地球化学原理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第10页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
有机质结合形式 元素常与有机物结合形成金属有机化合 物或金属有机络合物 。 元素的有机结合态的意义：
对元素迁移转化的意义 环境效应
第11页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
元素的化学活动性与元素的存在形式密切相关。一般情况下，元素以 独立矿物或类质同像形式存在时的稳定性远大于吸附形式。例如，存在于 矿物晶格中的元素，一般不受外界环境和化学条件的影响而析出，除非矿 物被分解。但是，如果元素是以被粘土矿物吸附的形式存在，当环境变为 酸性时，H+离子将和重金属离子争夺粘土矿物表面的可交换位置，结果使 被吸附在粘上矿物表面的部分重金属离子释放出来，进入环境或流体。
第13页/共17页
（四）元素在土壤中的存在
固相——土壤颗粒物 气相——土壤气体 液相——土壤溶液
第14页/共17页
（四）元素在土壤中的存在
元素在环境中的形态 污染物的迁移转化规律，并不取决于污染物的总浓度，而是取决 于它们化学形态的本性。 在环境研究中，大家更注重污染元素在环境中的存在形式，因为 污染元素在环境中的存在形式直接决定该元素能否产生污染以及污染 程度。 对于环境中元素形态的研究，众多学者主要研究土壤和水系沉积 物中重金属元素的存在形式―形态。然而关于元素的形态，不同学者 有不同的理解。目前大家广泛应用的是用形态分析方法来研究元素在 环境样品中的形态。
一、不同介质中元素的存在形式
• 元素在流体相中的存在 • 元素在固相中的存在 • 元素在气体中的存在 • 元素形态的概念
第1页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
化学元素在水体中以真溶液、胶体或悬浮 状态三种形式存在。 • 真溶液的特点是粒径小于1nm，透明，扩散很 快，超显微镜下也看不见； • 胶体的粒径在0.1μm～1nm之间，扩散极慢， 光照下可看到浑浊； • 悬浮体的粒径大于lμm，不能通过滤纸，不扩 散，肉眼可见浑浊。
同一元素形成的不同矿物或同一元素的不同吸附形式,其稳定性也不同。
铀石
U(SiO4)1-x(OH)4x
硅钙铀矿 Ca(UO2)2Si2O7·6H2O
铀矾 (UO2)6(SO4)(OH)10·12H2O
相对稳定 不稳定 极不稳定
第12页/共17页
（三）元素在气体中的存在形式
气相 固体颗粒物：
飘尘 降尘 气溶胶
第7页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
类质同像形式 类质同像，或称为结构混入物，是指不同的元素或质点占据相同的晶格 结点位置、而晶格类型和晶格常数不发生明显变化的现象。 微量元素进入主元素矿物的晶格后，如不通过破坏矿物晶格的手段，采 用机械和化学的方法都不能使两者分离。 类质同像是自然界普遍存在的一种现象，许多微量元素都会以不同形式 的类质同像形式存在。 如Na-Ca、U4+与Th之间可以产生类质同像，甚至完全类质同像。
• 金属与大分子有机物相结合形式，如M-腐殖酸、M-多糖、M-类脂聚合物等； Na4UO2（CnHnCOO）n
• 高度分散的胶体形式，如FeOOH，Fe(OH)3、Cr、Mn、A1 、[UO2（OH）2]n等水 合氧化物溶胶，各种硫溶胶、硅酸溶胶等；
• 吸附形式，主要是吸附在胶体上或粘土上，离子、氧化物、碳酸盐、硫化物等都可 以以吸附的形式存在；
第3页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
从微观上看，水体中物质存在形式有以下几类：
• 游离离子和水合离子，如K+、Na+、C1- 、 （UO2）2+, HCO3-等； • 无机络离子或无机络合物，如Fe（OH）2+、 UO2(CO3)34-、 SrHCO3+等； • 有机络合物或螯合物，如RCOOM、氨羟螯合物等简单有机配位体形成的络合物；
第9页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
吸附形式 吸附形式是在胶体、晶体表面或解理面上由于电荷不平衡 而吸附异性离子的现象，是一种结合力较弱、易被交换和分 离的存在形式（活性赋存形式）。此外，在粘土矿物表面也 容易形成对离子的吸附。
物理吸附 化学吸附 吸附对核素的迁移转化研究具有非常重要的意义
