,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,*,第,2,章元素的结合规律与赋存形式,Part,11/16/2024,1,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,第 2 章元素的结合规律与赋存形式 Part 9/28,11/16/2024,2,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,9/28/20232第二章 元素的结合规律与赋存形式Part,11/16/2024,3,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,9/28/20233第二章 元素的结合规律与赋存形式Part,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？,11/16/2024,4,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,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,2,元素的结合规律与赋存形式,2.1 自然体系及自然作用产物,2.2 元素的地球化学亲和性及其分类,2.3,类质同象和固溶作用,2.4 晶体场稳定能及其对过渡金属行为的控制,2.5 元素结合规律的微观控制因素,2.6 元素的地球化学分类,2.7 元素的赋存形式,11/16/2024,5,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2 元素的结合规律与赋存形式2.1 自然体系及自然作用产,2.1,自然体系及自然作用产物,2.1.1 地球化学体系的特征,2.1.2 自然过程产物的特征,2.1.3 自然界元素结合的基本规律,11/16/2024,6,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2.1 自然体系及自然作用产物 9/28/20236第二章,2.1.1 地球化学体系的特征,1、自然作用体系温度、压力等条件的变化幅度与人为制备的条件相比是有限的；,2、自然作用体系是多组分的复杂体系；,3、自然作用体系是开放体系；,4、自然作用体系为自发进行的不可逆过程。,11/16/2024,7,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2.1.1 地球化学体系的特征9/28/20237第二章,2.1.2,自然过程产物的特征,1.自然稳定相（Minerals）和各种流体相的总数有限；,2.元素成组分类自然组合；,3.自然产物的稳定相一般都是不纯；,4.在地壳物理化学条件下，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。,11/16/2024,8,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2.1.2 自然过程产物的特征1.自然稳定相（Miner,2.1.3,自然界元素结合的基本规律,自然界控制元素结合的主要规律有以下几种,：,1.元素的地球化学亲和性,2.矿物晶体形成或变化过程的类质同象规律,3.晶体场理论对过渡族元素行为的控制,11/16/2024,9,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2.1.3 自然界元素结合的基本规律 自然界控制元素结合的,2.2,元素的地球化学亲和性及其分类,11/16/2024,10,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2.2 元素的地球化学亲和性及其分类 9/28/20231,2.2,元素的地球化学亲和性,1.,何谓元素的地球化学亲和性,?,指,阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子化合的,倾向性,。,控制元素在自然界相互结合的最基本规律,11/16/2024,11,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2.2 元素的地球化学亲和性1.何谓元素的地球化学亲和性,造岩矿物种类,含,氧化物和氧盐类,比较多；,矿床的矿石矿物，如Pb、Zn、Cu、Fe等重金属形成硫化物组合,。,一些元素倾向于与氧结合形成氧化物或含氧盐，而另一些元素则首先与硫化合形成硫化物,这就形成了地质学熟知的以,造岩元素,为主体的含氧盐矿物类组合和以,重金属元素,为代表的硫化物矿物类组合。,2,.现 象,11/16/2024,12,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,造岩矿物种类含氧化物和氧盐类比较多；2.现 象9/2,矿石冶炼后炉中形成的四相：,金属铁相（,熔铁,）、,铜和重金属硫化物相（,熔硫相,）、,熔融硅酸盐相（,炉渣,）和气相（,CO,2,、H,2,O,）,欧洲曼斯费尔德铜矿,11/16/2024,13,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,矿石冶炼后炉中形成的四相：9/28/202313第二章,经地质作用的全球物质,元素按亲和性划分为四个相,11/16/2024,14,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,经地质作用的全球物质元素按亲和性划分为四个相 9/28,在,地球系统,中，丰度最高的阴离子是氧，其次是硫；能以自然金形式存在的丰度最高的元素是铁。,自然体系元素地球化学亲和性,分类为,：,亲,氧性元素,亲硫性元素,亲铁性元素,三大类型,。,3,元素地球化学亲和性分类,11/16/2024,15,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,在地球系统中，丰度最高的阴离子是氧，其次是硫；能以自然金形式,亲铁性元素,元素在自然界以金属状态产出的一种倾向,。,铁具有这种倾向，在自然界中，特别是,O，S,丰度低的情况下，一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共生，称之为,亲铁元素,。,基本特征：,不易与其他元素结合，因为它们的价电子不易丢失（具有较高电离能）,。