.5×2×1×10/（3.5-1.8）=5.3
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第二章 元素的结合规律
主族原子半径大小示意图
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第二章 元素的结合规律
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地球化学复习资料
地球化学复习资料第1章绪论一、地球化学的定义地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学（涂光炽）。
地球化学是研究地球的化学成分及元素在其中分布、分配、集中、分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。
二、地球化学研究的基本问题第一：元素（同位素）在地球及各子系统中的组成（量）第二：元素的共生组合和存在形式（质）第三：研究元素的迁移（动）第四：研究元素（同位素）的行为第五：元素的地球化学演化第2章自然体系中元素的共生结合规律一、元素地球化学亲和性的定义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。
二、亲氧元素、亲硫元素与亲铁元素的特点地球的组分分异，由元素的性质决定。
元素在周期表中的位置：亲铁元素: 地核亲石元素: 地幔与地壳亲气元素: 大气圈和水圈三、其它的概念离子电位（π）：是离子电价（W）与离子半径（R）的比值，即π=W/R电离能：指从原子电子层中移去电子所需要的能量。
电离能愈大，则电子与原子核之间结合得愈牢固。
电子亲和能：原子得到电子所放出的能量（E)叫电子亲和能。
E越大，表示越容易得到电子成为负离子。
电负性：中性原子得失电子的难易程度。
或者说原子在分子中吸引价电子的能力叫电负性。
表示为：X=I+E (X：电负性；I：电离能；E：电子亲和能)周期表上，以Li的电负性为1.0，得出其它元素相对电负性。
化学键：离子键（电子交换）,共价键（电子共用），金属键（价电子自由移动），范德华键（分子间或惰性原子间，存在弱的偶极或瞬时偶极），氢键（也属分子间静电力，含H的分子与其它极性分子或负离子间)四、元素的地球化学化学分类（戈式分类）亲氧（亲石）、亲硫（亲铜）、亲铁、亲气根据地球中阴离子中氧丰度最高，其次是硫（主要形成氧的化合物和硫化物）；而能以自然金属形式存在的丰度最高的元素是铁，因此，元素的地球化学亲和性主要分为以下三类：①亲氧性（亲石）元素；②亲硫性（亲铜）元素；③亲铁元素。
2 第二章 自然体系中元素共生结合规律
第二章 元素的结合规律和赋存形式
元素间的结合、分配受自然系统元素丰度(浓度)和热力学、动力学等多方 面因素的控制。如 体系中不同元素间的丰度差异决定了元素选择性的与阴离子结合，表现为
体系中矿物相的种类不同，以及元素在各共存相间的不均匀分配。
元素的地球化学亲和性和类质同象规律都是元素间结合和分配的基本规律。 元素表现出的各种性质和行为都与它们的原子结构有关；而两种元素的结 合(化合或共生)方式取决于原子之间作用力的性质。 化学价键理论是决定元素结合关系和离子行为最主要的控制因素，它同样 在元素的地球化学亲和性和类质同象规律方面得到体现。
c) 离子半径较小，离子的最外电子层具有8电子(s2p6) 惰性气体型的稳定结构；
d) 氧化物的生成自由能较大；与氧的亲合力强，易熔于 硅酸盐熔体，主要集中在岩石圈。 元素的原子容积曲线 e) 在原子容积曲线上，这些元素位于每一周期的最高处 及其下降部位；
第二章 元素的结合规律和赋存形式
2、亲铜元素：
第二章 元素的结合规律和赋存形式
针对现有分类中存在的上述缺点以及其他不足之处，北京大学 地球化学教研室在1977年提出了一个新的方案。他们严格按照周期 表中元素的分布和元素原子电子壳层结构，结合元素的地球化学行 为来划分元素的类别(表)。
第二章 元素的结合规律和赋存形式
在此分类中 1 氢也处于特殊位置。
一分类对考察元素地球化学行为的基本属性，如元素的地球化
学亲和性和地球演化成圈过程中，元素在各圈层间的分异等有 指导意义。
第二章 元素的结合规律和赋存形式
查瓦里茨基的元素地球化学分类：
1. 是以展开式元素周期表为基础，根据元素的电子层结构及
其晶体化学参数，同时考虑元素在岩石及矿床中的共生组 合； 2. 以原子的外层电子数为横座标，以原子的电子层数为纵座 标，用来表示元素的性质和原子的电子层结构之间的关系；
第二章 自然界中元素结合规律 地球化学
18
④有利的矿物晶体构造特征
19
⑤代换的能量角度
象 象
3
20
2. 物理化学条件
21
三）类质同象规律
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象
三）类质同象规律
