05第三章元素的结合规律.ppt

第三章 元素的结合规律 第一节 元素的地球化学亲合性 一、元素结合的能量最低法则 在内生地质作用的不同地球化学体系中，阳离子选择性与某种阴离子或络阴离子结合的规律性称之为元素的地球化亲合性．元素间的这种结合规律服从体系总能量最低的法则。 例如交换反应： SnS+ FeO——SnO十FeS 反应式中的左、右两方哪个组合出现取决于能量最低的一方。 第一节元素的地球化学亲合性 上述反应中ΔrG =-13.73KJ/mol，SnO＋FeS组合是稳定的，所以在Sn、Fe、O、S共存的体系中，Sn比Fe有明显的亲氧性，而 Fe显亲硫性。 在不同成因Sn矿床中只有锡石-硫化物组合才能形成超大型，这个组合对自然界Sn来说能量是最低的，演化是最充分的，因此能够达到最大富集。 元素的结合规律服从体系的总吉布斯函数最低法则: 能量最低法则。 第一节 元素的地球化学亲合性 二、元素的亲氧、亲硫性质 氧的克拉克值为46％，硫的克拉克值为0．05％，它们都是阴离子中分布最广的元素．各自形成氧化物、含氧盐及硫化物。 金属阳离子元素的亲氧、亲硫性质长期以来一直为广大地球化学工作者所重视。 基本概念： 元素的亲氧、亲硫性质是指元素形成氧化物或硫化物属性的强弱。 铜是分布较广、亲硫性较强的元素。 第一节 元素的地球化学亲合性 组成岩石的矿物，一部分为氧化物（石英、刚玉、磁铁矿、钛铁矿等），更多的是硅酸盐和碳酸盐矿物（橄榄石、辉石、角闪石，云母、长石、方解石、白云石等）。 氧化物和含氧盐可统称为氧的化合物. 戈尔德施密特将易于形成氧化物和含氧盐矿物的元素称为亲氧元素。 本节重点讨论简单氧化物和简单硫化物的形成规律．以硫、氧、碲元素为例。 第一节　元素的地球化学亲合性 O、S、Te（碲）等元素的基本性质 表2-1氧、硫，碲元素的基本性质 第一节元素的地球化学亲合性 三种元素随原子序数的增加： 1、外层电子的电离势（I）减弱， 2、电子亲合能（E）减弱， 3、电负性变小，阴离子形成离子键化合物的能力 减小，形成共价键化合物的能力增大。 自然界中形成硫化物矿物的元素包括周期表中第四、五和六长周期的后半周期的元素，这些元素具有较大的电负性（1.5—2.l），较低的电价，（+1、+2价为主），较大的离子半径。外层电子结构具有半充满或全充满的d轨道。 第一节元素的地球化学亲合性 这些元素易于形成硫化物的原因可以从体系吉布斯函数最低法则进行讨论。例如， FeS＋Cu2O－－FeO＋Cu2S ΔrG =(ΔfG FeO+ΔfG Cu2S）-（ΔfG FeS+ΔfG Cu2O） =(-245.35—86.25）-（-100.48-148.21） = -82.91 kJ／mol(放出能量) ΔrG＜0 说明铜比铁亲硫性强，而铁较铜亲氧性明显 第一节元素的地球化学亲合性 某一金属元素的氧化物生成吉布斯函数与其硫化物生成自由能差值越大，其亲氧性就越强，反之，表现为亲硫性 。 根据各种化合物的生成自由能（吉布斯函数）可从理论上提供自然界硫化物和氧化物及含氧盐产出的原因。 体系中组分浓度对元素结合会产生一定影响：如地壳中CO2和SiO2的大量存在，Ca往往呈CaCO3和CaSiO3等矿物出现。如下列反应中： CaS+ ZnCO3 一 CaCO3十ZnS ΔrG = -120.998kJ／mol Ca形成CaCO3，Zn形成ZnS 趋势很强． 在缺乏CO32-及SiO2的陨石中Ca可呈CaS形式出现，前者显示了Ca的亲氧性，后者则表现为亲硫性。 二 元素结合的基本规律 1 电价对应结合规律： 在多元素多相体系中 高价阳离子与高价阴离子结合，低价阳离子与低价阴离子结合的体系能量最低 (阳离子与阴离子半径相近时)。 如: 自然界有石英与萤石CaF2的共生，而没有CaO与SiF4的组合。 第一节 元素的地球化学亲合性 2 元素半径对应结合规律（离子半径分析） 在多元素多相体系中，元素半径不同时，存在元素半径对应结合规律，即离子半径大的阳离子与离子半径大的阴离子结合．离子半径小的阳离子与离子半径小的阴离子结合。（可以运用晶格能公式予以证明） 3 键性对应结合规律（元素电负性分析） 电负性较大的阴离子与电负性较小的阳离子结合（易于形成离子键的阴离子和阳离子结合），阴离子中电负性较小的元素易与阳离子中电负性较大