地球化学复习资料详解

地球化学复习资料 第一章 绪论

一、地球化学的定义

地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学（涂光炽）。

地球化学是研究地球的化学成分及元素在其中分布、分配、集中、分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。 二、地球化学研究的基本问题

第一： 元素（同位素）在地球及各子系统中的组成（量） 第二： 元素的共生组合和存在形式（质） 第三： 研究元素的迁移（动） 第四： 研究元素（同位素）的行为 第五： 元素的地球化学演化

第二章 自然体系中元素的共生结合规律

一、元素地球化学亲和性的定义

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为元素的地球化学亲和性。 二、亲氧元素、亲硫元素与亲铁元素的特点 亲氧（亲石）元素 离子阳离子最外层8结构 个电子的惰性气体结构 电负较小 性 化学离子键 键 氧化大于氧化铁FeO 物的生成热 集中主要分布于岩石

亲硫（亲铜）元亲铁元素 素 离子最外层18个离子最外层具有8-18个电子的过渡结构 电子（s2 P6d10）结构 较大 电离能高，不易与其他元素结合 共价键 小于氧化铁 金属键 氧化物、硫化物的生成热小于亲氧、亲硫元素 地球硫化物-氧化地球的铁-镍核 1

分布圈 情况 容积下降部分 曲线 物过渡圈 上升部分 最低部位 地球的组分分异，由元素的性质决定。元素在周期表中的位置：

亲铁元素: 地核

亲石元素: 地幔与地壳 亲气元素: 大气圈和水圈 三、其它的概念

离子电位（π）：是离子电价（W）与离子半径（R）的比值，即π=W/R

电离能：指从原子电子层中移去电子所需要的能量。电离能愈大，则电子与原子核之间结合得愈牢固。 电子亲和能：原子得到电子所放出的能量（E)叫电子亲和能。E越大，表示越容易得到电子成为负离子。

电负性：中性原子得失电子的难易程度。或者说原子在分子中吸引价电子的能力叫电负性。表示为：X=I+E (X：电负性；I：电离能；E：电子亲和能)周期表上，以Li的电负性为1.0，得出其它元素相对电负性。

化学键：离子键（电子交换）,共价键（电子共用），金属键（价电子自由移动），范德华键（分子间或惰性原子间，存在弱的偶极或瞬时偶极），氢键（也属分子间静电力，含H的分子与其它极性分子或负离子间) 四、元素的地球化学化学分类（戈式分类） 亲氧（亲石）、亲硫（亲铜）、亲铁、亲气

根据地球中阴离子中氧丰度最高，其次是硫（主要形成氧的化合物和硫化物）；而能以自然金属形式存在的丰度最高的元素是铁，因此，元素的地球化学亲和性主要分为以下三类：

①亲氧性（亲石）元素；②亲硫性（亲铜）元素；③亲铁元素。

亲氧元素：能与氧以离子键形式结合的金属（半金属）元素称为亲氧元素。 亲硫元素：能与硫结合形成高度共价键的金属（半金属）元素称为亲硫元素。

亲铁元素：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。

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）。 亲铁元素特点：

原子（注意不是指离子）具有d亚层充满或接近充满，接近18-18+2的外电子层结构（惰性金属型构型），电负性中等，第一电离能较高（原子中电子不易被剥夺，也难以夺取外来电子），常形成金属键晶体（单质或金属互化物）；其氧化物和硫化物的生成热都较小；位于原子容积曲线的最低部分；主要集中于铁-镍核 ，地壳较少 ；亲铁元素具有多亲合性，也可亲氧、亲硫，Fe是典型代表。

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五、类质同象的定义

类质同象：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称为“类质同象”。 固熔体：进入晶体中的微量物质称为“类质同象混入物”；含有类质同象混入物的晶体被称为“固熔体”。 2.戈氏法则---适用于岩浆结晶过程的离子键化合物

①优先法则：两种元素电价相同，半径较小者优先进入矿物晶格。

②捕获允许法则：两种离子半径相似而电价不同时，较高价的离子优先进入矿物晶格。

③隐蔽法则：两个离子具有相近的半径和相同的电荷，则它们因丰度的比例来决定自身的行为，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”。 六、Goldschimdt 定律

定律一：两个离子，如果他们具有相同的电价和离子半径，则易于交换，并以与他们在整个体系中相同的比例进入固熔体。 定律二：两个离子，如果他们具有相同的电价，和相似的离子半径，则较小的离子倾向于进入固体相。

定律三：两个离子，如果他们具有相似的离子半径，但是电价不同，那么，电价高的离子倾向于进入固体相。 七、自然界元素结合的基本规律三大规律

（1）元素的地球化学亲合性（如何分类聚集） （2）类质同像（同类元素在同一矿物占位的关系） （3）晶体场理论对过渡族元素行为的控制(特殊元素）

第三章 自然体系中元素的地球化学迁移

一、元素地球化学迁移的定义

当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时，称元素发生了地球化学迁移。 二、元素地球化学迁移能力的影响因素

1.内因（1）迁移前元素的存在形式（2）晶体化学键类型（3）元素的地球化学性质（半径、电价、电负性、离子电位等）。

离子电位的实质：阳离子与H+对氧(O2-)的争夺能力的不同。π = W / R （W：离子电价，R：离子半径） 根据离子电位的大小，分以下三种情况：

第一种情况：电价低半径大的离子，其离子电位小 (π＜2.5)。 第二种情况：电价高半径小的离子，其离子电位大(π＞8)

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：

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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.外因（1）体系中组分的浓度（2）温度、压力：温度升，有利吸热反应。升温有的溶解度增大 （如石英、重晶石），有的则降低（如石膏） 压力增，有利反应向体积减小方向进行。

有挥发分作为络合剂时，压力升，溶解度增大（3）环境中PH值、氧化还原电位 Eh值的变化。 三、元素的迁移方式

机制：(1)化学迁移（2）生物迁移（3）机械迁移

物质状态：(1)固态物质迁移；(2)水溶液形式迁移；(3)胶体形式迁移； (4) 岩浆形式迁移； 三、水-岩作用的基本类型 1.氧化还原反应

2.水解和脱水反应 ：水解反应的实质是水电离的H+或OH-进入矿物晶格，分别取代其中的阳离子或阴离子。 3.水合作用 ：水合作用的实质是水分子整体进入矿物晶格，使矿物的体积增大。 4.碳酸盐化或脱碳酸盐化 5.阳离子交换反应

水-岩化学作用： 地壳表层与水圈直接接触，于两者之间发生的化学作用可统称为水-岩化学作用。 四、岩浆产生的三种条件

1.温度的增加 ；2.压力的降低 ；3.体系由无水转变为含水条件

第四章 放射性同位素地球化学

一、基本概念（核素、同位素、同位素丰度）

核素：具有特定核结构的原子称为核素(nuclide)，即核电荷数与中子数的结合。 同位素：原子核内质子数Z 相同而中子数N 不同的一类核素称为同位素。

同位素丰度：(1)绝对丰度：某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额。

(2)相对丰度(原子丰度）：同一元素各同位素的相对含量（以原子百分数计）。 二、同位素定年的基本原理 设衰变产物的子体原子数为D* D*?N0?N?N(e?t?1)

三、母体、子体的概念（銣-锶、钐-钕、铀-铅） 母体：衰变过程中初始放射性同位素。

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