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三）类质同象规律
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三）类质同象规律
25
26
三）类质同象规律
？？
27
四）类质同象规律研究意义
28
1. 阐明微量元素在各类岩浆岩中的分布以及微量元素在矿 物中分配的实际规律
35
对环境的影响—“骨痛病”的元凶？ 骨痛病” 3. 对环境的影响 骨痛病 的元凶？
36
对环境的影响—“骨痛病”的元凶？ 骨痛病” 3. 对环境的影响 骨痛病 的元凶？
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对环境的影响—“骨痛病”的元凶？ 骨痛病” 3. 对环境的影响 骨痛病 的元凶？
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四、晶体场理论在解释过渡族元素结合规律 上的应用
84
I
85
Xe
86
Cs
87
Ba
88
Hf
90
Ta
91
W
92
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
57
Ac
Th
59
Po
60
U
61
红色为低场强元素 蓝色为高场强元素
62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
58La89Ce90Pr91
Nd
92
Pm
93
Sm
94
Eu
95
Gd
96
地球化学-第二章
第二章 自然体系中元素共生结合规律
• 本章内容
自然界元素结合的类型及特点 元素的地球化学亲和性 类质同象代换及微量元素共生结合规律
晶体场理论在解释过渡族元素结合规律上的应用
事实：
•陨石中 Fe, Ni, Co, Pt 等元素主富集在金属相中，
硅酸盐相主要是Si, O,Al, K, Na, Ca……硫化物相有S,
Rb+(1.49Å)以类质同像形式为 K所“隐蔽”。
2）两种离子电价相同，半径有别，半径小的离子
集中于较早的矿物中，而半径较大的离子（化学键 弱）将在晚阶段矿物中富集。
Mg2+ Fe2+ Mn2+
0.78Å
橄榄石等早期矿物
0.83Å
0.91Å
角闪石, 黑云母
3) 如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价的
三. 研究元素类质同像代换的地球化学意义
类质同像是支配地壳中元素共生组合的一个重要因 素，特别是对一些微量元素，是决定它们在自然界活 动状况的主要因素。 活动状况指的是微量元素的分布、分配、集中、分 散及迁移等。
元素的共生组合：同时、同种成因处于同一空间所 形成的元素组合。
1. 阐明微量元素在各类岩浆岩中的分布以及微量元素 在矿物中分配的规律 岩浆结晶过程中常量元素演化的顺序：
不连续系列：Mg－Fe－Mn－Ca
连续系列： Ca － Na－K
同时Si, Al挥发分 （水）的含量↑
微量元素地球化学行为？
一种倾向是选择与自身晶体化学性质相似的造岩元
素以类质同像代换方式进入它们的晶格，呈分散状态-称“晶体化学分散”。
A：完全类质同像区；
NaAlSi3O8
CaAl2Si2O8
• 本章内容
自然界元素结合的类型及特点 元素的地球化学亲和性 类质同象代换及微量元素共生结合规律
晶体场理论在解释过渡族元素结合规律上的应用
事实：
•陨石中 Fe, Ni, Co, Pt 等元素主富集在金属相中，
硅酸盐相主要是Si, O,Al, K, Na, Ca……硫化物相有S,
Rb+(1.49Å)以类质同像形式为 K所“隐蔽”。
2）两种离子电价相同，半径有别，半径小的离子
集中于较早的矿物中，而半径较大的离子（化学键 弱）将在晚阶段矿物中富集。
Mg2+ Fe2+ Mn2+
0.78Å
橄榄石等早期矿物
0.83Å
0.91Å
角闪石, 黑云母
3) 如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价的
三. 研究元素类质同像代换的地球化学意义
类质同像是支配地壳中元素共生组合的一个重要因 素，特别是对一些微量元素，是决定它们在自然界活 动状况的主要因素。 活动状况指的是微量元素的分布、分配、集中、分 散及迁移等。
元素的共生组合：同时、同种成因处于同一空间所 形成的元素组合。
1. 阐明微量元素在各类岩浆岩中的分布以及微量元素 在矿物中分配的规律 岩浆结晶过程中常量元素演化的顺序：
不连续系列：Mg－Fe－Mn－Ca
连续系列： Ca － Na－K
同时Si, Al挥发分 （水）的含量↑
微量元素地球化学行为？
一种倾向是选择与自身晶体化学性质相似的造岩元
素以类质同像代换方式进入它们的晶格，呈分散状态-称“晶体化学分散”。
A：完全类质同像区；
NaAlSi3O8
CaAl2Si2O8
地球化学(马振东)3自然体系中元素共生结合规律
地球化学
