中国科学院大学地球化学课程参考资料.doc

.中国科学院地球化学研究所元素地球化学重点总结：郭敬辉+孙卫东+2012中科大地化试卷第一部分（郭敬辉）1. （燕飞，许志东）如何理解地球化学与化学的关系？答：地球化学就是地球的化学，它是研究地球（广义的也包括部分天体）的化学组成、化学作用及化学演化的学科。它是地学和化学的边缘学科。地球化学着重研究化学元素和其同位素在地球演化历史过程中的分布、迁移的规律，并运用这些规律来解决有关的理论和实际问题。二者研究任务不同：化学主要研究物质的组成、结构和转化等的规律，而地球化学则着重研究地球(包括部分天体)系统内的元素迁移、富集和转化等的规律。工具相似：地球化学以化学学科知识和地学学科知识作为主要的研究工具，在某种程度上，化学和地球化学使用相似的研究手段和方法。地球化学具有化学学科的属性，但并不属于化学学科的范畴。地球化学的定义是：地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学，它是地质学与化学、物理学相结合而产生和发展起来的边缘学科地球化学研究的三大任务是研究地球及部分天体的化学组成，化学作用，化学演化。所以从学科生存和发展发展角度来看，必须要在化学组成，化学作用，化学组成的方面来建立地球化学学科的原理。化学学科是地球化学建立的的。2. （王开元）按照宇宙大爆炸假说，试述宇宙的元素和物质的形成历史。答：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。宇宙最开始，没有物质只有能量，大爆炸后物质由能量转换而来。在大爆炸发生的几分钟后，宇宙的温度降低到大约十亿开尔文的量级，密度降低到大约空气密度的水平。少数质子和所有中子结合，组成氘和氦的原子核。而大多数质子没有与中子结合，形成了氢的原子核，从此宇宙进入了核合成时代。在大约37.9万年之后，电子和原子核结合成为原子。宇宙进入复合时代，。大爆炸后4亿-5亿年，温度100开。物质粒子开始凝聚，引力逐渐增大，第一批恒星星系形成。随着第一批恒星的形成，原子在恒星的内部发生了核聚变反应，进而出现了氦，碳、氧、镁，铁等元素原子核。元素周期表上所有元素(除人造元素)，都是在恒星大炼炉里形成的。宇宙大爆炸假说是我们研究地球化学的起点。3（王开元）试述：从位于中心的太阳向外，经过类地行星，到类木行星，主要元素组成的变化规律。可以将H/He、亲铁元素、亲石元素、其他特殊元素分别论述。太阳辐射控制了整个星云盘的温度分布，太阳星云中元素的分馏与凝聚，导致了各行星整体化学组成的差异。太阳星云中元素的分馏呈现出以下特征：随着与太阳距离的增加，（1） Fe、Co、Ni 等亲铁的组成行星核的元素逐渐减少；（2）早期凝聚的难熔元素，如REE、Ti、V、Th、U、Zr、Hf、Nb、Ta、W、Mo、Re、Pt 等逐渐增多；（3）亲石元素逐渐减少；（4）亲铜和碱金属元素，在11.5AU 范围内有增多的趋势，随后随距离增大丰度减小；（5）H、He 等挥发元素与亲气元素逐渐增多3. （王开元，谢鹏）除了H、He等几个轻元素之外，光谱显示的太阳组成与实测(+计算)获得的地球组成极为一致，试析其含义。因为原始太阳星云是由气体和尘粒组成，星际尘粒在围绕“原太阳”旋转过程中相互碰撞、拼合形成星子，最后形成地球。太阳光谱显示的除H、He 等几个轻元素外，其他元素组成与地球极为一致，反映地球是由组成太阳的同样物质所形成。H、He 等轻元素不一致是因为太阳辐射控制了整个星云盘的温度分布，靠近太阳的部分，H、He 等挥发性物质蒸发，被太阳光压和太阳抛射出的物质驱逐出太阳系。4. （王开元，谢鹏，吴燕飞，赵晶晶）太阳系的元素丰度，为什么存在奇偶效应。