中南大学地球化学重点

绪论

地球化学的定义：地球化学是研究地球形成和演化过程中，地球（含部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学。

地球化学与矿物学、岩石学、矿床学的关系。

第一章

丰度：指化学元素及其同位素在宇宙各类物体中的相对含量(平均含量)。

丰度表示方法：重量丰度、原子丰度、相对丰度。

元素的分布是指元素在一个地球化学体系中整体总含量。

元素的分配是指元素在各地球化学体系内各个区域区段中的含量。

分布是整体，分配是局部。

陨石的分类：

铁陨石主要由大于90%金属(Fe、Ni)和硅酸盐组成。

铁石陨石由约50%金属和50%硅酸盐矿物组成。

石陨石主要由硅酸盐矿物和10%金属(Fe、Ni)组成。可分为两类：球粒陨石和无球粒陨石球粒陨石约10%金属（含球粒硅酸盐）

无球粒陨石约1%金属，主要为硅酸盐。

碳质球粒陨石是球粒陨石中的一个特殊类型，含有碳的有机化合物分子，并且主要由含水硅酸盐组成。数量上十分稀少，可用来估算太阳系中非挥发分元素的丰度。

太阳系元素规律：

太阳系中的元素分布是极不均匀的。

原子序数较低的范围内，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大的范围内（Z＞45）各元素丰度值很相近。

原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素。称为奥多-哈根斯法则。

H和He是丰度最高的两种元素。

与He邻近的Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素。

地壳中元素分布的一般规律:

①元素在地壳中分布极不均一。②元素的克拉克值大体随原子序数增大而降低。③原子序数为偶数的元素总分布量，大于奇数元素的总分布量.④相邻元素之间序数为偶数的元素的分布量大于奇数元素的分布量.

地球：Fe>O>Mg>Si>Ni

地幔：O>Mg>Si>Fe>Ca

地壳：O>Si>Al>Fe>Ca>

元素的克拉克值：元素在地壳中的丰度（相对平均含量）（10-6 ppm 10-9 ppb，10-12 ppt）第二章

物质都主要由金属相、硅酸盐相和硫化物相三相组成。

元素的三大结合规律：元素的地球化学亲和性、类质同象、晶体场论对过渡族元素行为的控制。

地球化学体系的特征：T、P等条件的变化幅度和实验条件相比是相对有限的、是多组分复杂体系（阴离子<<阳离子）、开放体系、自发进行的不可逆过程。

元素在自然界中结合的规律：自然体系中元素的丰度、地球的物理化学条件（外因）、元素的化学性质、元素的晶体化学性质。

元素的地球化学亲和性：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性地与某种阴离子结合的特性。

硫倾向形成共价键、氧倾向形成离子键。丰度最高的阴离子是O 第二是S。金属丰度最高为Fe。

亲硫元素中Cu是分布较广、亲硫性较强的元素，故Goldschmidt称亲硫元素为亲铜元素。

组成地球岩石圈的矿物，主要为硅酸盐和碳酸盐矿物，和一部分氧化物（如石英、刚玉、磁铁矿等），这些均为氧的化合物，故Goldschmidt称亲氧元素为亲石元素。

元素在自然界以金属状态产出的一种趋向性称为元素的亲铁性。

戈尔德施密特分类依据:以其提出的地球起源和内部构造假说为基础，根据化学元素的性质与其在地球各圈层间的分配。

类质同象：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的结构类型、化学键类型等保持不变，这一现象称为“类质同象”。

固溶体：进入晶体中的微量物质称为“类质同象混入物”，含有类质同象混入物的晶体被称为“固溶体”。

类质同象置换的条件：

①离子（或原子）自身的性质，如半径相近、电价平衡、配位多面体的对称性相同和化学键类型一致；

②体系的物理化学条件，如温度、压力、组分特征和氧化还原条件等有利于置换的进行；

③固溶体的热力学性质。

控制类质同象置换的晶体化学因素：

化学键、原子结合时的几何关系(半径、配位数等)、电中性原则、有利的矿物晶体结构。

在元素周期表中，位于对角线上的亲氧元素之间的半径近似。因此，位于对角线的亲氧元素容易发生类质同象置换，故异价类质同象置换在周期表中存在对角线法则。

戈尔德施密特的类质同象置换法则：优先法则、捕获-容许法则、隐蔽法则。

不同成因磁铁矿中的标型元素组合特征：

①基性、超基性岩：富Cr3+、V3+、Ti4+、Mg2+、Ni2+、Co2+，贫Al3+；

②酸性岩、碱性岩：富Al3+ 、Sn4+，而贫Mg2+；

③接触交代型碳酸盐岩：富Mg2+、Zn2+ 、Cu2+、Ga3+；

④沉积变质岩：富Mn2+ 、V3+ 和Ge4+；

过渡元素：指元素周期表中第四至第七周期第三副族至第二副族之间的元素。

过渡金属的离子是处于周围阴离子或偶极分子的晶体场中，前者称为中心离子，后者称为配位体。

五重简并：在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道的能级相同，电子云呈球形对称，电子在五个d轨道的分布概率相同，称为“五重简并”。

晶体场分裂：当过渡金属离子处在晶体结构中时，由于晶体场的非球形对称特征，使d轨道的能级产生了差异，称为“晶体场分裂”。

元素在固相中的存在形式：独立矿物、类质同象、超显微非结构混入物、吸附、与有机质结合。

完全类质同象：晶体化学性质相近的元素之间可以置换，形成任意比例的固溶体。

不完全类质同象：晶体化学性质相差较大的离子之间的置换，由于受晶体结构的限制，只能形成一定比例的置换。

第三章

微量元素的定义：自然体系中含量低于0.1%的元素。

常量元素的分析方法：电感耦合等离子光谱ICP-AES、X荧光光谱法XRF

微量元素的分析方法：原电感耦合等离子质谱ICP-MS、激光剥蚀电感耦合等离子质谱LA-ICP-MS

吸留的概念：在沉淀形成过程中，由于沉淀生成过快，表面吸附的杂质离子来不及离开，表面就被再沉积上来的离子所覆盖，陷入沉淀晶体内部。

能斯特定律：当一种矿物（α相）与一种溶液（β相）处于化学交换平衡时，微量元素i 在两相之间的化学势相等。

能斯特分配定律表达式：KD(T,P) =biα/biβ

分散元素：有些稀有元素，并不生成纯态的矿物，有时候溶解、分散在别的元素的许多种矿物里。

相容元素：当固相和液相共存时，倾向于进入固相中的微量元素，称为相容元素。分配系数D大于1的元素。

不相容元素：当固相和液相共存时，倾向于进入液相中的微量元素，称为不相容元素。分配系数D小于1的元素。

相容元素：趋向于在固相中富集的微量元素。尽管其浓度低，不能形成独立的矿物相，但因其离子半径、电荷、晶体场等结晶化学性质与构成矿物的主要元素相近，因此在岩浆结晶过程中，容易以类质同象置换形式进入固相（造岩矿物）。相容元素的固相/液相分配系数显著大于1。

不相容元素：趋向于在液相中富集的微量元素。由于其浓度低，不能形成独立的矿物相，并且因其离子半径、电荷、晶体场等性质与构成矿物的主要元素相差较大，而使其不能进入矿物相。它们的固相/液相分配系数接近于0。

大离子亲石元素（LILE）：离子半径大，离子电荷低，离子电位<3，易溶于水，化学性质活泼，地球化学活动性强，可以作为地壳演化及地质作用发生的示踪剂。

高场强元素（HFSE）：离子半径小，离子电荷高，离子电位>3，难溶于水，化学性质稳定，为非活动性元素，