——多媒体课件
geochem@ 地球科学学院地球化学教研室
第2页/共52页
自然元素之间的结合并不是任意的，而是有一 定规律的！
地 球 化 学
为什么不同岩石、矿物中的元素组合千差万别？ 为什么有些元素总是相伴出现，而另外一些元素很少共生呢？
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
地
自然界元素结合分两种：
球 同种或性质相似元素的结合--非极性键，一般形成共 价键；
化
异种元素结合--极性键，一般形成离子键。
学
自然界元素结合特点：
多键性和过渡性；
自然界形成的化合物（矿物）都是不纯的，每一种矿
物都构成一个成分复杂、含量变化的混合物系列。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
FeSiO3+MnS→MnSiO3+FeS (25℃时：Gr=-11.56 KJ<0,反应向右进行）
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
地 球 化 学
第14页/共52页
（三）自然界元素亲和性的特点
1. 双重性和过渡性： 自然界元素的亲和性不是绝对的，存在着双重性和过渡性。
为此，硫倾向形成共价键（或配价键的给予体），
氧倾向形成离子键（或部分共价键）
与硫形成高度共价键的元素，称亲硫元素（具亲硫性），
与氧形成高度离子键的元素，称亲氧元素（具亲氧性）。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
第11页/共52页
2. 与之结合的阳离子性质
地
以第四周期部分金属阳离子为例（电负性）
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——多媒体课件
geochem@ 地球科学学院地球化学教研室
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自然元素之间的结合并不是任意的，而是有一 定规律的！
地 球 化 学
为什么不同岩石、矿物中的元素组合千差万别？ 为什么有些元素总是相伴出现，而另外一些元素很少共生呢？
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
地
自然界元素结合分两种：
球 同种或性质相似元素的结合--非极性键，一般形成共 价键；
化
异种元素结合--极性键，一般形成离子键。
学
自然界元素结合特点：
多键性和过渡性；
自然界形成的化合物（矿物）都是不纯的，每一种矿
物都构成一个成分复杂、含量变化的混合物系列。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
FeSiO3+MnS→MnSiO3+FeS (25℃时：Gr=-11.56 KJ<0,反应向右进行）
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
地 球 化 学
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（三）自然界元素亲和性的特点
1. 双重性和过渡性： 自然界元素的亲和性不是绝对的，存在着双重性和过渡性。
为此，硫倾向形成共价键（或配价键的给予体），
氧倾向形成离子键（或部分共价键）
与硫形成高度共价键的元素，称亲硫元素（具亲硫性），
与氧形成高度离子键的元素，称亲氧元素（具亲氧性）。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2020年8月27日更新
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2. 与之结合的阳离子性质
地
以第四周期部分金属阳离子为例（电负性）
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7第二章元素的结合规律与赋存形式3详解
Cr3+的相对富集挨次： 绿泥石＞石榴子石＞绿柱石＞绿帘石＞透 闪石＞透辉石＞云母
2. 说明过渡金属离子的物理和化学性质
① 当过渡金属离子的d电子数为4～7时， 同一金属离子有两个半径值，它们分别与 电子的高自旋状态或低自旋状态相对应， 高自旋状态的离子比低自旋状态的离子半 径大。
② 金属离子在水中主要以水合物的形式存 在。当过渡金属离子有空轨道时，水分子 易挤入，金属离子简洁被淋滤。空轨道愈 多，水分子挤入愈快，金属离子愈简洁被 淋滤。
➢第一过渡族元素:
➢Sc→Ti→V→Cr→Mn→Fe→Co→Ni
→Cu→Zn
问题提出：对于有些过渡族元素的共生结合， 用类质同像、林伍德法则是解释不了的，
例如： Ni2+ (0.78Å) 882KJ/mol
Mg2+ (0.78Å) 735KJ/mol