谢：质子有核自旋。有奇数个质子的核必有质子没有配对，它有俘获另一质子而配对抵消自旋的趋势。配对后的核，也就是原子序数为偶数的核稳定性提高，丰度也会较大。因此，质子数为偶数的核的丰度比相邻的奇数核大。吴+赵：宇宙中轻元素的含量（丰度）比重元素的丰度高，偶数元素的丰度比奇数元素的丰度高，受元素结构影响。因为重元素是轻元素聚合而来，奇数元素是由偶数元素裂变而来。偶数原子的原子核内，核子倾向于于成对，根据量子力学的计算，此时原子核能降低，核稳定性增大，因而这种元素在自然界中的分布较广。在宇宙中，氢元素的出现，引发了核聚变，创造了恒星、超新星和第二代恒星。在这一系列的宇宙演化中，通过氢和氦的聚变生成了大多原子序数为偶数的核子；偶数核子裂变，又生成了大多原子序数为奇数的核子。由于重元素是轻元素聚合而来，奇数元素是由偶数元素裂变而来，因此，毫不奇怪，在宇宙中轻元素的含量（丰度）比晚重元素的丰度高，偶数元素的丰度比奇数元素的丰度。太阳系元素丰度具有显著的特点之一为：原子序数为偶数的元素其丰度值大大高于原子序数为奇数的相邻元素。通过宇宙中元素总体分布规律分析，人们逐渐认识到宇宙中元素的丰度的分布与元素的化学性质无关，主要受到原子核的结构控制。原子核由质子和中子组成，其间既有核力（结合力）又有库伦斥力，当中子数和质子数比例适当时，例如O、Mg、Si、Ca 的原子核中具有中子/质子=1，核最稳定，因此这些元素具有较大的元素丰度。随着原子序数的增加，核内中子数的增加速度往往大于质子数，原子核趋于不稳定，故而元素和同位素的丰度降低。偶数元素的原子核内，核子倾向成对，根据量子力学计算，此时原子核能降低，核稳定性增大，因而这种元素在自然界中的分布较广。奇数元素则核稳定性不如偶数元素，所以出现奇偶效应。此外元素的恒星合成过程也决定了元素的丰度大小。例如Li、Be、B 作为氢燃烧的一部分而转换成He，造成了宇宙中这部分的元素的亏损。又如O 和Fe 的丰度异常高是因为这两种元素是氦燃烧的稳定产物。（陈骏，地球化学）注：12Mg 破坏了偶数规则，与其自身元素化学性质有关，是地球化学演化的结果。（与前面有所例外）5. （李金翔，赵晶晶）比较原始为什么选择陨石（通常选择球粒陨石）作为地球物质演化（元素和同位素）的起点？答：（1）球粒陨石的化学组成确定太阳系中非挥发性元素的组成和含量。球粒陨石主要由硅酸盐矿物组成，含有细小的圆形球粒，称作陨石球粒。这些球粒是在非平衡条件下，从热的、低密度和部分电离的气体中直接凝聚出来的（Blander et al.,1969），且只有太空才能满足这样的条件。因此，球粒陨石可能代表着太阳系中各个行星（地球等）的原始母质，从而成为探索太阳系中重元素或非挥发性元素的宝贵样品。对陨石的化学组成研究表明，地球上已知的化学元素在陨石中均有发现。尽管陨石和地球在体积上相差悬殊，但在物质上具有宇宙天体的共性，充分说明陨石与地球物质来源的同源性。 （2） 球粒陨石中化学元素的组成和太阳大气相比存在明显差别，以丰富的非挥发性元素组合为特征。由于球粒陨石元素丰度值是用化学分析方法获得，因而通常认为球粒陨石的元素丰度比太阳光谱数据更为可靠。现代陨石根据成因分类分为：未分异型和分异型。绝大部分陨石形成于太阳星云的冷凝吸积过程，没有经历后期的熔融分异作用，因此称为未分异型陨石。这些陨石普遍含有一种球粒硅酸盐集合体，故通常称为球粒陨石。与之对应经历分异的陨石为分异型，其根据硅酸盐和金属相的含量划分为无球粒陨石，石-铁陨石与铁陨石三大类。