第2页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
元素在真溶液中仅以分子和离子形式存在 由于水溶液中的水分子H2O在任何条件下都会发 生一定程度的电离，生成H+和OH-离子，因此离子 在水溶液中就有与H+或与OH-结合的倾向性。根据 这种倾向性将离子分为两种：倾向与H+离子结合的 为酸性离子，倾向与OH-结合的为碱性离子。
第15页/共17页
（四ຫໍສະໝຸດ Baidu元素在土壤中的存在
环境中重金属形态一般分为五种 • 可交换态：由沉积物中矿物（粘土矿物、铁锰水合氧化物、腐殖
酸及二氧化硅）对重金属的吸附作用而形成的； • 碳酸盐结合态：与沉积物中的碳酸盐联系在一起的重金属； • 铁锰氧化物结合态：与铁锰水合氧化物共沉淀，或被铁锰水合氧
• 胶体形式有特别的重要性。胶体粒径小，且都带电荷， 吸附能力强，常成为污染物质迁移的载体，与污染物 在食物链中的循环和富集有密切关系。
第5页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
独立矿物 类质同像 超显微混入物 吸附 有机质结合
第6页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
独立矿物 独立矿物是指能用肉眼或能在显微镜下进行研究 的矿物，粒径大于0.001mm。对许多造岩元素及相 容微量元素而言，独立矿物是其在自然界重要的存 在形式。一种元素可形成多种独立矿物。 铀的独立矿物：晶质铀矿 钍的独立矿物：方钍石 镐的独立矿物 ：锆石
Sr—Ba，K—Na， U4+—Zr， Th —Zr…….
第8页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
超显微混入物形式 超显微非结构混入物（或称为超显微包 裹体），指被包裹在其他矿物中，粒径小于 0.01mm的物质。由于它不占据主矿物的晶 格位置。因此是独立矿物，但又不形成可以 进行矿物学研究的颗粒。
• 与活的生物体相结合形式。
第4页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
• 水中真正以简单无机离子形式存在的元素是很少的， 大多数是水合离子和无机络离子的形式。重金属和半 径较小的碱土金属和碱金属，原则上都可以形成各种 稳定程度不同的无机络合物。水中有机络合物最主要 的是金属与腐植酸形成的络合物。
（二）元素在固体中的存在形式
有机质结合形式 元素常与有机物结合形成金属有机化合 物或金属有机络合物 。 元素的有机结合态的意义：
对元素迁移转化的意义 环境效应
第11页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
元素的化学活动性与元素的存在形式密切相关。一般情况下，元素以 独立矿物或类质同像形式存在时的稳定性远大于吸附形式。例如，存在于 矿物晶格中的元素，一般不受外界环境和化学条件的影响而析出，除非矿 物被分解。但是，如果元素是以被粘土矿物吸附的形式存在，当环境变为 酸性时，H+离子将和重金属离子争夺粘土矿物表面的可交换位置，结果使 被吸附在粘上矿物表面的部分重金属离子释放出来，进入环境或流体。
第13页/共17页
（四）元素在土壤中的存在
固相——土壤颗粒物 气相——土壤气体 液相——土壤溶液
第14页/共17页
（四）元素在土壤中的存在
元素在环境中的形态 污染物的迁移转化规律，并不取决于污染物的总浓度，而是取决 于它们化学形态的本性。 在环境研究中，大家更注重污染元素在环境中的存在形式，因为 污染元素在环境中的存在形式直接决定该元素能否产生污染以及污染 程度。 对于环境中元素形态的研究，众多学者主要研究土壤和水系沉积 物中重金属元素的存在形式―形态。然而关于元素的形态，不同学者 有不同的理解。目前大家广泛应用的是用形态分析方法来研究元素在 环境样品中的形态。
一、不同介质中元素的存在形式
• 元素在流体相中的存在 • 元素在固相中的存在 • 元素在气体中的存在 • 元素形态的概念
第1页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
化学元素在水体中以真溶液、胶体或悬浮 状态三种形式存在。 • 真溶液的特点是粒径小于1nm，透明，扩散很 快，超显微镜下也看不见； • 胶体的粒径在0.1μm～1nm之间，扩散极慢， 光照下可看到浑浊； • 悬浮体的粒径大于lμm，不能通过滤纸，不扩 散，肉眼可见浑浊。
同一元素形成的不同矿物或同一元素的不同吸附形式,其稳定性也不同。