Ni的电负性比Mg大，按林氏法则Ni不利于 早期代换Mg，而实际上Ni在橄榄石结晶的 早期就取代Mg。这就需要用新的理论来加 以解释———晶体场理论
存在形式是可以变化的。
元素存在形式的争论方法
1．元素含量测定 2．显微镜法 3．X光衍射法及晶格常数测定 4．电子显微镜应用 5． 萃取法〔偏提取法〕
2.6.2 元素在水流体相(真溶液)中 的存在形式
元素在水流体相中也有多种存在形式。 首先它们可以按根本单位和聚合体的大 小分成颗粒、胶体、絮状物和分子，在 真溶液中则仅包括分子和离子。
2.6.1 元素在固相中的存在形式
2.6.1.1 元素的存在形式 2.6.1.2 元素存在形式的争论方法
2.6.1.1 元素的存在形式
1 .独立矿物 2 .类质同象〔构造混入〕 3 .超显微非构造混入物〔超显微包裹体〕 4 .吸附 5 .与有机质结合 同种元素在同一地质体中，可以有多种存在形式；元素的
2. 说明过渡金属离子的物理和化学性质
① 当过渡金属离子的d电子数为4～7时， 同一金属离子有两个半径值，它们分别与 电子的高自旋状态或低自旋状态相对应， 高自旋状态的离子比低自旋状态的离子半 径大。
② 金属离子在水中主要以水合物的形式存 在。当过渡金属离子有空轨道时，水分子 易挤入，金属离子简洁被淋滤。空轨道愈 多，水分子挤入愈快，金属离子愈简洁被 淋滤。
➢第一过渡族元素:
➢Sc→Ti→V→Cr→Mn→Fe→Co→Ni
→Cu→Zn
问题提出：对于有些过渡族元素的共生结合， 用类质同像、林伍德法则是解释不了的，
例如： Ni2+ (0.78Å) 882KJ/mol
Mg2+ (0.78Å) 735KJ/mol
Ni的电负性比Mg大，按林氏法则Ni不利于 早期代换Mg，而实际上Ni在橄榄石结晶的 早期就取代Mg。这就需要用新的理论来加 以解释———晶体场理论
存在形式是可以变化的。
元素存在形式的争论方法
1．元素含量测定 2．显微镜法 3．X光衍射法及晶格常数测定 4．电子显微镜应用 5． 萃取法〔偏提取法〕
2.6.2 元素在水流体相(真溶液)中 的存在形式
元素在水流体相中也有多种存在形式。 首先它们可以按根本单位和聚合体的大 小分成颗粒、胶体、絮状物和分子，在 真溶液中则仅包括分子和离子。
2.6.1 元素在固相中的存在形式
2.6.1.1 元素的存在形式 2.6.1.2 元素存在形式的争论方法
2.6.1.1 元素的存在形式
1 .独立矿物 2 .类质同象〔构造混入〕 3 .超显微非构造混入物〔超显微包裹体〕 4 .吸附 5 .与有机质结合 同种元素在同一地质体中，可以有多种存在形式；元素的
元素的地球化学亲和性分析
电负性
Ionization Energy（电离能/势）
First ionization energy (IE1)
The minimum amount of energy required to remove the most loosely bound electron from an isolated gaseous atom to form a 1+ ion.
共价半径(covalent radius) ◆ 适用非金属元素 ◆ 测定单质分子中两个相邻 原子的 核间距 一半 金属半径(metallic radius ) ◆ 适用金属元素 ◆ 固体中测定两个最邻 近原子 的核间 距一半
Ionic (and Ionic-Covalent) Structures
atom(g) + e- + EA ion-(g)
Electron Affinities of Main Group Elements
电负性＝电离势＋电子亲和能 相对值
Electronegativity电负性
Electronegativity is a measure of the relative tendency of an atom to attract electrons to itself when chemically combined with another element.
2.从空间几何形式的角度 半径（原子、离子）、 配位数、 原子和离子极化、 最紧密堆积等。
Atomic radii in picometers of main group elements
Atomic Radii
o in A
原子半径一般分为三种： 共价半径：同种元素的原子以共价键相结合时的间距； 金属半径：金属单质晶体中的两原子间距； 范氏半径：两个原子间无化学键相连，只靠分子间力相接 近时两原子间距离的一半。 一般来说同一元素：范氏半径 > 金属半径 > 共价半径
2自然体系中元素共生结合规律
择地与某种阴离子结合的特性。
为什么元素的表现出地球化学亲和性？ 1. 元素本身性质(结构)； 2. 元素结合的物理化学条件.（宏观上：元素化合反应的能量效应）
实际状况
争夺阴离子 的能力很强
**一部分元素:只“喜欢”与氧结合形成氧化物和氧盐
类。？？
争夺阴离子 的能力较强
