第二章 元素共生结合规律(lj830)概论

正长石
富钠 斜长石
富钙
白云母
辉石
黑云母
橄榄石
粗粒
角闪石
细粒
长英质
中性
SiO2质量百分比
镁铁质 超镁铁质
第二节 元素的地球化学亲和性及其分类
一、元素的基本性质
1.原子的电子层结构 2.原子和离子半径 3.电离能（势）变化规律 4.电子亲和能 5.电负性变化规律 6.化学键 7.离子极化
第一章 元素、原子与化学键
3.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。 第一电离能： 气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基 态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能（用 I1表示）； 第二电离能： 从一价气态基态正离子中再失去一个电子所需消 耗的能量叫做第二电离能（用I2表示）。
晶体场理论在解释过渡族元素结合规律上 的应用
第一节 自然体系及自然作用产物 Natural System & Nal System
(1) T、P等条件的变化与实验条件相比相对有限
Crust & Upper Mantle ： T: -80~5000℃
氧化物-Oxides
赤铁矿
Hematite
磁铁矿 Magnetite 刚玉 Corundum
硫化物-Sulfides
Galena
方铅矿
Pyrite 黄铁矿
Gypsum
硬石膏
碳酸盐-Carbonates
Calcite 方解石
Dolomite 白云石
(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various paragenetic associations of
(5)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。不同岩石大类 和不同矿床类型分别由各具特征的矿物组合构成，矿物 间按一定环境形成有规律共生组合。
岩浆岩、沉积岩和变质岩中的普通矿物
火成岩的分类
流纹岩 英安岩 安山岩 玄武岩
花岗岩 花岗闪长岩 辉长岩 橄榄岩
地球化学
自然元素之间的结合并不是任意的，而是有一 定规律的！
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？
第二章 自然体系中元 素 共 生 结 合 规律 本章内容
自然体系及自然作用的产物
元素的地球化学亲和性及其分类
类质同象代换及微量元素共生结合规律
第一章 元素、原子与化学键
2.原子和离子半径 原子（离子）最外壳层电子密度最大处的半径叫-
半径影响因素 化学键性、 离子的价态、 配位模型以及温压
通过x光衍射法，测得正负离子间距离（晶格常 数），再通过计算求得正负离子半径
镧系和锕系收缩。
镧系或锕系元素随原子序数增加其半径总体逐步减小 （Eu和Yb例外）。
实验室以CO2不能逃逸方式进行，平衡时过量CO2和HCl共存。
自然界CO2逃逸，反应不能达到平衡，形成夕卡岩
3CaCO3+Al2O3+3SiO2 = Ca3Al2Si3O12(钙铝榴石) +CO2↑
CaCO3+MgCO3+2SiO2 = CaMgSi2O6(透辉石) + 2CO2↑
夕卡岩
大理岩
电离能（I )很大程度上决定元素的金属性和非金属性，
一般地，电离能越低，元素金属性越强，越易失去 电子成为阳离子。
第一电离能在同一周期内随原子序数增大、原子半 径缩小而增大；在同一族内，由上到下，随原子序 数增加原子半径增大而降低。
电离能低的原子主要位于周期表左侧，具强碱性， 化学性质活泼。Li、Na、K、Rb、Cs
P: 0.0~1010Pa(10万大气压）
Laboratory:
T: -273 ℃ ~5ⅹ104 ℃
P:Vacuum ~ 1.2ⅹ1011Pa
(2) 多组分复杂体系——元素92种，同位素354种
(3) 开放体系。
(4) 自发进行的不可逆过程。
高压变质
深
区域变质
岩浆作用
成岩 接触变质 火山作用 浅
风化和沉积
电离能相近的原子，其化学性质也相似，常紧密共 生，共同迁移或富集。K(102)-Rb(98), Zr(160)-Hf(161)
地壳中风化、成岩、变质和岩浆作用的近似温度压力区间 右侧纵坐标表示近似深度，根据(压力=密度×重力加速度×深度)方
程计算获得。岩石平均密度取3.0gmcm-3(Krauskopf and Bird,1995)
3)开放体系
体系与环境有充分物质和能量交换，不断改变作用性质和条件
碳酸钙在盐酸中分解反应：CaCO3+2HCl→Ca2++2Cl+H2O+CO2
cations。
e.g. Cu、Pb、Zn → sulfide; K、Na、Ca、Mg → silicate/oxide Nb、Ta、Zr、Hf、REE → silicate Au、Ag、PGE → natural element
/intermetallic compound
(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、元素含量有一定变化范围的混合系列。
< 200
synthesized in Lab. 300,000
(2)元素成组分类形成自然分类组合。按阴离子，自然界 仅有oxide、sulfide、chloride、natural element、 arsenide ( 砷化物)、antimonide (锑化物) 、selenide (硒化物)。
为什么镧系收缩？核电荷增加，增加了对外层电子 的吸引，而新增电子充填在外第三层f轨道上，对扩大 电子活动范围影响不大。 Eu和Yb例外原因是其f电子半 充满或全充满，对核电荷的屏蔽效应增加）。进而影响 到V、VI两周期的同簇（特别是副簇）元素的离子半径 相似或相等。如Zr-Hf,Nb-Ta等 。
为什么稀土以及Zr-Hf、Nb-Ta、铂簇、Ag-Au等常 分别紧密共生？
花岗岩
2.自然过程产物的特征Products
(1)自然稳定相(矿物)及各种流体相的总数有限
The stable minerals and fluids is limited in number.
Natural
Minerals:
about3000
Mineral compounds:
7
Mineral groups: