稀土元素在自然界的分异教学提纲
【教育资料】“用途广泛的稀土元素”教学设计学习专用
“用途广泛的稀土元素”教学设计：稀土金属以其独特的性质成为新能源、新材料的明星，也成为近年来国际关注的热点。
本教学设计是在新课标指导下基于教材“科学视野”栏目，结合时事热点及化学实际进行的课程资源开发，不仅有利于拓展学生知识、提升能力，而且为教师进行有效的课程教学提供了帮助。
：稀土元素，科学视野，教学设计，校本课程1课程背景1.1 “用途广泛的稀土元素”是人教版高中化学必修一之“科学视野”栏目的内容。
稀土元素是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称。
因其具有独特的荧光、磁性、催化、吸附等性质，被广泛应用于新能源、新材料、节能环保、航空航天、电子信息等领域。
随着科技的进步有“工业维生素”美誉的稀土金属已经成为21世纪国际战略资源之一。
当前，中国以23%的稀土资源承担了世界90%以上的市场供应，满足了世界各国特别是发达国家高技术产业发展的需求。
然而在稀土行业快速发展的同时，中国也为此付出了巨大代价。
如资源过度开发,生态破坏严重,产业结构不合理, 价格严重背离价值等。
2019年5月，我国颁布了《关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》，一时间在国际社会引起广泛观注。
作为时事热点之一的稀土元素不管是从中学生科学技术普及，还是从高中化学基础知识拓展与能力提升方面都具有重要意义。
1.2 人教版高中化学教材“科学视野”栏目大多为当今化学领域科技含量较高的热点内容,不仅能让学生了解化学在科技发展和社会进步中的重要作用,也对教师的教学和自身专业发展提供了丰富的教材。
然而在实际教学中经常把它当作学生课后阅读材料来处理。
事实上“科学视野”栏目具有开拓学生视野、拓宽教师命题思路、提高教师教研水平等多方面功能，近几年新能源、新材料已经成为高考命题“基础性、应用性、时代性”特征的新宠。
因此，结合化学实际和时事热点设计好“科学视野”课程，不仅符合新课标对校本课程教学资源开发的要求，更体现教师对课程的把握和联系实际进行有效教学的能力。
稀土元素地球化学[精]
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稀土元素分组
• 根据稀土元素的分离工艺，又可将它们 分为三组，
• 即铈组稀土、铽组稀土和钇组稀土，分 别称为轻、中、重稀土。
• 铈组有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm， • 铽组有En，Gd，Tb，Dy， • 钇组有Y，Ho，Er，Tm，Yb，Lu。
稀土元素概述
• 三价稀土元素的离子半径和Ca2+很接近， 很容易以各种类质同象形式进入岩浆作 用变质作用和沉积作用中广泛出现的含 钙矿物中。
• 在吸附能力强的粘土、铁-铝-锰沉积物，有机质和铁有机质等沉积物中富铈组稀土等等。
• 正是由于稀土元素作为既很相似、又有所不同的一组 元素，在自然界的地质作用和各种物理化学环境中的 特殊行为，使得有可能根据稀土元素的分离、变化作 为地球化学指示剂，去解释各种成岩成矿过程。
稀土元素丰度表示法
• 在稀土元素地球化学研究工作中，除了用稀土总量和 各单个稀土含量直接列表来表示所研究对象的稀土元 素含量丰度外，常用作图方法形象地表示，这就是所 谓“增田—科里尔（Masuda-Coryell）图解，是由他们 二人分别提出的。
• 由于电离势低，稀土元素呈明显碱性。 其碱度处于Mg（OH）2和Al（OH）3之间， 这是稀土元素广泛进入到钙的铝硅酸盐 矿物中的原因。
稀土元素地球化学
• 稀土元素倾向于形成极性键和共价键， 因而具有形成络合物的性质。
•这
存在时，容易形成络合物而迁移。
•尽管稀土元素具有很相近的物理化学性质，由于 电子构型的规则变化、镧系收缩等，各稀土元素 之间仍存在一些性质上的微小不同，造成稀土元 素在自然界中发生某些分离。
稀土元素配分模式
• 3.平坦型（或球粒陨石型） • 丰度曲线呈现近乎水平，既不显示重稀土富集、
无机化学电子教案稀土元素
一、稀土元素的发现与发展1. 教学目标：(1) 了解稀土元素的发现过程及发展历程。
(2) 掌握稀土元素的定义及特点。
(3) 熟悉稀土元素在现代科技领域的应用。
2. 教学内容：(1) 稀土元素的发现过程：介绍稀土元素的概念、命名及发现历程。
(2) 稀土元素的特点：分析稀土元素的电子排布、物理性质及化学性质。
(3) 稀土元素的应用：探讨稀土元素在高科技领域、新型材料及国防科技等方面的应用。
3. 教学方法：(1) 讲授法：讲解稀土元素的发现过程、特点及应用。
(2) 案例分析法：分析具体稀土元素在实际应用中的例子。
(3) 互动讨论法：引导学生探讨稀土元素在未来的发展前景。
4. 教学准备：(1) 课件：制作稀土元素的相关课件，包括图片、图表等。
(2) 教学素材：收集相关稀土元素的案例及应用实例。
5. 教学过程：(1) 引入新课：通过介绍稀土元素的发现过程，引发学生对稀土元素的兴趣。
(2) 讲解稀土元素的特点：分析稀土元素的电子排布、物理性质及化学性质。
(3) 探讨稀土元素的应用：介绍稀土元素在高科技领域、新型材料及国防科技等方面的应用。
(4) 案例分析：分析具体稀土元素在实际应用中的例子。
(5) 互动讨论：引导学生探讨稀土元素在未来的发展前景。
(6) 总结：回顾本节课的主要内容，强调稀土元素的重要性和应用前景。
二、稀土元素的电子排布与性质1. 教学目标：(1) 了解稀土元素的电子排布特点。
(2) 掌握稀土元素的化学性质及物理性质。
(3) 能够运用稀土元素的性质解决实际问题。
2. 教学内容：(1) 稀土元素的电子排布：分析稀土元素的电子排布特点及规律。
(2) 稀土元素的化学性质：介绍稀土元素的氧化性、还原性、催化性等。
(3) 稀土元素的物理性质：探讨稀土元素的磁性、发光性、耐蚀性等。
3. 教学方法：(1) 讲授法：讲解稀土元素的电子排布、化学性质及物理性质。
(2) 实验法：进行稀土元素的性质实验，观察并分析实验现象。
稀土元素地球化学
Sm
0.007 0.05
Eu
0.007 0.05
Dy
0.013 0.15
Er
0.026 0.23
Yb
0.049 0.34
Lu
0.045 0.42
Data from Rollinson (1993).
Cpx Garnet Plag Amph Magnetite
0.031 0.042 0.071 0.29
活动大陆边缘岩浆岩 的稀土元素配分型式
大陆碱性岩浆岩的 稀土元素配分型式
3.2c 岩浆过程的鉴别与模拟计算
F
溶体
源岩含80%橄榄石、 10%斜长石、10% 单斜辉石
源岩
残留体
石榴石二辉橄 榄岩部分熔融
第四部分
微量元素地球化学研究 的主要思路和方法综述
微量元素地球化学研究的主要思路和方法综述
0.056 0.001 0.148 0.544 2
0.092 0.007 0.082 0.843 2
0.230 0.026 0.055 1.340 2
0.445 0.102 0.039 1.804 1
0.474 0.243 0.1/1.5* 1.557 1
0.582 1.940 0.023 2.024 1
4.2 元素协变图
22
Al2O3
17
10
MgO
5
12
FeO* 10
5
0 15
10 CaO
5
0
6
Na2O
4
0 4
3
K2O
2
2
1
0
0
45 50 55 60 65 70 75 45 50 55 60 65 70 75
稀土元素化学
中国稀土资源分布
白云鄂博稀土矿：白云鄂博稀土矿与铁共生，主要稀土 矿物有氟碳铈矿和独居石，其比例为3∶1，都达到了稀土 回收品位，故称混合矿，稀土总储量REO为3500万吨，约 占世界储量的38%，中国储量的92%，堪称为世界第一大稀 土矿。 江西等地的风化壳淋积型稀土矿：是一种新型稀土矿种， 它的选冶相对较简单，且含中重稀土较高，是一类很有市 场竞争力的稀土矿。 冕宁稀土矿和山东微山稀土矿：是以氟碳铈矿为主，伴 生有重晶石等，是组成相对简单的一类易选的稀土矿。 湖南褐钇铌矿：含稀土的有色金属矿。 海滨砂矿：极为丰富，存积在整个南海、海南岛、台湾 岛等海岸线，有近代沉积砂矿和古砂矿，作为采集钛铁矿 和锆英石的副产品，主要是独居石和磷钇矿。
● 超磁致伸缩材料：指稀土—铁汞化 合物，具有比铁、镍等大得多的磁 场伸缩值. 可做声纳系统、驱动器等.
② 发光、激光材料：固 f-f、f-d 跃迁而使发出的光能量差大、波长 短而成 为发光宝库.
Y2O2S:Eu + α–Fe2O3 红色荧光粉的性质 厂 家 陕西（大颗粒） 东芝SPD-586
发 射 峰
元素
Be Co Ni Cu Zn Ga As Nb Mo
丰度
6 23 100 100 40 15 5 24 2.5~15
元素
Ag Cd Sn Sb I Ta Au Pb Bi
丰度
0.1 0.15 40 1 0.3 2.1 0.005 16 0.2
3.3 稀土元素的存在状态 三种情况： （1）参加矿物晶格，是矿物不可缺少的部分，即稀 土矿物，如独居石、氟碳铈矿等。 （2）以类质同晶置换的形式分散在造岩矿物中，这 类矿物可称为含有稀土元素的矿物，如磷灰石、 钛铀矿等。 （3）呈吸附状态存在于矿物中，如粘土矿、云母矿 等。这类状态的稀土元素很容易提取。
稀土元素在自然界的分异课件
揭示岩石形成过程
通过分析岩石中稀土元素与其他元素的关系 ，可以了解岩石的形成过程和地质环境。
油气勘探与矿产资源评价
预测油气资源和矿产资源
通过分析地层和岩石中稀土元素的含量和分布，可以预测油气资源和矿产资源的分布和 潜力。
评估资源开发利用价值
根据稀土元素在矿产资源中的含量和分布，可以评估资源开发利用的经济价值和可行性 。
稀土元素在自然界的分异课件
目录
• 稀土元素简介 • 稀土元素在自然界中的分布 • 稀土元素的分异过程 • 稀土元素的地质应用 • 环境影响与可持续发展 • 研究展望与未来趋势
01
稀土元素简介
定义与特性
定义
稀土元素是指元素周期表中原子 序数为57-71的15种镧系元素， 以及与镧系元素化学性质相近的 钪（Sc）和钇（Y）。
稀土元素在环保领域的应用前景
废水处理
利用稀土元素的吸附和催化作用 ，处理工业废水中的重金属离子 和有机污染物，降低环境污染。
大气治理
利用稀土元素的催化氧化作用， 处理大气中的氮氧化物和硫氧化
物等污染物，改善空气质量。
土壤修复
利用稀土元素的生物有效性，促 进土壤微生物的生长和繁殖，改
善土壤环境质量。
04
稀土元素的地质应用
地质年代学研究
确定岩石和矿物的形成年代
通过分析稀土元素在岩石和矿物中的含量和分布，可以推断出它们的形成时间和 地质历史。
揭示地球演化过程
通过研究不同地质年代的岩石和矿物中稀土元素的变化，可以了解地球的演化历 史和地质事件。
岩石与矿物研究
识别岩石类型和矿物成分
稀土元素在不同类型的岩石和矿物中的含量 和分布不同，因此可以用来鉴别岩石类型和 矿物成分。
稀土元素地球化学
第五章 稀土元素地球化学 Rare earth element geochemistry
第一节 概述 第二节 稀土元素的丰度 第三节 稀土元素的地球化学行为 第四节 稀土元素在地质中的应用
第五章 稀土元素地球化学
第一节 概述
稀土元素是稀有元素的一部分，“稀有元素”这一名 称是历史原因造成的，并不十分科学。大约在19世纪 中叶起，人们将某些发现较晚且应用有限的元素称之 为“稀有元素”以后就一直沿用下来。
一般认为，稀土元素包括Ln+Y共16个元素。
第五章 稀土元素地球化学
原子 序数 39 57
元素 符号
Y La
58 Ce
59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm
63 Eu
64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu
元素 名称 钇 镧
铈
镨 钕 钷 钐
稀土元素的分类
LREE：La → Eu HREE：Gd→Lu，Y
C和 e Y
LREE：La → Sm MREE：Eu →Dy HREE：Ho→Lu，Y
第五章 稀土元素地球化学
表征REE组成的参数
（1）稀土元素总量ΣREE；
（2）轻重稀土元素比值
ΣCe/ΣY；ΣLREE/ΣHREE；
（3）（La/Yb）N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N （4）Eu/Eu*(δEu)和Ce/Ce*（δCe）：
δEu=EuN/[(SmN+GdN)/2] δCe=CeN/[(LaN+PrN)/2]
δEu>1为正异常