**另一些元素: “喜欢”与硫结合形成硫化物。？？
在地壳中，易于获得电子，成为阴离子，并与 其他元素结合的元素中，丰度最高的为氧，其次 是硫。两者的地球化学亲和性显著不同。原因是: ① O、S 本身的电子层结构差异，获取电子能力和 方式不同； ②与之结合的阳离子自身的电子层结构。
1 氧、硫性质的差异
氧和硫某些化学性质参数
I1(ev) Y1 Y2 Y1+2 X R0 R 2- 丰度
型，电负性较小。 如K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；
亲硫性元素
特征是：离子半径较大，具有铜型的电子层构型，如
Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；
IB,IIB副族及 其邻近
亲铁性元素
特征是：电子层构型为18或18+2外层电子 层结构，离子电离能较高，电负性中等，不 容易得和失电子，在单质或金属互化物中共 享自由电子。如Cu、Au、Ag 、Fe、Co、 Ni和Pt族元素等。
（2S2P）氧 13.57 -1.47 +7.29 +5.82 3.5 0.66Å 1.32Å 47% （3S3P）硫 10.42 -2.08 +3.39 +1.32 2.5 1.04Å 1.74Å 0.047%
硫的电负性小于氧（Xs<Xo），而硫的原子半径大于氧 （ Rs0 > Ro0 ）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫
为什么元素的表现出地球化学亲和性？ 1. 元素本身性质(结构)； 2. 元素结合的物理化学条件.（宏观上：元素化合反应的能量效应）
实际状况
争夺阴离子 的能力很强
**一部分元素:只“喜欢”与氧结合形成氧化物和氧盐
类。？？
争夺阴离子 的能力较强
**另一些元素: “喜欢”与硫结合形成硫化物。？？
在地壳中，易于获得电子，成为阴离子，并与 其他元素结合的元素中，丰度最高的为氧，其次 是硫。两者的地球化学亲和性显著不同。原因是: ① O、S 本身的电子层结构差异，获取电子能力和 方式不同； ②与之结合的阳离子自身的电子层结构。
1 氧、硫性质的差异
氧和硫某些化学性质参数
I1(ev) Y1 Y2 Y1+2 X R0 R 2- 丰度
型，电负性较小。 如K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；
亲硫性元素
特征是：离子半径较大，具有铜型的电子层构型，如
Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；
IB,IIB副族及 其邻近
亲铁性元素
特征是：电子层构型为18或18+2外层电子 层结构，离子电离能较高，电负性中等，不 容易得和失电子，在单质或金属互化物中共 享自由电子。如Cu、Au、Ag 、Fe、Co、 Ni和Pt族元素等。
（2S2P）氧 13.57 -1.47 +7.29 +5.82 3.5 0.66Å 1.32Å 47% （3S3P）硫 10.42 -2.08 +3.39 +1.32 2.5 1.04Å 1.74Å 0.047%
硫的电负性小于氧（Xs<Xo），而硫的原子半径大于氧 （ Rs0 > Ro0 ）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫
应用地球化学-2元素的结合规律
2011年9月13日星期
中南大学彭建堂制作
6
二
2.自然过程产物的特征
自然稳定相(矿物)及各种流体相的总数有限
自然界的元素和组分种类很多，但浓度相差显著，因此自然界 中化合物和单质的种类有限。
矿物：3000多种、矿物化合物大类7种，矿物总族数<200。 实验室人工合成化合物总数达30万种。 地球的组成和物理化学条件的有限范围控制了矿物的种类和种 数。
实验室 T ：0.00001 K ~5×104 ℃ P：真空 ~ 1.2×1011Pa
是多组分复杂体系
自然体系中大量化学组分共存，任意一个地质体系都可视为 92种元素和354种核素组成，只是浓度相差悬殊。 地质作用过程元素以其各自的丰度来决定参加化学反应的量 比。这与实验室中观察的通常为有限组分体系，由高纯试 剂，按理论量比设计的化学反应有很大区别。
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3
二
第一节 自然体系及自然作用 的产物特征
这里的自然体系主要是指地球、特别 是地壳
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4
二
1.地球化学体系的特征
T、P等条件的变化幅度与实验条件相比是相对有限的
地壳和上地幔 T： -80（193.16K）~5000℃ P： 0.0n~1010Pa
酸盐熔体，陨石中为石陨石，地壳中为主要 造岩矿物的成分，富集于岩石圈。代 表性 元素有K、Na、Ca、 Mg、Si等