铀石
U(SiO4)1-x(OH)4x
硅钙铀矿 Ca(UO2)2Si2O7·6H2O
铀矾 (UO2)6(SO4)(OH)10·12H2O
相对稳定 不稳定 极不稳定
第12页/共17页
（三）元素在气体中的存在形式
气相 固体颗粒物：
飘尘 降尘 气溶胶
第7页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
类质同像形式 类质同像，或称为结构混入物，是指不同的元素或质点占据相同的晶格 结点位置、而晶格类型和晶格常数不发生明显变化的现象。 微量元素进入主元素矿物的晶格后，如不通过破坏矿物晶格的手段，采 用机械和化学的方法都不能使两者分离。 类质同像是自然界普遍存在的一种现象，许多微量元素都会以不同形式 的类质同像形式存在。 如Na-Ca、U4+与Th之间可以产生类质同像，甚至完全类质同像。
• 金属与大分子有机物相结合形式，如M-腐殖酸、M-多糖、M-类脂聚合物等； Na4UO2（CnHnCOO）n
• 高度分散的胶体形式，如FeOOH，Fe(OH)3、Cr、Mn、A1 、[UO2（OH）2]n等水 合氧化物溶胶，各种硫溶胶、硅酸溶胶等；
• 吸附形式，主要是吸附在胶体上或粘土上，离子、氧化物、碳酸盐、硫化物等都可 以以吸附的形式存在；
第3页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
从微观上看，水体中物质存在形式有以下几类：
• 游离离子和水合离子，如K+、Na+、C1- 、 （UO2）2+, HCO3-等； • 无机络离子或无机络合物，如Fe（OH）2+、 UO2(CO3)34-、 SrHCO3+等； • 有机络合物或螯合物，如RCOOM、氨羟螯合物等简单有机配位体形成的络合物；
第9页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
吸附形式 吸附形式是在胶体、晶体表面或解理面上由于电荷不平衡 而吸附异性离子的现象，是一种结合力较弱、易被交换和分 离的存在形式（活性赋存形式）。此外，在粘土矿物表面也 容易形成对离子的吸附。
物理吸附 化学吸附 吸附对核素的迁移转化研究具有非常重要的意义
第2页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
元素在真溶液中仅以分子和离子形式存在 由于水溶液中的水分子H2O在任何条件下都会发 生一定程度的电离，生成H+和OH-离子，因此离子 在水溶液中就有与H+或与OH-结合的倾向性。根据 这种倾向性将离子分为两种：倾向与H+离子结合的 为酸性离子，倾向与OH-结合的为碱性离子。
第15页/共17页
（四ຫໍສະໝຸດ Baidu元素在土壤中的存在
环境中重金属形态一般分为五种 • 可交换态：由沉积物中矿物（粘土矿物、铁锰水合氧化物、腐殖
酸及二氧化硅）对重金属的吸附作用而形成的； • 碳酸盐结合态：与沉积物中的碳酸盐联系在一起的重金属； • 铁锰氧化物结合态：与铁锰水合氧化物共沉淀，或被铁锰水合氧
• 胶体形式有特别的重要性。胶体粒径小，且都带电荷， 吸附能力强，常成为污染物质迁移的载体，与污染物 在食物链中的循环和富集有密切关系。
第5页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
独立矿物 类质同像 超显微混入物 吸附 有机质结合
第6页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
独立矿物 独立矿物是指能用肉眼或能在显微镜下进行研究 的矿物，粒径大于0.001mm。对许多造岩元素及相 容微量元素而言，独立矿物是其在自然界重要的存 在形式。一种元素可形成多种独立矿物。 铀的独立矿物：晶质铀矿 钍的独立矿物：方钍石 镐的独立矿物 ：锆石
Sr—Ba，K—Na， U4+—Zr， Th —Zr…….
第8页/共17页
（二）元素在固体中的存在形式
超显微混入物形式 超显微非结构混入物（或称为超显微包 裹体），指被包裹在其他矿物中，粒径小于 0.01mm的物质。由于它不占据主矿物的晶 格位置。因此是独立矿物，但又不形成可以 进行矿物学研究的颗粒。
• 与活的生物体相结合形式。
第4页/共17页
（一）元素在流体相中的存在形式
• 水中真正以简单无机离子形式存在的元素是很少的， 大多数是水合离子和无机络离子的形式。重金属和半 径较小的碱土金属和碱金属，原则上都可以形成各种 稳定程度不同的无机络合物。水中有机络合物最主要 的是金属与腐植酸形成的络合物。