δEu<1为负异常 δEu=1为无异常
第五章 稀土元素地球化学
2012级元素化学稀土元素讲义要点
《元素化学》讲义要点第8章稀土元素教学要求1．掌握稀土元素的电子构型与性质的关系。
2．掌握镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响。
3．了解镧系和锕系以及与d过渡元素在性质上的异同。
4．一般了解它们的一些重要化合物的性质。
教学重点镧系元素的电子构型，镧系收缩。
教学难点镧系元素的电子构型与性质的关系，镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响。
教学时数4学时§ 8.1 稀土元素概述§8.1.1 稀土元素稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。
其名称和符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。
其原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。
§22-1-1 概述稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。
其名称和符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。
其原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。
稀土元素因其电子结构和化学性质相近而共生，电子4F层电子数的不同，每个稀土元素又具有特殊的个性，同一结构或体系的稀土材料可具有两种或两种以上的物理和化学特性，随着稀土元素特殊性质的不断认识和发现，每隔3～5年，就会找到稀土的一种新的用途，特别是它们的光学、磁学性质已广泛地应用在当今新材料、新技术领域，目前含有稀土的功能材料已达50多类，包括光学材料、磁性材料、电子材料、核物理材料、化学材料等。
高中化学实验探案稀土元素的性质教案
高中化学实验探案稀土元素的性质教案一、引言稀土元素是化学中非常重要的一类元素，具有独特的化学性质和广泛的应用价值。
本教案旨在通过实验的方式，探索稀土元素的性质，让学生深入了解稀土元素的特点和用途，并培养学生的动手实验能力、观察力和分析推理能力。
二、实验目的1. 探究稀土元素的常见性质；2. 研究稀土元素的催化作用；3. 了解稀土元素在材料科学中的应用。
三、实验器材和试剂1. 实验器材：酒精灯、玻璃试管、试管夹、集气瓶、烧杯、滤纸等；2. 试剂：稀土元素溶液、盐酸、硫酸、氢氧化钠、氯化铵、氧化铝等。
四、实验步骤实验一：稀土元素的常见性质1. 取一只试管，加入稀土元素溶液；2. 向试管中加入盐酸，观察是否会有明显反应；3. 将试管放在酒精灯上加热，观察是否会发生颜色变化；4. 实验结束后，将试管冷却并观察颜色的变化。
实验二：稀土元素的催化作用1. 取一只较大的试管，加入氢氧化钠溶液；2. 加入适量的氯化铵和稀土元素溶液，搅拌均匀；3. 在试管中加热，观察反应过程中是否有气体生成；4. 实验结束后，观察产物的颜色和性质，并结合实验结果进行讨论。
实验三：稀土元素在材料科学中的应用1. 准备氧化铝粉末和稀土元素溶液；2. 将氧化铝粉末放入烧杯中，加入适量的稀土元素溶液；3. 在酒精灯上进行加热，直至试剂完全干燥；4. 观察产物的颜色和性质，并进行分析解释。
五、实验结果与讨论实验一的结果显示，稀土元素在与盐酸反应时会有明显的反应，且加热后颜色会发生变化，这表明稀土元素具有与酸反应和加热变色的性质。
实验二的结果表明，在氢氧化钠溶液中加入稀土元素溶液和氯化铵后，反应能够产生气体，这表明稀土元素具有催化作用。
实验三的结果显示，通过将稀土元素溶液与氧化铝粉末反应，可以观察到产物的颜色和性质发生了变化，这说明稀土元素在材料科学中具有重要的应用价值。
六、实验总结通过本实验的探索，我们深入了解了稀土元素的性质和应用。
稀土元素具有与酸反应和加热变色的性质，且能够发挥催化作用，在材料科学中有广泛的应用。
第一章 稀土元素与稀土分离 123节
现在有人把发现硅铍钇矿的时间1787年作为发
现稀土元素的发展纪元，也有人把发现加多林石的