②亲铜元素：离子构型s2p6d10型，与S亲和力强，易熔于
硫化铁熔体，主要形成硫化物，在陨石中富 集于硫化物相中，地壳中常呈硫化物产于硫 化物矿床中。代表性元素Cu、 Pb、Zn
又如：酸性岩主要是K、Na、Si、Al、Be、Th等元素形成的矿 物的组合；基性岩主要是Fe、Mg等元素所形成的矿物的组合。
第二章 自然界元素结合规律-12
2）与氧、硫结合的阳离子性质
电负性差值是制约元素亲和性的主要因素。 据金属离子与氧或硫的电负性差值可判断元素的亲氧、亲硫性。
第四周期元素的电负性与亲和性
K+ Ca2+ Sc3+ Ti3+ V3+ Cr3+ Mn2+ Zn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+
相对电负性X＊ △X金属与氧 △X金属与硫
(4)自然稳定相都不是纯的化合物。
几乎每一种矿物都是一个成分复杂、元素含量与一定变化范围 的混合物系列。
(5)自然作用产物的类型重复出现
在地壳的物理条件下，相似的物质组成和类似的作用过程会使 自然作用产物的类型重复出现。如不同的岩石大类、矿床类型 分别由各具特征的矿物组合构成，表现为矿物之间有规律的共 生组合。 地球物理化学条件 元素丰度 元素化学和晶体化学性质
N P V Nb Ta Po
O S Cr Mo W U
F Cl Mn Tc Re Fe Ru Os Co Rh Ir Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ga In Tl Ge Sn Pb As Sb Bi Se Te Po Br I At
Ac
亲 石 元 素
亲 铁 元 素
亲 铜 元 素
亲 气 元 素
三、元素的地球化学分类
2. 查瓦里茨基元素地球化学分类：
分类依据：以展开式元素周期表为基础，赋以原子和离子 半径以重要意义，并根据元素的地球化学行为的相似性将 元素分为12族： ①氢族-重要成矿介质，岩浆、沉积、变质、热液，水对元素迁移有意义; ②惰性气体族-一般不参加反应，富集在大气圈; ③造岩元素族: Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、 Sr、Cs和Ba-常量元素（ωB>0.1%），是构成岩石圈的主量 元素。微量元素分散产于硅酸盐及碳酸盐中，局部富集伟晶岩 以及沉积岩； ④岩浆射气元素族:B、C、N、O、F、P、S和Cl； ⑤铁组:Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni-内生作用中与铁 有相似的地球化学性质。富集在超基性岩、基性岩及有关矿床中
电负性差值是制约元素亲和性的主要因素。 据金属离子与氧或硫的电负性差值可判断元素的亲氧、亲硫性。
第四周期元素的电负性与亲和性
K+ Ca2+ Sc3+ Ti3+ V3+ Cr3+ Mn2+ Zn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+
相对电负性X＊ △X金属与氧 △X金属与硫
(4)自然稳定相都不是纯的化合物。
几乎每一种矿物都是一个成分复杂、元素含量与一定变化范围 的混合物系列。
(5)自然作用产物的类型重复出现
在地壳的物理条件下，相似的物质组成和类似的作用过程会使 自然作用产物的类型重复出现。如不同的岩石大类、矿床类型 分别由各具特征的矿物组合构成，表现为矿物之间有规律的共 生组合。 地球物理化学条件 元素丰度 元素化学和晶体化学性质
N P V Nb Ta Po
O S Cr Mo W U
F Cl Mn Tc Re Fe Ru Os Co Rh Ir Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ga In Tl Ge Sn Pb As Sb Bi Se Te Po Br I At
Ac
亲 石 元 素
亲 铁 元 素
亲 铜 元 素
亲 气 元 素
三、元素的地球化学分类
2. 查瓦里茨基元素地球化学分类：
分类依据：以展开式元素周期表为基础，赋以原子和离子 半径以重要意义，并根据元素的地球化学行为的相似性将 元素分为12族： ①氢族-重要成矿介质，岩浆、沉积、变质、热液，水对元素迁移有意义; ②惰性气体族-一般不参加反应，富集在大气圈; ③造岩元素族: Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、 Sr、Cs和Ba-常量元素（ωB>0.1%），是构成岩石圈的主量 元素。微量元素分散产于硅酸盐及碳酸盐中，局部富集伟晶岩 以及沉积岩； ④岩浆射气元素族:B、C、N、O、F、P、S和Cl； ⑤铁组:Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni-内生作用中与铁 有相似的地球化学性质。富集在超基性岩、基性岩及有关矿床中