用球粒陨石成分作为地球的初始成分（地球物质演化的起点）是一种假设，因为球粒陨石没有经过分异，是最原始的物质，而且在太阳系刚形成的时候就形成了，有实验显示I 型碳质球粒陨石的非挥发性元素的丰度与太阳光谱给出的元素丰度相一致，因此I 型碳质球粒陨石被认为是太阳系的最原始物质，没有参与较大星体的凝聚分异过程，可以代表地球初始成分。并且目前也找不到比球粒陨石更好的物质去代表太阳系最初的成分，分异型的陨石都不能反映地球的初始成分。按照行星形成理论，所有后来的物质都是由最原始的物质不断碰撞拼贴增生形成的，只是后来经过了核幔壳的分异，其平均成分和球粒陨石的一样。所以选择球粒陨石作为地球物质演化的起点。 6. （李金翔）试述大洋中脊玄武岩（MORB）在地球圈层分异中的意义。答：MORB作为洋壳的主要组成部分，以亏损的K2O、LREE等不相容元素及低的Rb/Sr和87Sr/86Sr初始值为特征，指示了其亏损地幔源区特征。该源区位于地幔的最上部，代表了大陆地壳从地幔分异后的残留物，而MORB正是残留物分熔产生，通过研究MORB的地球化学特征，便于我们研究上部地幔源区特征，更好的反映地球其他圈层（如上下地壳、上下地幔、内外核）特征。比如，根据前人对上部大陆地壳与下部大陆地壳化学成分的对比，指出挥发性元素及强不相容元素富集是上部大陆地壳的特征；超镁铁质上地幔部分熔融形成以英云闪长岩成分为主的原始大陆地壳，英云闪长岩进一步分异形成上、下地壳等等信息。 MORB 普遍认为是DMM（depleted MORB mantle）地幔端员的部分熔融产物，该地幔端员主要位于上地幔软流圈。同时MORB 也是洋壳的主要组成。所以大洋中脊玄武岩MORB 的形成代表着大洋地壳与大洋岩石圈地幔分异，同时MORB 源区DMM 端员代表着地球早期壳幔分异之后的亏损的残留体，即亏损地幔的组成可以通过MORB 来反演，所以MORB 能反演地球早期圈层分异（壳幔分异）的成分变化以及随后地壳演化分异。(星爷版）：MORB 指形成于大洋中脊环境的玄武岩，一般是在较低压力和高温的条件下经高度部分熔融形成，具有轻稀土亏损。MORB 属于低钾拉斑玄武岩系列，由10-30%部分熔融形成，部分熔融形成地壳后残余的地幔部分就成了现今的亏损地幔。所以说MORB 的形成是造成壳幔分异的主要形式，地幔中Cr、Ni 等相容元素越来越富集，不相容元素越来越亏损，而地壳中Al、Si 等相对不相容元素越来越富集。在原始地幔中MgO 34.9735.1%，洋壳中为7.7%。MORB 的产生是地壳增生的最主要的方式，其次为地幔柱。地壳中大部分是洋壳，而洋壳中最主要的组成物质是玄武岩。洋中脊每年有20 多次的火山喷发，新生成2.5km2，1-2km厚，即4km3 的新洋壳，岩浆涌出量1.5 百亿吨/年。MORB 的俯冲也是大陆地壳增生的主要方式，一方面使大陆地壳发生横向增生，另一方面也可使大陆地壳发生垂向增生。俯冲下去的洋壳如果未发生熔融也可再次参加地幔中物的循环。俯冲环境在一定条件下可以使MORB 发生熔融产生新的更偏酸性的岩浆，使得地壳向闪长质成分演化，这对于地球圈层的分异具有重要的作用。从地幔超铁镁质成分演化成洋壳的基性成分，再到大陆地壳的中性成分。MORB 的形成和演化起了重要的作用。又因为对太古代TTG 岩石的最新研究，可能是由于俯冲洋壳熔融形成，那么MORB 对古老地球的 圈层分异、原始陆壳的形成也起了重要的作用。补充地球的圈层结构： 7. （李金翔）地幔和平均大洋地壳的主要组分，找出其中最突出的差别，至少举出三项。答：原始地幔是指地球增生以及核幔分离后，但还没有分离出地壳时的地幔。洋壳相对于原始地幔，主元素变化：（1）SiO2 没有变化，（2）K2O，Na2O 升高（3）CaO 升高，（4）Al2O3 升高，（5）FeO 升高，（6）MgO 降低（一）大洋地壳大洋地壳的研究是通过海洋钻探、海底取样及地球物理等方法对大洋玄武岩、海洋沉积物来进行研究的。