1.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、化学机制(作用)和化学演化的科学。 2.地球化学研究的基本问题:1)地球系统中元素(同位素)的组成2)元素的共生组合和存在形式 3) 研究元素的迁移和循环4) 地球的历史与演化 3.陨石主要是由镍-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成,按成份分为三类:
1)铁陨石(siderite)主要由金属Ni, Fe(占98%)和少量其他元素组成(Co, S, P, Cu, Cr, C等)。
2)石陨石(aerolite)主要由硅酸盐矿物组成(橄榄石、辉石)。这类陨石可以分为两类,即决定它们是否含有球粒硅酸盐结构,分为球粒陨石和无球粒陨石。 3)铁石陨石(sidrolite)由数量上大体相等的Fe-Ni和硅酸盐矿物组成,是上述两类陨石的过渡类型。
4.九大行星的分类:地球和类地行星,包括地球、水星、金星和火星;巨行星,包括木星和土星;远日星星,包括天王星、海王星和冥王星
5.通常将元素在宇宙体或较大的地球化学系统中的平均含量称为丰度,元素在地壳中的丰度又称为克拉克值。
6.地球化学体系的特征:温度、压力等条件的变化幅度与实验条件相比是相对有限的;是多组分的复杂体系;体系是开放的;自发进行的不可逆过程。
7.元素分布规律:1. H和He是丰度最高的两种元素。这两种元素的原子几乎占了太阳中全部原子数目的98%。太阳系元素递减规律: H>He>O>C>Ne>N>Fe>Si>Mg>S
2. 原子序数较低的范围内,元素丰度随原子序数增大呈指数递减,而在原子序数较大的范围内(Z>45)各元素丰度值很相近。
3. 原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素。具有偶数质子数(A)或偶数中子数(N)的核素丰度总是高于具有奇数A或N的核素。这一规律称为奥多-哈根斯法则,亦即奇偶规律。
4. 质量数为4的倍数(即α粒子质量的倍数)的核素或同位素具有较高丰度。此外,还有人指出原子序数(Z)或中子数(N)为“约数”(2、8、20、50、82和126等)的核素或同位
素丰度最大。例如,4He(Z=2,N=2)、16O(Z=8,N=8)、40Ca(Z=20,N=20)和140Ce(Z=58,N=82)等都具有较高的丰度。
5. Li、Be和B具有很低的丰度,属于强亏损的元素,而O和Fe呈现明显的峰,它们是过剩元素。
太阳系: H>He>O>C>Ne>N>Fe>Si>Mg>S 地球: Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na
地壳:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H
8.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。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。 9.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 。
10. 类质同象置换法则-戈尔德施密特类质同象法则:1)优先法则:两种离子电价相同,半径有别,半径小的离子集中于较早的矿物中,而半径较大的离子(化学键弱)将在晚阶段矿物中富集。 2)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。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”。
11.元素在固相中的存在形式:①独立矿物② 类质同象③ 超显微非结构混入物④ 吸附
⑤与有机质结合
擒拿格斗教学12.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。
元素迁移的标志:(1)通过矿物组合的变化来判断:在岩浆侵入体或热液矿床的围岩中经常可以发现蚀变矿物组合,如当中酸性岩浆岩外围的碳酸岩岩石发生矽卡岩化时,原来的碳酸盐矿物(方解石CaCO3、白云石(Ca,Mg)CO3)被新生成的硅酸盐矿物(石榴子石(Ca,F e)3(Fe,Al)2[SiO4]3、辉石Ca(Mg,Fe)Si2O6等)所替代。(2)通过岩石中元素含量的系统测定和定量计算来判定(等体积计算法、等阴离子计算)当岩石中有元素(原子或离子形式)加入,或岩石中原有的元素迁出,元素在岩石中的相对含量就必然会发生变化。因此通过岩石中元素含量的系统测定和定量计算,可以确定哪些元素发生了迁移(包括迁入和迁出),并可计算出迁移量的大小。
13.水-岩化学作用的基本类型:1.氧化还原反应2 脱水和水解反应3 水合作用4 碳酸盐化或脱碳酸盐化5 阳离子的交换反应
14.活度积原理:溶液中离子的活度即离子的有效浓度(溶液中离子表现出的具反应能力的浓度)。离子的活度(a)相当离子的浓度(c)与离子的活度系数(γ)之乘积.p106.
根据MA在水溶液中的平衡关系,可推导出难溶化合物的活度积与溶度积之间的关系:
aM=γM[M+] aA-=γA[A-]
[M+][A-]= Ksp aMa全国人大法工委A=Kap
Kap称为活度积常数,简称活度积, Ksp为溶度积。故有:
Kap/(γMγA)= Ksp= [M+][A-]
由于难溶化食物的溶解度极小,其浓度与活度相当,故溶度积与活度积均为常数。以Ksp表示.