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同一种元素的不同存在形式，表现出不同的地球化学行为。
华南地区，土壤偏酸性、富含铁和铝氧化物及粘土，束缚了能被植物 吸收的高价钼（MoO4）2-的活动。 东北地区，酸性的富含腐殖质等有机物的环境，使钼发生复杂的聚合 反应，形成很难被植物根系吸收的巨大分子复杂化合物，如 [H3Mo12O21]3-等聚多酸。如施加石灰，则提高了土壤的碱性，有利于 形成（MoO4）2-离子和（MoO4）2-离子从土壤吸附体中的释放。
19
一、自然体系特征
对于矿产资源的可利用性，元素的存在形式有时比元素的含量更有
意义。 如超基性岩中的镍含量较高，但由于主要存在于硅酸盐中，所以基本 不能被利用，但如果镍以硫化物形式存在，则具有良好利用价值。
20
一、自然体系特征
（三）元素的地球化学分类
在元素周期表的基础上，结合元素的自然组合及各种地球化学特
17
一、自然体系特征
（二）自然体系中元素的赋存形式
3、元素赋存形式的研究方法
（1）元素含量测定；（2）显微镜法；（3）萃取法（偏提取法）； （4）晶格常数测定；X光衍射法（5）电子显微镜扫描；
18
一、自然体系特征
（二）自然体系中元素的赋存形式
４、元素赋存形式的研究意义 元素结合形式不同，具有不同的化学活动性。 如酸性环境下，H+将和重金属离子争夺粘土矿物表面的可交换位臵， 使被吸附在粘土矿物表面的部分重金属离子释放出来。
征作出进一步的分类，称之为元素的地球化学分类。元素的地球化学
分类是对元素自然组合的最基本划分。 戈尔德斯密特的元素地球化学分类
扎瓦里茨基的元素地球化学分类
其他元素地球化学分类
元素的地球化学分类
21
22
一、自然体系特征
（三）元素的地球化学分类 1、戈尔德施密特的元素地球化学分类
（ ） 亲 气 元 素
8
一、自然体系特征
④ 与有机质结合的形式：金
属有机化合物、金属有机络合物、
有机胶体吸附；
⑤ 类质同象： 在一定的外界条件下结 晶时，以原子、离子、络离子或分子为 单位随机取代矿物晶格构造位置中的相 应质点，其结果：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。
如为了总结元素在岩浆产生和岩浆结晶过程元素的性质和行为
习性，将元素分为易熔组分和耐熔组分，并划分出相容元素和不相
容元素。 如在表生地球化学研究中，按元素在大气、水溶液相和有机体 中的分配和结合行为对元素进行分类。 研究壳幔分异和壳幔相互作用过程中元素的性质和行为的学者， 则特别重视对大离子亲石元素和高场强元素的分类研究。
26
一、自然体系特征
（三）元素的地球化学分类 ２、扎瓦利茨基的元素地球化学分类
氢族 惰 性 气 体 族 岩浆射气元素族 金属矿床成矿元素 铁族 稀有元素族 钼钨族 铂族 重 卤 素 族 半金属和重金属矿化剂族 放射性元素族
造岩元素族
27
一、自然体系特征
（三）元素的地球化学分类 ３、其他元素地球化学分类
6
一、自然体系特征
（二）自然体系中元素的赋存形式
元素的赋存形式（element form)：指元素在一定的自然过程或其演 化历史中的某个阶段所处的状态及与共生元素间的结合关系。元素的 赋存形式的含义应该包括元素的赋存状态和元素的存在形式。
１、元素在固相中的主要赋存形式 元素在固相中的存在形式基本能反映固相形成时的物理化学环境。 因此研究元素的存在形式可以作为判断已发生过地球化学作用的条件、 元素迁移－演化历史特征的依据。
15
一、自然体系特征
第三种情况：离子电位居中（π：2.5～8）的一些阳离子，它们往
往是一些两性元素(Be2+、Ti3+、Cr3+、Al3+、Fe3+、V3+ ……)，在水中 的形式随溶液中酸碱度不同而变化：
在碱性溶液中：(OH)-浓度大，H+浓度小，才能与O2-结合成含氧酸
[BeO4]6- ； 在酸性溶液中： H+ 浓度大大高于 (OH)- 浓度，则呈氢氧化物分子
同。这可以用阳离子的离子电位（π）来定性表示：
π = Z / R （Z：离子电价，R：离子半径） 从静电观点来看，离子电位（π）是离子表面正电荷的一个度量。
根据离子电位的大小，分以下三种情况：（下图）
13
一、自然体系特征
离子电位是反映元素离子大小和离子电荷的综合作用效果的化 学参数，它决定了离子吸引价电子的能力。
7
一、自然体系特征
元素在固相中的存在形式可以反映固相形成时的物理化学环境。地
球化学常见的实验方法中可以测定元素的赋存形式主要有： ① 独立矿物：一般是常量元素，受化学 计量关系及矿物相律制约； ② 吸附相杂质：不参加主矿物晶格，在 矿物表面、裂隙面等呈吸附状态； ③ 超显微非结构混入物（或称为超显微 包裹体）：（<0.001mm）它不占主矿物晶格 位置，但又不能形成可以进行矿物学研究的 颗粒（其成分和性质不清，下图）；
（1）亲石元素
（5）亲生物元素
4
（3）亲铁元素
（2）亲铜元素
23
一、自然体系特征
（三）元素的地球化学分类 1、戈尔德施密特的元素地球化学分类
