元素的结合规律与赋存方式课件

元素的结合规律与赋存方式

元素的结合规律与赋存方式课件1

自然界元素结合分两种：

非极性键，一般形成共价键；极性键，一般形成离子键。

自然界元素结合特点：多键性和过渡性

2自然界元素结合分两种：22自然元素结合的基本规律：元素的地球化学亲和性类质同象晶体场理论对过渡族元素行为的控制自然元素结合的基本规律：31概念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地与某种阴离子结合的特性，称元素的地球化学亲和性。元素地球化学亲和性的原因：元素本身性质；元素结合的物理化学条件4（一）元素的地球化学亲和性1概念4（一）元素的地球化学亲和性4①丰度因素：

Fe的化学制动原理②元素性质：电离能、电负性等③反应的能量效应：当发生化学反应时，反应朝自由能减小的方向进行CaCO3+FeS↔FeCO3+CaS

ΔG=80.7kJ

元素地球化学亲和性的理解5①丰度因素：元素地球化学亲和性的理解55

例1：

在地壳中某体系内，阴离子S2-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。

FeSiO3+MnS→MnSiO3+FeS(25℃时：Gr=-11.56KJ<0,反应向右进行）6例1：在地壳中某体系内，阴离子S2-不62元素的地球化学亲和性分类在自然体系中，元素的地球化学亲和性分类主要包括：亲氧性元素、亲硫性元素和亲铁性元素三大类型。72元素的地球化学亲和性分类771氧和硫的性质8（二）亲氧性元素、亲硫性元素氧和硫某些化学性质参数硫倾向形成共价键（或配价键的给予体），氧倾向形成离子键（或部分共价键）1氧和硫的性质8（二）亲氧性元素、亲硫性元素氧和硫某些化学82亲氧性元素（亲石元素）只有能与氧以离子键性结合的金属；亲氧元素：K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；易熔于硅酸盐熔体，主要集中在岩石圈。92亲氧性元素（亲石元素）993亲硫性元素（亲铜元素）只有能与硫结合形成高度共价键性质的金属；亲硫元素：Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；易熔于硫化铁熔体。主要集中于硫化物—氧化物过渡圈。3亲硫性元素（亲铜元素）104控制亲氧、亲硫性元素的性质电负性及离子的键性；电价及其离子半径。114控制亲氧、亲硫性元素的性质1111（三）亲铁性元素1亲铁性元素在自然界中以金属状态产出的一种倾向性；2亲铁性元素基本特征：晶体中所有原子共享自由电子，保持电中性。代表性亲铁元素：铂族、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni与氧及硫的亲和力均弱，易熔于熔铁；主要集中于铁镍核。12（三）亲铁性元素1212131313

（四）自然界元素亲和性的特点1.双重性和过渡性：

14（四）自然界元素亲和性的特点1.双重性和过渡性142.不同价态元素亲和性Fe,MnFe2+,Mn2+低价具亲硫性，如FeS2,MnS;Fe3+,Mn4+高价具亲氧性，如Fe2O3,MnO2

举出类似的元素？152.不同价态元素亲和性Fe,MnFe2+,Mn15（二）类质同象地球系统各体系中含量低(<0.1%)的元素常不能形成自己的独立矿物，而是分散在其它元素构成的矿物晶格中。16KCl晶格中K被Rb置换（二）类质同象地球系统各体系中含量低(<0.1%)的元素常不16（1）概念类质同象：某些物质晶体中的部分构造位置随机地被介质中地其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称类质同象。类质同象混入物固溶体171）类质同象和固溶体（1）概念171）类质同象和固溶体17注意与“同质多象”区分（2）完全类质同象与有限类质同象晶体化学性质相近的元素之间可以充分置换，形成任意比例的固溶体，称完全类质同象。晶体化学性质相差较大的离子间的置换受晶格构造的限制，形成有限类质同象。18注意与“同质多象”区分（2）完全类质同象与有限类质同象1818（3）类质同象概念的理解不同于交代作用。性质相似的元素发生替代，说明类质同象是有条件的。起到性质相同的作用，能决定矿物亚种。混入物按概率占据相同的位置。固溶体的晶格常数变化，但变化不大。19（3）类质同象概念的理解1919（4）类质同象置换条件20（4）类质同象置换条件2020

晶体化学条件原子或离子半径相近（离子电价和离子类型相同的离子键化合物）半径差别增大代换能力下降21晶体化学条件半径差别增大代换能力下降2121氧化还原电位还原内生条件:Fe2+(0.83Å),Mn2+(0.91Å)亲密共生氧化表生条件:Fe3+(0.76Å),Mn4+(0.52Å)彼此分离物理化学条件组份浓度—“补偿类质同象”：一种熔体或溶液中如果缺乏某种组份，当从中晶出包含此种组份的矿物时，熔体或溶液中性质与之相似的其他元素就可以类质同象代换的方式加以补充。如磷灰石Ca[F(PO4)3]的结晶22氧化还原电位物理化学条件组份浓度—“补偿类质同象”：22（1）化学键性——首要条件电价相同，半径相似

