地球化学课件9、10第3章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移三四-谢财富.ppt

1、地球化学，第三章水-岩化学作用和水介质内元素移动，第三，水-岩化学作用的影响因素，与元素本身性质有关的因素：系统内元素本身的丰度元素固相发生形态(化合物类型，溶解度)元素水介质进入后的存在形态(离子，配合物，胶体)环境相关因素水-岩化学作用的影响(a)系统对水-岩作用的影响由化合物本身的性质决定的因素：活性体系中其他化合物或成分的类型或浓度控制因素：共同离子效应，盐效应体系中成分的特殊存在形式：胶体作用、测量单位和基本概念摩尔(mol):摩尔包含正国际单位，1摩尔Mi=溶质I的摩尔数/溶液的体积(升)重量摩尔浓度MI: 1千克溶剂中溶质I的摩尔数稀溶液中体积摩尔浓度与重量摩尔浓度相似。Mi=m

2、i溶液的密度(溶液重量-溶质重量)/溶液重量水溶液的密度接近于1，溶质重量较小。初步知识，化学平衡和平衡常数A B=C D简单反应正向反应驱动力=K1AB反向反应驱动力=K2CD实现平衡：K1AB=K2CD K1/K2=CD/AB=K平衡常数aA bB=cC dD复合反应k=ccdd，三大定律：质量作用定理(K在一定条件下是常数)，物质不灭，电价和中和定律，卢。蔡德莉定律化学反应均衡，添加某种物质，并以抵消这种添加的方向化学反应发展。例如：H2 Cl2=2HCl，添加H2，正向反应发电，H2消耗，温度，压力变化：加热，有利吸热反应(吸收热冷却)，冷却，放热反应增压有助于体积减小的方向反应(收缩

3、体积降)，1。活动Cl、S、Ca、Na、Mg、K和某些Fe、Mn、Si、Al等元素大多以离子状态溶于水。可溶性物质能溶解的杨怡能稳定到什么程度，什么时候能沉淀，与溶解有关的溶度积和溶度积有关，溶度积与活性度积有关。活动度：温度恒定时，不溶性电解质溶液中离子活性度的乘积为常数，牙齿常数为活动度的乘积。溶解性化合物的溶解度很小，因此浓度和活动度相似，溶解性积和活动度积都用常数Ksp表示。例如，CaCO3 (s)=Ca2 (aq) CO32- (aq)的ksp=Ca2 CO32-=4.810-9 ca3(po4)2=3 Ca2(AQ)1.活性度乘积原理，溶液中某物质的离子乘超过或超过该物质的活性度时

4、，牙齿物质析出(沉淀)，小于牙齿值时溶解。牙齿溶解-沉淀关系称为活性乘以原理，活性原理是余彩德力定律的反映，一般KSP(S2-)KSP(PO43-)KSP(CO32-)KSP(SO42-)KSP(CL)在溶液中与上述化合物的离子之一结合，出现可能形成较低活性度的其他离子时，生活度较低的化合物的沉淀和沉淀的现有矿物的溶解，即SrSO43360 KSP 2.810-7等常用的“交替作用”牙齿已经发生的SrSO4沉淀，SO4 2-=10牙齿发生牙齿点CO3 2-=10-10具有碳酸锶SrCO3牙齿的KSP :(2.810-5X Y)(10-2X)=1.610-9天青石SrSO4的KSP 3360 (

5、2.810-5X Y) (10-2Y)在共离子效应溶解化合物的饱和溶液中添加与该化合物具有相同离子的溶解化合物，原来溶解化合物的溶解度降低，称为共离子效应。余彩德立定律和活动度原理示例：溶解CaF2溶液，添加公用离子Ca2(如溶解化合物CaCO3)后，CaF2溶解度两个茄子以上的溶解盐变小，逐渐添加某些物质后，SRSO433602.810-7、CaF等等级沉淀。比较易溶的化合物是纯的，比较易溶的化合物是不纯的。(a)系统配置对水-岩作用的影响，3 .当盐效应溶液中有溶解盐类(强电解质)时，溶液中的盐度含量影响化合物的溶解度，溶液中可溶性电解质浓度增加，其他溶解性化合物的溶解度增大，称为盐效应。

6、与共同离子效应相反。为了了解盐效应的本质，引入了水离子强度和活性系数概念水离子强度I=0.5 (M1Z12M2Z22MNZNZN2)，M和Z分别作为离子的质量摩尔浓度和传记价钱溶液中离子活性(单位体积溶液中有效自由移动离子的摩尔数)a=c作为活动系数。I随着时间，(活动系数)1，I的增大而减少，A一定(活动度也因积而增加)浓度C的增大。也就是说，溶解度增大。离子强度对高价离子活动系数有很大影响，阳离子根据离子强度，活动系数先减少后增加，(1)系统组成对水-岩石作用的影响，4。胶体作用：1)胶体定义：一种物质的小颗粒分布在由另一种物质组成的非均匀分散体系中。小质点称为分散相，分散相周围的物质称为

7、分散介质。胶体粒子一般为球形，有内部结构(4层)，胶体粒子(胶体粒子)与扩散层没有紧密连接，在溶液中经常分离，因此胶体带电荷。注：胶体是多相物质的混合物。分散相和分散介质都是固体、液体或气体。以水为分散介质的胶体称为水溶胶。胶体包括：胶体溶液：分散介质比分散相大得多。例如，水溶胶凝胶化：分散介质比分散相少得多(例如，水胶凝，2)，胶体微粒性质分散相和分散介质的杨怡不固定。粒子很小，曲面(S0=S/V，面积/体积)和曲面能量很高。胶体粒子大小为10-610-9m，大于离子分子(10-10m)，小于机械悬浮(10-4m)。直径1厘米的球在1nm的微粒后，表面积为0.0003m2，总表面积为3000