（1）亲石元素
离子最外层具有8电子（s2p6)稳定结构，氧化物 的形成热大于FeO的形成热，与氧的亲和力强， 易熔于硅酸盐熔体，主要集中在岩石圈。 离子最外层具有18电子（s2p6d10)铜型结构，氧 化物的形成热小于FeO的形成热，与硫的亲和力 强，易熔于硫化铁熔体，主要集中于硫化物－氧 化物过渡圈。
9
一、自然体系特征
一种元素在同一种地质体中可以有多种存在形式。
Nb花岗岩中的类质同象形式、独立矿物形式； Pb在热液矿脉中主要以方铅矿和铅硫盐形式存在，部分Pb以类质同象形 式进入其他硫化物矿物中。
元素的存在形式并非一成不变。
岩浆熔体中Pb2+离子或PbS分子；岩浆结晶类质同象进入钾长石，少量 微细PbS分子；热液作用中与Cl-、F-、HS-等结合成络离子，热液脉中形成方 铅矿和铅硫盐，部分Pb以类质同象形式进入其他硫化物矿物中。地表风化后 转化为白铅矿，还原环境下可生成方铅矿。
1
自然元素之间的结合并不是任意的，而是 有一定规律的！
无论在陨石还是在地球中，物质主要由金属相、硅酸盐相和硫化物 相三相组成，而且不同的自然体系中三相的元素组合也惊人的相似。
2
•为什么不同岩石、矿物中的元素组合千差万别？ •为什么有些元素总是相伴出现，而另外一些元素很少共生呢？
元素的结合、分配受自然体系元素丰度（浓度）和热力学、 动力学等多种因素的控制。化学键理论、分子轨道理论、晶体 场理论是决定元素结合关系和离子行为最主要的内因。
4
一、自然体系特征
（一）基本特征
地球化学体系（自然体系）的特征
1. 温度、压力等条件变化幅度与实验条件相比是有限的。
2. 自然体系是多组分复杂体系：92种元素和354种核素。
3. 体系是开放的。分阶段单向演化的特征。 4. 自发进行的不可逆过程。
5
一、自然体系特征
自然过程产物的特征
1. 自然稳定相（矿物）及各种流体相的总数有限。 2. 元素形成自然分类组合，可按阴离子分类。 3. 与各种阴离子结合的阳离子也组成特征各异的共生元素 组合。 4. 自然稳定相（矿物）都不是纯的化合物。 5. 在地壳的物理化学条件下，相似的物质组成和类似的作 用过程会使自然过程产物的类型重复出现。
Mex+(OH)x或自由离子Mex+形式。
16
一、自然体系特征
（二）自然体系中元素的赋存形式
配（络）离子： 配离子是指成分相对稳定的原子团组成，又称为基团， 它们具有独立的化学和晶体化学性质，在一定的物理化学条件下可以在 固相、溶液相或熔体相中稳定存在。 配离子有一个中心阳离子与数个阴离子或中性分子以配位键的方式 结合而成，与中心阳离子结合的阴离子或分子也叫配位体。
元素及有机物质多以胶体的形式迁移；（D：10-3～10-6mm）
④微细颗粒物：通过机械作用形成的细小岩石、矿物颗粒。 （ D＞10-3mm）
11
一、自然体系特征
依基本组成单位以及聚合体的大小可将元素在水流体相中的赋
存形式分为以下几种类型：
12
一、自然体系特征
水溶液中化学元素以何种离子形式出现取决于元素的离子电位。 离子电位是反映元素离子大小和离子电荷的综合作用效果的化学参 数，它决定了离子吸引价电子的能力。 离子电位的实质是：阳离子与 H+ 对氧 (O2-) 或 OH- 的争夺能力的不
14
一、自然体系特征
第一种情况：电价低半径大的离子，其离子电位小 (π＜2.5)，如碱 金属、碱土金属元素，它们同 H+ 争夺O2-的能力弱，在水中常呈离子或
水合离子形式存在。
第二种情况：电价高半径小的离子，其离子电位大(π＞8)，如B3+、 C4+、Si4+、N5+、P5+、S6+等，它们争夺O2-的能力较H+强，因此经常从 (OH)-根中夺出O2-，并与之结合成含氧酸形成[BO3]3-、[CO3]2-、[PO4]3-、 [SO4]2-等易溶酸根离子；
（5）亲生物元素
这些元素多在生物圈内，包括C、N、H、O、P、 B、Ca、Cl、Na、Si等。
25
一、自然体系特征
（三）元素的地球化学分类 ２、扎瓦利茨基的元素地球化学分类 以元素周期表为基础，赋予原子和粒子半径以重要意 义，并根据元素地球化学行为的相似性分为12族：氢族； 惰性气体族；造岩元素族，即Li、Be、Na、Mg、Al、Si、 K 、 Ca 、 Rb 、 Sr 、 Cs 和 Ba ；岩浆射气元素族，即 B 、 C 、 N、O、F、P、S、Cl；铁族，即Ti、V、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni、；稀有元素族（Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta）和 稀土元素；放射性元素族，即Ra、U、Th等；钼钨族；金 属矿床成矿元素，即 Cu 、 Ag 、 Au 、 Zn 、 Cd 、 Hg 、 Ga 、 In、Tl、Ge、Sn、Pb；铂族；半金属和重金属矿化剂族， As、Sb、Bi、Se、Te、Po；重卤素族，即Br、I、At。