Cu+(0.96Å)

和Na+(0.98Å)

Hg2+(1.12Å)

和Ca2+(1.06Å)但在硅酸盐造岩矿物中很少有Cu+、Hg2+的存在;在硫化物（Cu、Hg）矿物中也不易发现Na+、Ca2+

为什么？232）控制类质同象置换的晶体化学因素（1）化学键性——首要条件电价相同，半径相似但在硅酸盐造岩23（2）原子（离子）结合时的几何关系离子键化合物——原子和离子半径相似是重要条件。共价键化合物——键长相似是类质同象置换的重要条件。24（3）化合物的电中性原则——电价补偿类质同象置换质点数目不等的置换，如云母中3Mg2+→2Al3+高电价质点和低电价质点配合置换中等电价质点离子成对置换，如钾长石中Pb2++Al3+→K++Si4+正负离子配合置换，如磷灰石中∑Ce3++O2-→Ca2++F-（2）原子（离子）结合时的几何关系24（3）化合物的电中24（4）有利的矿物晶体构造矿物的晶体构造愈复杂、松弛（偏离最紧密堆积愈远），其中发生类质同象的可能性愈大。例：沸石类矿物海绵状晶格中：25（4）有利的矿物晶体构造2525A：完全类质同像区；B：高温时可类质同像区；C：不混熔区KAlSi3O8(491.4KJ/mol)NaAlSi3O8(247.8KJ/mol)CaAl2Si2O8(256.2KJ/mol)

（5）代换的能量角度26A：完全类质同像区；B：高温时可类质同像区；C：不混熔区K26（1）戈尔德施密特类质同象法则优先法则：273）类质同象置换法则（1）戈尔德施密特类质同象法则优先法则：273）类质同象27捕获允许法则：如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价离子优先进入较早结晶的矿物晶体中，称“捕获”（capture），低价离子“允许”(admit)进入晚期矿物。28隐蔽法则：两个离子具有相近的半径和相同的电荷，则丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素进入矿物晶格，为主量元素所“隐蔽”。捕获允许法则：如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价离28（2）林伍德Ringwood法则林伍德提出对戈氏法则的补充：对于二个价数和离子半径相似的阳离子（离子键成分不同时）具有较低电负性者将优先被结合，因为它们形成一种较强的离子键成分较多的化学键。Zn2+857.7KJ/mol

Fe2+774KJ/molMg2+732KJ/mol29（2）林伍德Ringwood法则林伍德提出对戈氏法则的补充29

1）确定了元素的共生组合

2）决定了元素在共生矿物间的分配

3）支配微量元素在交代过程中的行为

4）类质同象的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因的标志5）标型元素组合6）影响微量元素的集中或分散7）对自然环境的影响304）类质同象规律的意义1）确定了元素的共生组合304）类质同象规律的意义30酸性岩浆的条件：31酸性岩浆的条件：3131元素的结合规律与赋存方式

元素的结合规律与赋存方式课件32

自然界元素结合分两种：

非极性键，一般形成共价键；极性键，一般形成离子键。

自然界元素结合特点：多键性和过渡性

33自然界元素结合分两种：233自然元素结合的基本规律：元素的地球化学亲和性类质同象晶体场理论对过渡族元素行为的控制自然元素结合的基本规律：341概念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地与某种阴离子结合的特性，称元素的地球化学亲和性。元素地球化学亲和性的原因：元素本身性质；元素结合的物理化学条件35（一）元素的地球化学亲和性1概念4（一）元素的地球化学亲和性35①丰度因素：