洋壳总成分相当于苦橄质玄武岩，它由玄武岩、辉长岩加上不厚的（12km）的海洋沉积物构成，具三层结构特征。 1.枕状玄武质熔岩，远离洋脊被深海沉积物覆盖。2.由席状岩墙杂岩组成。3.包括辉长岩和超镁铁质岩堆积岩带。堆积岩依托在上地幔橄榄岩之上。莫霍面是洋壳与地幔的地震和岩石学界限。洋中脊玄武岩（MORB）是洋壳的主要组成部分，来自亏损地幔地球化学源区。以亏损的K2O、LREE 等不相容元素及低的n(Rb)/n(Sr)值和低的 87Sr/86Sr 初始值为特征。此外，构成洋壳的还有洋岛玄武岩（OIB），它分布于大洋板块内部的洋岛或洋底台地中。洋岛玄武岩来自富集地幔的地球化学源区，其岩性为一套富轻稀土及不相容元素，碱度较高的碱性玄武岩与拉斑玄武岩组合。（一） 原始地幔Anderson（ 1983）利用球粒陨石中难熔亲石元素比值作为制约条件计算出原始地幔相当于以下5种岩石的混合物：超镁铁质岩（32.6%），平均地壳岩石（0.56%），洋中脊玄武岩（6.7），金伯利岩（0.11%），斜方辉石岩（59.8）。其方法多基于和 C型碳质球粒陨石中难熔亲石元素比值的比较；或者根据地幔包体或地球物理资料确定原始地幔中某一元素含量（如TiO2、 FeO），再根据其他元素与难熔亲石元素的比值，算出其他元素的含量。8. （柳凯祥，赵晶晶）大陆地壳划分为上、下地壳的依据是什么？指出大陆上、下地壳主元素组成的主要差别。答：原始地壳部分熔融产生花岗岩浆，上侵形成上地壳，而残余体形成下地壳，从而造成大陆地壳内部的分异作用。他们假设下地壳占整个大陆地壳厚度的75，上地壳占25。上地壳较硅和铝的氧化物含量很高，铁，镁，钙，钠，钾较富集，以氧化物的形式存在下地壳硅和铝的氧化物含量很高，铁，钙，镁较富集，钾，锰，钠较上地壳含量低上地壳 PbSr很高下地壳UPb很低挥发性元素及强不相容元素富集是上部大陆地壳的特征，而3d过渡族元素特别富集在下部大陆地壳。元素的分异与地壳的形成与演化密切相关。 超镁铁质上地幔部分熔融形成以英云闪长岩成分为主的原始大陆地壳，英云闪长岩进一步分异形成上、下地壳。 随着壳间分异演化进展，不相容元素Cs、K、Rb、Ba的丰度明显增加；产热元素（Th、U、K）及相关元素蜕变产物Pb明显增加，高场强元素Zr、Hf增加。Nb及相容程度高的元素Ti亏损。 上、中、下地壳稀土元素球粒陨石标准化图显示，上、（中）地壳较下地壳明显富集LREE为特征；Eu上地壳具负异常，下地壳为正异常，（中）地壳基本无异常。以上特征表明原始大陆地壳经历了分异作用，使得上、（中）、下地壳元素丰度产生明显的差异。 根据大陆地壳中存在地震波速的不连续面，以康拉德面（15km 深度）为界，大陆地壳可以明确的划分为上陆壳和下陆壳两大层。上陆壳为花岗闪长岩质，富集大离子亲石元素、生热元素、亲稀土元素及其它不相容元素，具有高的Rb/Sr 和87Sr/86Sr 比值，下陆壳的典型成分为基性麻粒岩，亏损上述元素，特别是生热元素，Rb/Sr 和87Sr/86Sr 比值较低。从上地壳到下地壳，（1）SiO2 降低，（2）K2O，Na2O 降低，（3）TiO2 升高，（4）Al2O3 升高，（5）FeO 升高，（6）CaO 升高，（7）MgO 升高。9. （柳凯祥）如何理解元素地球化学分类的必要性？如何理解元素地球化学分类的相对性？针对戈尔德施密特分类和Railsback分类，比较二者分类依据和分类方案结果的异同。答：分类法是科学研究的一种基本研究思路，虽然就元素本身的结构及其一般的化学性质而言，周期表是最完善的分类。