地球化学讲义第三章自然体系中元素的地球化学迁课件.ppt

地球科学学院地球化学教研室 第三章 自然体系中元素的地球化学迁移 本章内容 元素地球化学迁移的概念及形式 水溶液中元素的迁移 元素迁移过程中的热力学规律 元素迁移过程介质性质和条件的判断标志 第三章 自然体系中元素的地球化学迁移 自然界的物质是不断运动的！元素也必然包含其中！ 地壳中的元素互相结合组成各种矿物、岩石等，对于其元素的整个历史来看，只是一个暂时的片断，它是在某个物理化学条件下，元素相对稳定、相对静止的一个暂时形式。随着地壳物质的不断运动和物理化学环境的改变，这种相对稳定性将遭到破坏，元素将以各种方式发生活化转移，并以一种新的形式再相对稳定下来。 元素在自然界（地壳）的这种作用就称为元素的地球化学迁移。 一、 元素地球化学迁移的概念及形式 元素地球化学迁移的概念 元素在水溶液中迁移的形式 （一）元素地球化学迁移的概念 ④ “量”、“质”和“动”的关系： 从定义的深入理解，我们可以将自然界元素的丰度(量)和元素赋存形式（质）与元素迁移（动）的关系，一是事实基础，另一是理论指导。 查明元素在不同地区、地质体、岩石和矿物的分布、分配、集中、分散及赋存形式的实际情况，是研究元素地球化学迁移的事实基础；而搞清楚元素迁移的途径、机制和物理化学条件，则又是阐明元素分布、分配、集中、分散规律的理论指导。 （二）元素在水溶液中迁移的形式 （二）元素在水溶液中迁移的形式 ⑴溶液： 溶于水中的化合物，根据其化学键性质的不同，在水中的存在状态是不同的： 离子化合物：在水中电离为离子 分子晶体化合物：受极性分子的吸引，分解为极性分子 原子晶体化合物：具共价性键，只能分解为分子 下面重点讨论离子化合物在水溶液中存在形式。溶于水中的阳离子的存在形式取决于这些离子的基本性质。如何来衡量这些离子的基本性质？ 离子化合物在水溶液中的存在形式 离子化合物在水溶液中的存在形式 第二种情况：电价高半径小的离子，其离子电位大(π＞8)，如B3+、C4+、Si4+、N5+、P5+、S6+等，它们争夺O2-的能力较H+强，因此经常从(OH)-根中夺出O2-，并与之结合成含氧酸形成[BO3]3-、[CO3]2-、[PO4]3-、[SO4]2-等； 第三种情况：离子电位居中（π：2.5～8）的一些阳离子，它们往往是一些两性元素(Be2+、Ti3+、Cr3+、Al3+、Fe3+、V3+……)，在水中的形式随溶液中酸碱度不同而变化： 在碱性溶液中：(OH)-浓度大，H+浓度小，才能与O2-结合成含氧酸[BeO4]6- ； 在酸性溶液中：H+浓度大大高于(OH)-浓度，则呈氢氧化物分子Mex+(OH)x或自由离子Mex+形式。 （2）胶体： 胶体的质点大小界于10-3~10-6mm之间，它有两个基本特点： ① 胶体是一种多相体系，质点很细，因此具有很大的比表面积（单位体积所具有的表面积）。为此具有很大的表面能，致使它们具有很强的吸附作用； 二、 水溶液中元素的迁移 溶度积原则 元素易溶络合物及其稳定性 水溶液pH值对元素迁移的控制 水溶液中氧化还原反应对元素迁移的影响 地球化学思维实例分析: 请讨论： ① W元素可能的迁移形式； ② 为什么会形成下部硫化物和上部黑钨矿空间分带？ ③ 在与灰岩的接触带还可能形成什么岩石和矿化？ 分析： 1) 从黑钨矿富集处两侧围岩中蚀变矿物（CaF2 ，含氟电气石)成分推测， W6+在热液中迁移形式：(K.Na)2[WO3F2]或(K，Na)2[WO3Cl2]. 而它们的沉淀环境是需要较富氧的环境才能形成[WO4]2- 化合物的沉淀. 2) 早期，深部裂隙中含矿热液中有较多量的S2-存在（H2S)， 这时O2-是不足的，由于硫化物的溶度积很低 溶液中Pb2+， Zn2+， Cu2+只需很低的浓度就能形成硫化物沉淀; 而钨仍呈络合物形式在溶液中迁移。 3) 晚期，溶液运移到浅部裂隙带，游离氧的浓度大大增加，促使络合物离解: [WO3F2 ]2- + O2- → [WO4]2- +2F- ↓ ↓ Fe2+ Mn2+ Ca2+