地球中的元素分析

第一节、地球中的元素第二节、自然界中的矿物

第三节、矿物晶体结构─ 矿物的DNA第四节、岩石的科学与情趣地球是一个特殊的物理化学体系元素－矿物－岩石

第一节地球中的元素

宇宙中的元素是通过热核聚变反应，经历了从简单到复杂的形成演化过程的。

物质复杂多样

地球上多种多样的物质，都是从基本粒子聚变而成氢开始的,然后是四个氢合成一个氦，氦再进一步合成其它元素约在150亿年前的大爆炸以后50—100万年时，从轻元素到重元素，现今所有的元素就已逐渐形成

两千多年前中国李耳

“道生一，一生二，二生三，三生万物”的哲学思想

美国化学家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)

· 根据大陆地壳中(地下16Km以内)的5159个岩石、矿物、土壤和天然水的样品分析数据，于1889年第一次算出元素在地壳中的平均含量数值(平均质量百分比)，即元素的丰度。

· 为了纪念这个创举，命名为克拉克值。

· 克拉克值：某一种元素在地壳中的平均重量百分含量

地壳中各元素的丰度

· 氧(45.2%）,硅(27.2%)

· 铝(8%),铁(5.8%),钙(5.06%)

· 镁(2.77%),钠(2.32%),钾(1.68%)

· 钛(0.68%),氢(0.14%),锰(0.10%),磷(0.10%)

· 其它所有元素(0.95%)

地壳中其它重要元素

· 10-5 : Cu 5.5, Pb 1.25, Zn 7,

· Co 2.5, Ni 7.5

· 10-6 (g/t) : W 1.5, Sn 2, U 2.7,

· Mo 1.5, As 1.8

· 10-7 : Sb 2

· 10-8 : Ag 7, Au 4

· 10-9 : Pt 5

整个地球的物质（按重量计算）各元素的丰度

· 铁近34.6%，氧为29.5%

· 硅为15.2%，镁为12.7%

· 镍为2.4%，硫为1.9%，

· 钙和铝为2.2%

· 其它所有元素共占1.5%

· 地核：大部分以金属状态存在的铁和镍

· 地壳和地幔：大部分是氧和硅、铝也较多

· 水圈：以氧和氢为主

· 生物圈：主要为碳、氢、氧和氮

· 大气圈：主要为氮、氧

全球的质量近六十万亿亿吨(5.976×1027g)

· 几乎都集中在平均半径为6371km的固体地球内

· 以岩石和金属的形态出现,其平均密度为5.52g/cm3(即1立方厘米5.52克)。

· 大气、水和生物体的总质量不足0.1%。

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第二节自然界中的矿物

矿物：天然形成的、具有一定化学成分、内部原子排列顺序和物理特征的元素单质和无机化合物。

· 矿物一般都有自己固有的形态，但在自然界产出时常不完整

· 只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征

· 矿物也有较大的形体，可以用肉眼及简单的试验方法辨认

自然金

孔雀石金刚石红宝石

石英黄铁石

矿物肉眼鉴定方法

· 颜色：对白光中不同波长光波吸收的结果，为吸收光的补色

· 条痕色：矿物粉末的颜色

· 透明度：透过可见光的能力

· 光泽：矿物表面的总光量

· 硬度：抵抗外来机械力（刻划、压入、研磨）的能力

· 比重：

· 磁性：

· 解理：矿物在外力作用下严格沿着一定的结晶方向破裂，并裂成光滑平面的性质

孔雀石白云母方解石

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第三节矿物晶体结构─ 矿物的DNA

· 绝大部分矿物都是结晶体

· 德国物理家冯·劳埃(M. Von Laue, 1879-1960)用X光观测晶体，发现不论晶体的外形如何，内部的原子、离

子、分子都是有序的排列

· 这种质点的有序排列，就好像生物的基因物质──脱氧核糖核酸（DNA）一样

矿物的各种特征

· 不仅与它的化学

成分相关更受到晶体构造的

控制

矿物种数

· 从20世纪初的两千多种到20世纪90年代的五千多种

矿物分类

· 自然元素矿物：如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、银、汞等

· 卤化物矿物（F、Cl、Br、I化合物）：石盐、钾盐、萤石等

· 硫化物矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等

· 氧化物和氢氧化物矿物：如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等。

· 含氧酸盐矿物：最重要的是下面三种：

· 硫酸盐矿物：有石膏、芒硝、重晶石等

· 碳酸盐矿物：如方解石、孔雀石

· 硅酸盐矿物：

自然铂（Pt）（自然元素矿物）黄铁矿（FeS2）

硫化物

石膏（Ca(H2O)2［SO4］）

（氢氧化物）

奥长石（100－nNa［AlSi3O8］－

nCa［AlSi2O8］）硅酸盐

钾盐（KCl）

（卤化物）

锡石（SnO2）

氧化物

方解石（CaCO3）

（含氧酸盐）

硅酸盐矿物

氧离子和硅离子结合的基础上，再

与金属离子结合而成硅酸盐矿物石英（SiO2）

硅酸盐矿物种类繁多，约

占已知矿物种数的1/4，占地壳总

重量的85%

其中最常见的就是各类长

石、云母、辉石、角闪石、橄榄石

等几种，它们广泛分布在地壳与地

幔内。

硅酸盐矿物的晶体结构