8、m2(相当于肥皂的1000万倍)的质点表面的电荷不饱和，具有电荷。带正电的叫正胶体，带负电的叫负胶体。胶体具有很强的吸附性。能吸附与电荷相反的其他离子。氢氧化物、碳酸盐胶体是自然界常见的正胶体氧化物、硫化物、单质、腐殖质的胶体，大部分是负胶体(自然界负胶体往往比正胶体多，因此正胶体往往更近，负胶体携带更远)，低溶解度的金属氢氧化物经常以胶体形式移动。在地表水中，Al，Fe，Mn，SiO2主要以胶体形式迁移。，3，水-岩化学作用的影响因素，3)胶体物质具有影响凝聚和沉淀的两种茄子不同电荷的胶体会遇到：电荷，会导致化合和沉积。徐璐聚集下沉.(中和后，粘合剂不相互排斥，因为比表面积大，表面高，所以凝

9、聚)AL2O3。NH202 SIO2。NH20H2 AL 2S I2O8。H20氧化铝溶胶(-)氧化硅溶胶(-)高岭石凝胶电解质的作用：随着胶体电解质浓度的增加，扩散层的半离子被挤压到了密层，胶体电荷降低，可能发生凝聚沉淀。三角洲常见的大量黏土和氧化铁胶体的凝聚沉积是河水中胶体遇到电解质含量高的海水的结果，胶体溶液浓度提高3360可以促进胶体冷凝(如蒸发)牙齿。溶液的酸度：对胶体的处理和沉积也有很大影响。徐璐不同胶体在徐璐不同pH值条件下凝聚(例如高岭石在弱酸性，蒙脱土在碱性下凝聚)。两性胶体：在酸的作用下产生碱性，胶体产生正电(Al(OH)2等正电离子)，在碱的作用下产生酸性(负同态带电离子

10、AlO2-生成)Al(OH)3h=Al(OH)2 h22(一方面加强布朗运动，增加粒子冲突的机会；一方面降低离子水合度。) (因此胶体输送在低温水流体中占有重要的位置。)辐射调查、毛细管作用、振动、大气放电等其他可能导致胶体的聚集。3、水-岩化学作用的影响因素，4)胶体对离子的吸附方法胶体优先吸附结晶离子(构成胶体晶体的离子)。Fe3和OH-，Al3，F-，Cl-，SO42-，Fe(OH)3优先吸附Fe3离子传记价钱(书P107反向五行错误)牙齿越高，吸附越容易。因为与充电的固体表面的静电重力很强。例如Fe 3 Fe 2:Al 3 Ca 2；Ca 2 Na共价离子，离子半径大或水合离子半径小，

11、容易吸附。例如Cs Rb K Na Li Ba 2 Ca 2 Mg 2(注：这不同于离子间吸力)，3，水-岩化学作用的影响因素，5)胶体吸附作用对元素分化的影响是低溶解度的元素al、Fe等。页岩中金属矿山元素的初步富集：页岩是粒度最小的碎屑岩，在沉积处理中具有较强的金属离子吸附能力。例如，黑色页岩初步丰富了Cu、Pb、Zn、Au、Ag等矿山元素等，成为重要的光源层。元素表生条件下的地球化学分异：大陆地壳中岩石的风化作用可以形成细屑和粘土矿物，是K、Rb、bin NA的重要原因，其吸附力较大。3，水-岩化学作用的影响因素，(2)系统物理化学环境对水-岩作用的影响水溶液pH值，Eh值影响温度，压力

12、影响，1.pH对元素迁移的影响，水体pH值变化的原因溶解酸性物质，如CO2，H2S，ssp碱性物质K2O、Na2O、CaO、MgO等溶解，提高系统pH。徐璐不同来源水的混合中和作用，溶液pH值控制元素迁移和分化。水溶液中铁电元素(如高溶解度的盐类NaCl等)的溶解一般不受pH的影响，pH主要影响药典元素的溶解，溶液pH值降低，碱性元素化合物溶解度提高。氢氧化物、碱金属、碱土金属氧化物CaO等。CaO H2O=Ca2 2OH-(pH降，H增加，可消耗OH-)溶液pH值提高，酸性元素化合物溶解度提高。SiO2 2H2O=H4SiO4=H H3SiO4-大多数金属元素，例如SiO2 2H2O=H4S

13、iO4=H H3SiO4PH值影响benign元素之前的格式。酸性时简单的离子或氢氧化物移动。转碱性酸性根复合体。Al、Be、V、Zr等，为什么强碱弱酸盐(CaCO3)牙齿pH升高时溶解度会减少？CaCO3 2H2O=Ca(OH)2 H2CO3，Ca(OH)2和H2CO3是强碱，后者是弱酸，水溶液是碱性，即OH-过剩。因此，pH升高，OH-反应向相反方向增加(溶解减少)的另一种解释：溶解反应最终是CaCO3=Ca2 CO32- (pH值高时CO32-浓度高时(右)，由于相应Ca2的浓度低，所以溶解度降低。)pH值对氢氧化物溶解和沉淀的影响，pH值为-1/nMn相关，金属离子浓度Mn牙齿如果已知，则获取可能发生沉淀的最小PH值。已知pH值是发生沉淀的最小金属离子浓度，常数，此外，不受PH值控制的矿物悬浮(类似于胶体或相等)的沉淀也受pH值控制，相同离子的存在形式(沉淀、溶解、配合物等)与Fe2(见后图)、类似或胶体相同，(2 (1)环境下氧化还原前卫Eh