但是元素种类较多，对于在地质作用过程中的种种表现行为，如迁移、分散、聚集、组合、共生、分布、分配等等，必然又具有特殊性，因此有必要进行元素地球化学分类。每一种元素分类都具有相对性，每一种分类对元素性质的分类都是相对的，并不绝对。分类能够反映了化学元素在自然界的分布规律及其相互间的共生组合特征与其原子结构的密切关系。在地球科学历史中，不同的人提出了不同的分类方法，因分类的角度和依据不同，元素地球化学分类又具有相对性。戈尔德斯密特和Railback分类的依据和结果均不同。戈尔德斯密特：考虑宏观的圈层分异尺度，根据原子结构对不同元素的化学亲和力和在地球各圈层中分布的特征进行分类，主要依据有：外层电子结构：将原子分为惰性气体、惰性气体型离子（外层电子数为8或者2）、铜型离子（最外层电子数为18）和过渡性离子（最外层电子数在8-18之间）；元素在原子容积曲线上的位置：根据部位的不同分为极大、极小、曲线上升部分和曲线下降部分等四个位置；元素的磁性：分为顺磁性、逆磁性和铁磁性；对不同元素的化学亲和力。Railsback分类的主要依据：按照离子电荷/电价排列（依据离子常见价态）、按照离子类型分区分组（区分硬离子软离子）。戈尔德斯密特将元素分为亲气元素、亲石元素、亲铁元素、亲铜元素和亲生物元素五类。Railsback的分类更加观察细微，并且将元素价态的变化对地球化学性质的影响考虑进去，并把离子电势作为重要的指标，对离子类型进行分类。从左到右划分为五个区，分别为：稀有气体、硬离子/B型离子（外层电子没有残留）、软离子/A型离子（外层电子仍有残留）、单质/元素（不带电）、阴离子。相同点：、地球化学分类的基础是原子结构对不同元素的亲合力和它们在地球各圈层中的分布特征。戈尔德施密特分类和Railsback 分类的依据不同，对元素划分出不同的分组。但都根据元素地球个圈层的特性和行为，目的都是为了更好的描述化学性质、行为相近的一组元素在地质作用过程中的变化。二者之间有共同的分组如稀有气体，Railsback 的分类提出了新的类容，如软硬离子的划分，添加了离子电势等值线等，这些能更直观的表现出元素的性质差异，也能解释一些以前难以解释的问题。10. （柳凯祥）如何理解区分离子类型的必要性？通常依据原子和离子的哪些特征区分离子类型？答：，离子类型是主要的元素地球化学参数之一，自然界的化学反应是以离子作用为主，离子的外电子层、电子的数量和状态，对于正负离子的结合会产生很大的影响。根据外层电子的构型来分类，并且体现实际应用，例如离子替代是否可以发生。根据离子外层电子数可分为惰性气体型离子（外层电子数为8或2）、铜型离子（最外层电子数为18）和过度型离子（最外层电子数在8-18之间）；根据原子得失电子的情况可分为阳离子（失电子）、阴离子（得电子）；根据离子最外层电子是否残留可分为硬离子（无残留）和软离子（有残留）。I.地球表层的物质状态大多数并非以元素形式，而是带电离子的形式，并且不同类型的离子具有不同的赋存形式，有的呈简单阳离子，有的呈络阴离子。同时不同类型的离子的地球化学亲合性也不一样，有的亲氧，有的亲硫等。所以区分离子类型对理解元素的地球化学行为是很有必要性的。II.通常依据离子的电势，离子的地球化学亲合性、离子外层电子构型（硬离子/软离子）等特征来区分离子类型。11. （郑石基，赵晶晶）如何定义离子半径？实际（有效）离子半径受到哪些因素的影响？离子半径：最外层电子密度最大处的半径。答：有效半径（effective radius）：取决于离子所带电荷、电子分布和晶体结构型式，还取决于相邻离子的类型（化学键类型）和数量。离子半径的定义：离子半径应该是指离子电子云的分布范围，准确的说离子的半径是很难确定的，我们通常使用的离子半径并不是指离子电子云的范围。