时间1794年作为发现稀土元素的发展年代。 实际上，加多林发现的钇土并不是单一的稀土
元素的氧化物，而是包含钇在内的混合稀土氧化物。
因为它们的性质因制备方法不同而不同-------这说明它们都是混合氧化物。于是开始了艰苦漫长 的分离工作。
1885年，韦尔斯巴克又从Didymium中分离出两 个元素，一个以“新双胞胎”之意命名为: Neodymium，钕 另一个以“绿色双胞胎”之意称为： Praseodidymium，镨 就在这一年，韦尔斯巴克发现99％氧化钍和1％ 氧化铈混合物被加热时会发出强光。他根据这种现 象发明了汽灯纱罩，这种灯亦称奥尔(Auer)灯。这 时，17个稀土元素还有3～4个未被人类发现。
24
这时人们发现了钆的铁磁性。 门德尔松(K．Mendelssohn)和当特J．G．Daunt) 发现了镧(含有l％(wt)的铁)的超导性，其超导转变温 度Tc=4.7K。 上世纪初：X射线光谱分析手段的出现为人类认 识稀土元素起了极大推动作用，X射线光谱研究确认 稀土元素共有17个. 上世纪20年代发现了“镧系收缩”现象。 发现了稀土金属与其它一些金属构成的二元体及 多元系。 例如沃格尔(R．Vogel)在1911年报道了Ce-Sn二元 相图，以后20年间他还研究了一些其它二元系。
1963年制得最后一个金属态放射性元素钷。 1966年发现高强度稀土——钴永磁体YCo。 1967年制得良好的稀土永磁体SmCo5。
27
这期间还将钕玻璃用于制造激光器，各种稀土用 于原子能、玻璃陶瓷和电子等工业。 这一历史时期还出现了三件促进稀土信息传播的 大事。 1.1959年出版了((The Journal of Less-Common Metals))(现名《J．Alloys&Compounds》)，刊登的有 关稀土的文章不断增加； 2.1960年首届“稀土研究会议”召开，至1993年已 在 美国开过20届稀土研究会议； 3.1966年由美国原子能委员会资助的稀土信息中心 (RIC)成立，并出版了《RIC NEWS》(《稀土信息中 心新闻》)(季刊)，每天回复信息咨询。 众多的研究成果和新发现使稀土自70年代始进入 28 了黄金时代。
无机化学电子教案稀土元素
无机化学电子教案——稀土元素一、教学目标1. 让学生了解稀土元素的定义、分类及其在自然界中的分布。
2. 使学生掌握稀土元素的基本性质，包括原子结构、电子排布及物理化学性质。
3. 让学生了解稀土元素在现代科技领域的应用，提高其对稀土元素重要性的认识。
4. 培养学生运用科学的方法分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容1. 稀土元素的定义与分类2. 稀土元素在自然界中的分布3. 稀土元素的基本性质4. 稀土元素的应用5. 稀土元素的研究进展三、教学方法1. 采用多媒体课件进行教学，增强学生的直观感受。
2. 结合实例讲解，提高学生的实际应用能力。
3. 开展课堂讨论，激发学生的思考和创新能力。
4. 布置课后作业，巩固所学知识。
四、教学安排1. 第一课时：稀土元素的定义与分类2. 第二课时：稀土元素在自然界中的分布3. 第三课时：稀土元素的基本性质（1）4. 第四课时：稀土元素的基本性质（2）5. 第五课时：稀土元素的应用五、教学评价1. 课后作业：检查学生对稀土元素基本知识的掌握。
2. 课堂讨论：评估学生对稀土元素应用领域和研究方向的理解。
3. 期末考试：全面考察学生对稀土元素知识的掌握程度。
六、教学内容6. 稀土元素的提取与分离方法介绍稀土元素在自然界中的分布以及从矿石中提取稀土元素的方法，包括溶剂萃取法、离子交换法和电解法等。
7. 稀土元素的主要化合物详细介绍稀土元素与常见的金属和非金属元素形成的化合物，如氧化物、硫化物、碳酸盐等，并讨论其结构和性质。
八、稀土元素的生物地球化学探讨稀土元素在生物体内的分布、作用以及其在地球化学过程中的循环，包括生物吸收、富集和迁移等。
九、稀土元素的环境影响分析稀土元素在环境中的行为，包括其在水体、土壤和大气中的迁移和转化，以及对生态环境的影响和潜在的生态风险。
十、稀土元素的未来发展趋势与挑战探讨稀土元素在新技术（如新能源、新材料等）中的作用，以及由于资源限制和环境问题带来的挑战，如回收利用、替代材料的研究等。