如25°C时,CaF2的溶解度为1.99×10-4mol,则 CaF2的活度积Ksp = [Ca2+]·[F-]2 =10-10.5 =3.16×10-11。
离子积大于活度积时,发生沉淀;离子积小于活度积时,发生溶解,称活度积原理
15. 在难溶化合物的饱和溶液中,加入与该化合物有相同离子的易溶化合物,此时,原难溶化合物的溶解度将会降低,称为共同离子效应。
可知当溶液中有相同离子的易溶化合物时,难溶化合物的溶解度降低
假定一种物质的加入可以使两种以上的难溶盐从溶液中析出,但如果该物质的加入量还不足以将两种难溶盐都同时析出,则较难溶的化合物先行析出;进一步增大这一物质的加入量,才可能导致较易溶盐类沉淀析出,这就造成分级沉淀作用(P105的例子)。
16.当溶液中存在易溶盐类(强电解质)时,溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响,表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大,称为盐效应。
17.胶体是自然界物质的一种存在形式。胶体的质点大小界于10-3~10-6mm之间,比离子和分子大,但比悬浮体小。胶体总体为球形。
18.pH值对元素迁移的影响:(1)pH值影响氢氧化物是否自溶液中沉淀,导致不同元素的氢氧化物在水介质中的迁移能力不同(2)pH值影响元素的共生或分离(3)影响两性元素的迁移形式4)盐类的水解
19. 张家港突发聚集性疫情在元素迁移途中,如果环境的物理化学条件发生了急剧变化,导致介质中原来稳定迁移的元素其迁移能力下降,元素因形成大量化合物而沉淀,则这些引起元素沉淀的条件或因素就称为地球化学障。
20. 微量元素的定义:自然体系中,含量低于0.1%的元素称为微量元素;
21.岩石的分配系数(总分配系数)
用于研究微量元素在矿物集合体(岩石)及与之平衡的熔体之间的分配关系,常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和表达: 。
n 为含微量元素i的矿物数;wj为第j种矿物的质量百分数;
KiD为第j种矿物对微量元素i的简单分配系数(能斯特分配系数)
22.目前常用两种方法测定微量元素浓度:
直接测定法:直接测定地质体中两平衡共存相得微量元素浓度,再按能斯特分配定律计算出分配系数。
实验测定法:用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质;或者直接采用天然物质(如拉斑玄武岩)作为初始物质,实验使一种矿物和熔体,或者两种矿物间达到平衡,并使微量元素在两相中达到溶解平衡,然后测定元素在两项中的浓度,得出分配系数。
23.不相容元素在溶体中富集:分配系数越小,富集程度越高;部分熔融程度越低,富集程度越高。相容元素在残留体中亏损:分配系数越小,亏损程度越高;相容元素在溶体中的
含量低于源岩:分配系数越大,亏损程度越高
24.稀土元素地球化学性质:1.他们是性质极相似的地球化学元素组,在地质、地球化学作用过程中作为一个整体而活动—集体观念强;2.他们的分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学过程的性质—指示功能强;3.稀土元素除受岩浆熔融作用外,其它地质作用基本上不破坏它的整体组成的稳定性—应变能力强;4.他们在地壳岩石中分布较广—广泛性。
25.表征REE组成的参数:1)稀土元素总量ΣREE。各稀土元素含量之和(ppm)。ΣREE能反应各类岩石的特征:一般超基性岩、基性岩中ΣREE较低,酸性岩、碱性岩较高;碳酸盐岩中ΣREE较低,而沉积岩中砂岩和页岩中较高。据此,可以判断岩石的源岩特征和岩石类型。2)轻重稀土元素比值 LREE/HREE(∑Ce/∑Y) 此参数能较好地反应REE的分异程度和指示部分熔融残体或岩浆早期结晶矿物的特征, ΣCe碱性较ΣY强,岩浆作用的演化,∑Ce/∑Yb比值增大,即ΣCe在岩浆作用晚期富集 3)轻重稀土元素标准化比值 (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N我的老师璐君 此参数能较好地反应REE球粒陨石标准化图解中曲线的总体斜率(N为标准化),从而反应了LREE与HREE的分异程度。另外,(La/Sm)N反应轻稀土元素内部分异程度,(Gd/Lu)N反应重稀土元素内分异程度。如孙贤术等据此将洋中脊玄武岩划
分三种类型: (La/Sm)N>1,P型,即富集型; (La/Sm)N约=1,T型,即过渡型,(La/Sm)N<1,N型,即正常型。
26. 同位素的分类:从核素的稳定性来看,自然界存在两大类同位素:放射性同位素: 其核能自发地衰变为其它核的同位素,称为放射性同位素;
稳定同位素:核是稳定的,到目前为止,还没有发现它们能够衰变成其它核的同位素,称为稳定同位素。
快乐在微笑中漫步然而,核素的稳定性是相对的,它取决于现阶段的实验技术对放射性元素半衰期的检出范围,目前一般认为,凡是原子存在的时间大于1017年的就称稳定同位素,反之则称为放射性同位素 。
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27.稳定同位素分馏:① 物理分馏② 动力分馏③平衡分馏④生物化学反应
28.放射性同位素衰变:1)β——衰变2)电子捕获3) α—衰变4)重核裂变
29.腐殖酸,是腐殖质的主要部分,是腐殖质中能溶于碱溶液的部分。腐殖物质按其在酸、
碱溶液中的溶解度,通常分为三个级分:①胡敏素,即腐殖物质中不溶于碱的部分;而能溶于乙酰溴;②胡敏酸,即腐殖质中溶于碱不溶于酸(遇无机酸能沉淀)的部分;③富啡(里)酸,即腐殖质中既溶于碱又溶于酸的部分。后两者总称腐殖酸。