离子半径是指离子晶体的接触半径，即晶体中正负离子间存在的静电吸引力和核外的电子与电子之间以及原子核之间的排斥力，达到平衡时的阴阳离子中心之间的距离，作为阴阳离子半径之和，更确切的说离子半径是离子的作用范围。有效离子半径：近年来，桑诺等归纳整理了实验测定的上千种氧化物和氟化物的两种原子之间的核间距，并假定正负离子半径等于离子间的距离，并考虑到配位数，几何构型，和电子自旋情况等队离子半径的影响。经过多次修正，提出了一套较完整的离子半径数据，称之为有效离子半径。离子的半径与配位数之间存在非常密切的关系，因此，提出了有效离子半径的概念，即与离子在结构中的位置有关，或直接与配位数有关的离子半径。目前，化学家在进行晶体化学研究时都采用有效离子半径。 12. （郑石基）为什么Fe3+的离子半径比Fe2+的离子半径小？能否得出下列普遍规律：对于多价态元素来说，电荷高的离了半径小于电荷低的离子半径？如果是，那么为什么？答：铁原子的电子构型为：1s22s22p63s23p63d64s2，Fe2+由Fe原子丢失4s两个电子，Fe3+除丢失4s电子，还丢失3d中一个电子，原子核对外层电子的吸引能力更强，导致Fe3+的半径比Fe2+的半径要小。是，外层失电子越多，原子核对外层电子的吸引越强，导致离子半径变小。对于多价态元素来说，电荷高的离子半径小于电荷低的离子半径并不是普遍成立的，因为有效的离子半径还与离子所在晶格中的配位数、成键类型等因素有关。相同元素不同价态的阳离子，其配位数越高，有效离子半径越大，比如6 配位的Fe3+ 离子半径就比4 配位的Fe2+离子半径要大。另外离子的极化也会导致离子半径减小。13. （郑石基）Zn2+与Mg2+的离子半径相近，但在天然矿物中，前者经常呈四面体配位，而后者则主要为八面体配位。为什么?答：由于电负性的差异，Zn是亲硫元素，在天然矿物中与S结合，进入硫化物，不和氧结合形成矿物，而Mg是亲石元素，在天然矿物中与O结合。根据确定配位数的原则，Zn2+/S2-0.41，因而呈四面体结构，Mg2+ /O2-=0.51，因此呈八面体。金属离子倾向于占据八面体配位位置，还是四面体配位位置，取决于进入哪个位置造成的能量下降幅度大。金属离子的八面体晶体场稳定能（CSFE）高于四面体CSFE 的情况下，倾向于选择八面体的位置。八面体择位能：为了衡量金属离子倾向于选择八面体位置的程度，取金属离子八面体晶体场稳定能和四面体晶体场稳定能的差，称为八面体择位能。比较八面体择位能的大小：Zn2+ 的四面体晶体场稳定能和八面体晶体场稳定能均为0，八面体择位能也为0，所以一般进入四面体配位。对于Mg2+ 而Mg2+具有更大的八面体择位能，根据最稳定法则，Mg2+将进入八面体配位。同时Zn2+的电负性较高，相对于Mg2+来说是很难进入早期结晶的硅酸盐中。14. （丁寒维）仔细观察下列矿物的组成，锆石ZrSiO4、斜锆石ZrO2、独居石CePO4、石盐NaCl、萤石CaF2、黄铜矿CuFeS2、磷灰石Ca5PO43(F,Cl,OH)、雄黄As2S3、莫桑石SiC、铱锇矿IrOs、钯铂矿Pd2-4Pt1-9、碲铅矿PbTe、碲金矿AuTe2，指出其中化学键的类型（金属键/离子键/共价键），并阐明各自的依据。答：电负性差别 大 离子键 小 都小 金属键 都大 共价键斜锆石ZrO2：离子键，因为Zr的相对电负性为1.6、O的相对电负性为3.5相差较大，故O易夺取Zr的外层电子而形成离子键。独居石CePO4:离子键，在独居石的结构中Ce与PO4上的活性氧相连接，而Ce的相对电负性为1.1、O的相对电负性为3.5，故O易夺取Zr的外层电子而形成离子键。 