稀土元素分离方法电子教案
一、通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈 组稀土；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀 土或钇组稀土。
二、也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性， 除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀 土组为镧、铈、镨、钕、钷；
中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.1 熔盐电解法
• 熔盐电解工艺是目前制取大量混合稀土金属、部分单一 轻稀土金属（除Sm外）及其合金的主要方法。 • 按电解质体系可以分为：
1、熔融氯化物电解： RECl3+MCl（MCl2） 2、熔融氟化物-氧化物电解： REF3+RE2O3+MF（MF2）， 如：（NdF3+LiF+Nd2O3）
RECl3 → RE3+ 十 3ClKCl → K+ 十 C1在直流电场作用下，阳离子RE3+、K+朝阴极方向移动，而 阴离子Cl-则朝阳极方向移动。电解的结果，在阴极上析出稀土 金属，在阳极上析出氯气。阳极一般是石墨，阴极一般是钼。
稀土氯化物熔盐电解的电极过程
根据电解质能够发生电离的原理，电解质在熔融状 态下也发生电离作用，化合物解离为能自由运动的阳离 子和阴离子：
氯化稀土将按下式离解：RECl3=RE3+ +3Cl氯化钾将按如下方式解离：KCl=K+ +Cl-
所以主要阳离子为RE3+ 、 K+ ，阴离子为Cl-，这些离 子在电解质熔体中无规律地自由运动。
电场作用下阳离子朝电解槽的阴极运动，阴离子 向
阴极：RE3+ + 3e- = RE 阳极：2Cl- - 2e- = Cl2
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5.微量元素在岩石与熔体之间的分配系数Di：常用岩石中所有矿物 的分配系数与岩石中各矿物含量的乘积之和表达。
n
D i K Di W j ji
即 n为含量微量元素i的矿物数；Wj为第j种矿物的质量百分数；KDi为 第j种矿物对微量元素的简单分配系数。
能斯特分配定律
1.前提条件：一定的温度、压力下，微量元素在两相中可以形成液态（或
固态）的稀溶液；
2.微量元素在两相中的化学位计算
u：离子化学位； uθ：标准状态下化学位（25℃，1atm）
α：离子活度（当溶液中离子的浓度β趋近于0时，活度与浓度成正比，比例
系数k即亨利系数： α ＝k β ）；T：体系的绝对温度；
R：气体常数（8.314J/mol·K)；1和2：两个相。
3.微量元素在两相中分配达到平衡时：
u 1 = u 1 θ + R T ln α 1 u 2 = u 2 + R T ln α 2
这就是能斯特分u 配1= 定u2律 ：
＝常数
一定温度压α 力1α 下2= ,微kβ 量1k 元β2 素=β 在1平β2衡=e 共uθ 2存-u1 θ的R T 两=K 相D 之T 间,P进行分配,其分配系数KD
因 素 遵从化学计量原则
服从稀溶液定律，即在平衡共存的各相之间化学位相等
微量元素分配的微观理论—只是定性地说明问题。二十世纪三十年 代的戈尔德施密特类质同像法则； 五十年代林氏电负性法则；六十年 代用晶体场理论讨论过渡族元素的分配规律；七十年代用分子轨道学说 对共价键性质化合物元素分配的解释；八十年代引入了量子力学，量子 化学观点……
稀土元素在自然界的分异
第五章 微量元素地球化学
一．基本概念 二．微量元素在共存相中的分配 三．岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型 四．稀土元素地球化学 五．微量元素地球化学示踪
一、基本概念