,11/16/2024,16,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,亲铁性元素9/28/202316第二章 元素的结合规律,I,1,Au=9.2ev,，,I,1,Ag=7.5ev,，,I,1,Cu=7.7ev,另外，周期表,VIII,族过渡金属元素（铂族元素）具明显亲铁性,11/16/2024,17,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,9/28/202317第二章 元素的结合规律与赋存形式Par,I,1,Pt=8.885ev,I,1,Pd=8.305ev,I,1,Ni=7.615ev,I,1,Co=7.815ev,Pt,等元素在自然界往往以金属状态存在,元素电离能:,11/16/2024,18,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,I1Pt=8.885evPt等元素在自然界往往以金属状态存在,11/16/2024,19,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,9/28/202319第二章 元素的结合规律与赋存形式Par,亲氧性元素和亲硫性元素,（,亲石性和亲铜性,）,（1）,概念,A.,亲氧性元素,：倾向与氧结合形成氧化物或含氧盐的元素，称之为,。氧化物或含氧盐是构成岩石圈的主要矿物形式，也称为,亲石性元素,；,B.,亲硫性元素,：倾向与硫结合形成硫化物或硫酸盐的元素，称之为,。由于这些硫化物常常与铜的硫化物共生，也称之为,亲铜性元素,。,11/16/2024,20,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,亲氧性元素和亲硫性元素（亲石性和亲铜性）（1）概念9,(2),地壳中元素与,O、S,不同的地球化学亲和性的原因,1).O、S,本身的电子层结构差异，获取电子能力和方式不同；,2).,要求与之结合的阳离子自身的电子层结构也存在差异。,3).,结合时体系的物理化学条件。,11/16/2024,21,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,(2)地壳中元素与O、S不同的地球化学亲和性的原因9/28,1）,氧、硫性质的差异,氧和硫某些化学性质参数,硫的电负性小于氧（,XsRo,o,）。这样，硫对外电子联系较弱，导致硫受极化程度要比氧大得多。为此，,硫倾向形成共价键（或配价键的给予体）,氧倾向形成离子键（或部分共价键）,11/16/2024,22,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,1）氧、硫性质的差异氧和硫某些化学性质参数9/28/202,2）与之结合的阳离子性质,以第四周期部分金属阳离子为例,（,电负性,）,与硫形成高度,共价键,的元素，称亲硫元素（具亲硫性）,与氧形成高度,离子键,的元素，称亲氧元素（具亲氧性）,11/16/2024,23,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,2）与之结合的阳离子性质以第四周期部分金属阳离子为例（电,3）,体系的物理化学条件,化学反应制动原理,（,见元素亲和性原因丰度,）,11/16/2024,24,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,3）体系的物理化学条件化学反应制动原理（见元素亲和性原因,4.,自然界元素亲和性的特点,.,双重性和过渡性,：,自然界元素的亲和性不是绝对的，存在着双重性和过渡性,11/16/2024,25,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,4.自然界元素亲和性的特点.双重性和过渡性：9/,.,不同价态元素亲和性的差异,Fe,Mn,：,Fe,2+,、Mn,2+,低价具亲硫性，如FeS,2,MnS;,Fe,3+,、Mn,4+,高价具亲氧性，如Fe,2,O,3,MnO,2,举出类似的元素？,11/16/2024,26,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,.不同价态元素亲和性的差异Fe,Mn：9/28/20,如Cr：2,+,、3,+,、6,+,Mo:,Mo,2+,形成MoS,2,Mo,6+,形成钼酸盐（钼酸氨）,11/16/2024,27,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,如Cr：2+、3+、6+9/28/202327第二章 元素的,元素的基本化学性质,化合反应的能量效应,元素的丰度因素,5.元素地球化学亲和性的内在原因,11/16/2024,28,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,元素的基本化学性质5.元素地球化学亲和性的内在原因9,元素的基本化学性质,元素的基本特征是由,原子的电子构型,来反映的，,多个参数表示元素性质，,如电离能和电负性，,不同元素电离能和电负性不同。,在地球系统中，元素丰度最高的阴离子是氧，其次是硫。金属的亲氧或亲硫特性可以用元素与氧元素和硫元素间电负性差值来衡量。,11/16/2024,29,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,元素的基本化学性质元素的基本特征是由原子的电子构型来反,元素的电负性与亲和性的关系,11/16/2024,30,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,元素的电负性与亲和性的关系9/28/202330第二章 元素,.化合反应的能量效应,如果把金属元素形成氧化物和硫化物的生成自由能(换算成每一个氧或硫原子的),G,f,值,由高的,负,值到低顺序排列得如下序列：,Ca、Th、Mg、Al、Zr、U、Ti、Si、V、Na、Mn、Cr、K、Zn、W、Sn、Mo、Fe、Co、Ni、Pb、Cu、Bi、Pd、Hg、Ag，,这与按亲硫性增强排列顺序大体相同。,地壳中元素根据其亲硫、亲氧倾向性强弱通过置换反应自动调整其结合状态而形成适应亲合性规律的稳定矿物组合。,11/16/2024,31,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,.化合反应的能量效应如果把金属元素形成氧化物和硫化物的,.,元素的丰度因素,由于元素的丰度不同，在天然化学反应中反应物之间的量比一般是不符合化学计量比例的。,当体系中,阴离子不足,时，在自然体系中各阳离子将按亲和性强弱与阴离子反应，亲和性强的阳离子将抑制亲和性弱的化学反应（这是自然界的竞争机制）。,“,化学反应的制动原理,”。,11/16/2024,32,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,.元素的丰度因素由于元素的丰度不同，在天然化学反应中反应,11/16/2024,33,第二章 元素的结合规律与赋存形式Part1,9/28/202333第二章 元素的结合规律与赋存形式Par,例 1,在地壳中某体系内，阴离子S,2-,不足，地壳中Fe的丰度比Mn高出两个数量级，况且Fe的亲硫性比Mn强。为此在这样的环境下，只能产生,Fe的硫化物和,Mn的氧化物,（硅酸盐）共生现象，绝对不会发生,硫锰矿和铁的氧化物,共生的现象。这就是“,化学反应抑制原理,”在起作用。,反应