石盐NaCl:离子键，Na的相对电负性为0.9，而Cl的相对电负性为3.15，相差较大，故Cl易夺取Na的外层电子而形成离子键。 萤石CaF2:离子键，Ca的相对电负性为1.0，而F的相对电负性为3.9，F易夺取Ca的外层电子而形成离子键。 黄铜矿CuFeS2：共价键，Cu、 Fe的相对电负性均为1.9，而S的相对电负性为2.6，两者相差不大，故而所成健型为共价键。 雄黄As2S3：共价键，Si的电负性为1.9、C的电负性为2.6，两者相差不大，故而所成健型为共价键。铱锇矿IrOs、钯铂矿Pd2-4Pt1-9、碲铅矿PbTe、碲金矿AuTe2均为金属键，因为构成这些矿物的元素电负性十分接近，且都为金属元素。碲金矿AuTe2碲铅矿PbTe、共价键 SiC金属键?，半导体材料问题补充1.什么时候成金属键/离子键/共价键？电负性2.1,以阴离子为主，元素倾向于以阴离子形式存在，主要形成共价键；电负性在1.8-2.2 时，弱电负性，形成金属键或金属键-共价键化合物，当该组元素互化（电负性差值小于1）时，形成金属键，当与电负性相近的（电负性在1.4-1.8）化合时形成金属键-共价键过度类型，如AuTe2。当电负性1.4 时相互之间形成金属键，但他们之间化合在自然界不能独立存在。当电负性之间的差值在1.7 以上（离子键成分52.3%）时，一般以离子键的形式存在。Fe2O3 相差1.7 但是是共价键，因为阳离子的电负性较大（Fe3+，1.8），同样的还有SiO2、TiO2 等。电负性与离子的电负性存在如下关系：2.硫化物、硫酸盐、金属互化物、含氧盐、氧化物成键的总体特点和趋势硫化物的化学键主要属共价键和金属键或两者的混合键, 其原因是: 硫离子的半径( S2-为0. 184nm)比氧离子半径(O2-为0.140nm)大, 硫离子的极化力是氧离子的三倍,这是造成硫化物结构和键型比较复杂的重要因素。硫酸盐主要是离子键和共价键，SO42-为工价键，金属离子与SO42-一般呈离子键金属互化物X=1. 82.2 ,弱电负性, 形成金属键或金属键共价键化合物,难溶。这组元素在周期表中有两个分区:周期表右部的( p 区)和左部的( d、s 区)。该组元素在互相化合时(X 0.001 mm,有特定化学性质,用肉眼或显微镜可见,可用物理方法分离出单矿物的赋存形式，如锆石。极少2）类质同象形式：特点是进入晶格，构成结构混入物.如要分离须破坏矿物的晶格。吸附、矿物快速结晶过程中陷入囚禁带内、在主晶格的间隙缺陷中、在固溶体中以类质同象替代要元素的原子或离子等形式存在；3）超显微非结构混入物形式：直径0.001 mm 的包裹体,特点是不占主晶格位置,是独立化合物,但又不能分离出来或进行矿物学研究。4）吸附形式：离子或化合物分子被吸附在粘土矿物的表面,或由于电荷不平衡而吸附异性离子的现象,存在于晶体缺陷或解理面中,是独立化合物,但不占主晶格位置。5）与有机质结合形式：被有机物吸收,形成金属有机化合物。例如红血球中的铁；骨骼中的钙，生物体中的金属元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn元素在自然界的赋存状态和赋存形式是可变的,随环境而变。例如：Pb:岩浆熔体中-阳离子Pb2+；岩浆岩-类质同象置换K 存在长石中；硫化物矿床-方铅矿；沉积还原环境中生成方铅矿。元素结合或存在形式不同，将具有不同的化学活动性和表现出不同的地球化学活动性和行为；另外对矿产资源的可利用性也很重要：(1)具有不同的化学活动性：由于轻稀土与重稀土活动性差异，导致在地球化学演化过程中出现稀土元素的分异（分异的主因是Gd之后4f层电子自选方向与之前相反），导致不同的稀土元素配分模式。