什么叫微量（minor）或痕量（trace）元素 人们常常相对于地壳中的主量元素而言，为此有人把地球化学体系中 低于0.1%的元素，通称为微量元素。 1968年Gast对微量元素的定义是：指的是不作为体系中任何相的主 要化学计算组分存在的元素。 有的学者根据元素在所研究的地球化学体系中的浓度低到可以近似服 从稀溶液定律（亨利定律）的范围，则称该元素为微量元素。 微量元素地球化学是地球化学的一个重要分支，它研究在各种地球化 学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就 是能够近似定量地解决问题，使实际资料和模型计算结合起来。
如斜长石中钙长石 含量增多，稀土元 素 Eu 在 斜 长 石 与 熔体间的分配系数 趋于减 小。
▲体系温度的影响—由能斯特定律可以导出： lnKD=-(△H/RT)+B 式中：△H表示微量元素在两相中的热焓变化，B是积分常数。 可见 分配系数与体系温度的倒数呈线性关系，这也就是微量元素温度计的 基本原理。
是一常数,其大小等于微量元素在两相中浓度的比值。
4. 讨论：
u1 θ>uθ 2:K D<1,β1<β2-----微 量 元 素 更 多 的 进 入 2相 u1 θ<uθ 2:K D>1,β1>β2-----微 量 元 素 更 多 的 进 入 1相 u1 θ=uθ 2:K D=1,β1=β2-----微 量 元 素 在 1、 2相 之 间 分 配 相 等
▲ 体系压力的影响—目前对压力影响的研究报道甚少，但有一点 已通过实验证实： 在相当上地幔的压力条件下，稀土元素在富水的 蒸汽和石榴子石、单斜 辉石、斜方辉石、橄榄石 之间的分配系数为1－ 200之间，分配系数随压 力（PH2O）的增大而迅速 地增加。
8.分配系数的应用： ▲ 检验成岩、成矿过程的平衡性——一定温度、 压力下各相处于平衡时，元素在共存矿物间的分配系数为一常数，可据此 来检验自然过程是否达到平衡。方法是：
橄榄石（大量） 熔体
橄榄石
熔体
复合分配系数
D Ni /M (N c /g M ic)橄 g 榄 石 ／ c N /（ M ic)熔 g 体
6.分配系数的测定：以岩浆作用过程中微量元素在结晶相（固相） 和熔体相（液相）中的分配系数测定为例，目前有两种测定方 法。
直接测定法：直接测定地质体中两平衡共存相如火山岩中的斑晶 和基质中的微量元素浓度，再按分配定律进行计算。斑晶代表熔体 结晶过程中形成的矿 物，基质代表熔体相。
复合分配系数
也叫变换分配系数，或亨德森（Henderson）分配系数：考虑微
量元素在两相中的比例，又考虑与微量元素置换的常量元素在两相中
的浓度比例，能较真实的反映两者之间在类质同象交换中微量元素分
配的影响。
D t/r c rc t sr /c c s/ r c t L r /c c Lr
Mg 4 N Sii4 O S N iO i4S M iO g 4 S
①在体系的不同部位(为同时同成因的产物)采集若干个同种共存矿物对 样品；
②测定矿物对中某微量元素的含量； ③计算分配系数，若接近某固定值，即则可视成岩、成矿过程达到了平 衡。
如加拿大魁北克变质岩地区，在其不同区 块成对地采集若干组共生的黑云母和角闪石 样品，分析其中V2O3含量，并将其投入到 黑云母--角闪石的V2O3（%）含量。 图中，结果每对矿物的数据点几乎落在一条 直线上，这反映微量元素V在角闪石和黑云 母间的分配系数KD角/黑≈1.2，为一个常数， 从而证明了在变质过程中角闪石和黑云母是 平衡反应的产物。
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二、微量元素在共存相中的分配
在一定的环境（物理化学条件）中，一切自然作用体系均趋向于 平衡。
常量元素
微量元素
体系中 的浓度
很高
极低
独立 矿物
能形成独立矿物
不能形成独立矿物，但在平衡共存的矿物之间（或液相－ 固相之间）进行分配
控 制 受 相 律 控 制 (f=k- ø+2) ，受自身及矿物的晶体化学性质和环境的物理化学条件控制，
实验测定法：用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质， 实验使一种矿物与熔体达到微量元素的分配平衡，然后测定元素在 两相中的浓度，计算得到分配系数。
7.分配系数的影响因素： （1）体系组分的影响—岩浆岩化学成分的变化在很大程度上 取决于硅酸盐熔体的结构，不同硅酸盐熔体共存时微量元素分配 情况明显不同；