Fe的化学制动原理②元素性质：电离能、电负性等③反应的能量效应：当发生化学反应时，反应朝自由能减小的方向进行CaCO3+FeS↔FeCO3+CaS

ΔG=80.7kJ

元素地球化学亲和性的理解36①丰度因素：元素地球化学亲和性的理解536

例1：

在地壳中某体系内，阴离子S2-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。

FeSiO3+MnS→MnSiO3+FeS(25℃时：Gr=-11.56KJ<0,反应向右进行）37例1：在地壳中某体系内，阴离子S2-不372元素的地球化学亲和性分类在自然体系中，元素的地球化学亲和性分类主要包括：亲氧性元素、亲硫性元素和亲铁性元素三大类型。382元素的地球化学亲和性分类7381氧和硫的性质39（二）亲氧性元素、亲硫性元素氧和硫某些化学性质参数硫倾向形成共价键（或配价键的给予体），氧倾向形成离子键（或部分共价键）1氧和硫的性质8（二）亲氧性元素、亲硫性元素氧和硫某些化学392亲氧性元素（亲石元素）只有能与氧以离子键性结合的金属；亲氧元素：K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；易熔于硅酸盐熔体，主要集中在岩石圈。402亲氧性元素（亲石元素）9403亲硫性元素（亲铜元素）只有能与硫结合形成高度共价键性质的金属；亲硫元素：Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；易熔于硫化铁熔体。主要集中于硫化物—氧化物过渡圈。3亲硫性元素（亲铜元素）414控制亲氧、亲硫性元素的性质电负性及离子的键性；电价及其离子半径。424控制亲氧、亲硫性元素的性质1142（三）亲铁性元素1亲铁性元素在自然界中以金属状态产出的一种倾向性；2亲铁性元素基本特征：晶体中所有原子共享自由电子，保持电中性。代表性亲铁元素：铂族、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni与氧及硫的亲和力均弱，易熔于熔铁；主要集中于铁镍核。43（三）亲铁性元素1243441344

（四）自然界元素亲和性的特点1.双重性和过渡性：

45（四）自然界元素亲和性的特点1.双重性和过渡性452.不同价态元素亲和性Fe,MnFe2+,Mn2+低价具亲硫性，如FeS2,MnS;Fe3+,Mn4+高价具亲氧性，如Fe2O3,MnO2

举出类似的元素？462.不同价态元素亲和性Fe,MnFe2+,Mn46（二）类质同象地球系统各体系中含量低(<0.1%)的元素常不能形成自己的独立矿物，而是分散在其它元素构成的矿物晶格中。47KCl晶格中K被Rb置换（二）类质同象地球系统各体系中含量低(<0.1%)的元素常不47（1）概念类质同象：某些物质晶体中的部分构造位置随机地被介质中地其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称类质同象。类质同象混入物固溶体481）类质同象和固溶体（1）概念171）类质同象和固溶体48注意与“同质多象”区分（2）完全类质同象与有限类质同象晶体化学性质相近的元素之间可以充分置换，形成任意比例的固溶体，称完全类质同象。晶体化学性质相差较大的离子间的置换受晶格构造的限制，形成有限类质同象。49注意与“同质多象”区分（2）完全类质同象与有限类质同象1849（3）类质同象概念的理解不同于交代作用。性质相似的元素发生替代，说明类质同象是有条件的。起到性质相同的作用，能决定矿物亚种。混入物按概率占据相同的位置。固溶体的晶格常数变化，但变化不大。50（3）类质同象概念的理解1950（4）类质同象置换条件51（4）类质同象置换条件2051

晶体化学条件原子或离子半径相近（离子电价和离子类型相同的离子键化合物）半径差别增大代换能力下降52晶体化学条件半径差别增大代换能力下降2152氧化还原电位还原内生条件:Fe2+(0.83Å),Mn2+(0.91Å)亲密共生氧化表生条件:Fe3+(0.76Å),Mn4+(0.52Å)彼此分离物理化学条件组份浓度—“补偿类质同象”：一种熔体或溶液中如果缺乏某种组份，当从中晶出包含此种组份的矿物时，熔体或溶液中性质与之相似的其他元素就可以类质同象代换的方式加以补充。如磷灰石Ca[F(PO4)3]的结晶53氧化还原电位物理化学条件组份浓度—“补偿类质同象”：53（1）化学键性——首要条件电价相同，半径相似

Cu+(0.96Å)

和Na+(0.98Å)

Hg2+(1.12Å)

和Ca2+(1.06Å)但在硅酸盐造岩矿物中很少有Cu+、Hg2+的存在;在硫化物（Cu、Hg）矿物中也不易发现Na+、Ca2+

为什么？542）控制类质同象置换的晶体化学因素（1）化学键性——首要条件电价相同，半径相似但在硅酸盐造岩54（2）原子（离子）结合时的几何关系离子键化合物——原子和离子半径相似是重要条件。共价键化合物——键长相似是类质同象置换的重要条件。55（3）化合物的电中性原则——电价补偿类质同象置换质点数目不等的置换，如云母中3Mg2+→2Al3+高电价质点和低电价质点配合置换中等电价质点离子成对置换，如钾长石中Pb2++Al3+→K++Si4+正负离子配合置换，如磷灰石中∑Ce3++O2-→Ca2++F-（2）原子（离子）结合时的几何关系24（3）化合物的电中55（4）有利的矿物晶体构造矿物的晶体构造愈复杂、松弛（偏离最紧密堆积愈远），其中发生类质同象的可能性愈大。例：沸石类矿物海绵状晶格中：56（4）有利的矿物晶体构造2556A：完全类质同像区；B：高温时可类质同像区；C：不混熔区KAlSi3O8(4