(2)具有不同的地球化学行为：如钼元素，酸性和富含铝铁氧化物土壤不利于形成(MoO4)2-；(3)对矿产资源的可利用性具有重要意义，如镍，在超基性岩中，存在于硅酸盐中则不能利用，如以硫化物形式存在，则可利用21. （黄明亮）什么叫分配系数？哪些因素可以影响分配系数？并进一步说明，这些因素对分配系数的影响程度。既然分配系数是变化的，为什么在大部分岩浆演化过程模拟计算中，可以认为分配系数基本不变？分配系数：当为固相（矿物和岩石），b为熔体相时，分配系数可表达为：Ki=cis/cil，其中c 代表组分i 在固相s 和熔体相l 中的浓度。即分配系数是指某微量元素在固相-熔体相两相达到平衡时该微量元素浓度的比值。在一定条件下，某微量元素的分配系数为一常数。影响分配系数的因素：（1）体系化学组成的影响：研究表明，硅酸盐熔体中SiO2 含量，即岩浆的酸（基）型程度对分配起重要作用。例如，酸性岩浆中SiO2 含量高，熔体结构紧密、聚合程度高，使某些重稀土甚至轻稀土元素的矿物/熔体分配系数都显著提到，因此在酸性岩中更富稀土元素。（2）温度的影响：可由能斯特方程导出。当热焓H 变化为一常数，分配系数与温度的倒数呈线性相关，即lnKD=-H/RT+B。该公式也是微量元素在平衡共存的矿物相间的分配关系可用来作为地质温度计的理论依据。（3）压力的影响：当温度和组成不变时，压力对于分配系数的影响，可以表示为（lnKD/p）T,X=-V/RT，其中V 是微量元素分配的反应方程式中产物和反应物之间的摩尔体积差。一般来说，V 是很小，因而压力对分配系数的影响没有温度那样显著。微量元素地质压力计就是基于微量元素分配和体积变化这一关系而建立的。（4）其他因素影响：第一过渡族元素在熔体中处于四面体和八面体位置，而在结晶的镁铁矿物中均处于八面体位置，因此元素在分配过程中，八面体择位能影响着元素的分配系数，例如Mn，Co，Ni 在橄榄石/玄武岩熔体间的择位能依次升高，他们的KD 值也依次升高；氧逸度能改变变价元素的价态，导致分配系数变化，例如，在斜长石-熔体相中，Eu2+的分配系数远远高于Eu3+；晶体在熔体相中的晶出速度、熔体相中挥发份的组成都在不同程度上影响分配系数。既然分配系数是变化的，为什么在大部分岩浆演化过程模拟计算中，可以认为分配系数基本不变？一般认为在岩浆作用过程中，主量元素进入岩浆或从岩浆中晶出的顺序主要受结晶相-熔浆相的相平衡条件控制（热力学控制）；微量元素在结晶相-熔浆相间的分配主要受类质同象规律控制（化学规律控制），间接受结晶相-熔浆相的相平衡控制。不同成分的原岩体系发生部分熔融（岩浆结晶）时，熔出（结晶）的矿物相可以不同，因而在不同的岩浆演化过程中微量元素在两相的分配系数（相容/不相容性的强弱）可能会有一定变化，但主量元素与微量元素总体来说都受热力学控制，即微量元素在地球化学过程中热力学因素还是主控因素，其他是次要因素（影响很小），而在同一个自然体系中热力学条件应该是一致的，因此基本认为分配系数是不变的。答：能斯特(Nernst)分配定律：在给定的P、T条件下，微量元素i在两相间达到平衡时，其在两相的浓度比不随组分含量改变，为一个常数KD(P，T)（由平衡条件下两相间化学势相等推导出）。分配系数：当为固相（矿物和岩石），为熔体相时，上述常数就是分配系数，其一般表达为：Ki = Cis/ Cil 式中C代表该元素在两相中的浓度。分配系数可以浅略理解成在晶体/溶体的体系中，元素进入晶体的能力。不相容元素：K或D1，倾向于富集在结晶相；相容元素：K或D 1，倾向于富集在熔体相。总体分配系数D：如果与溶液相平衡的结晶相（矿物相）超过一个，组分i在结晶相和液相间的分配系数Di为所有种类的结晶相与液相间分配系数Ki的加权和Di= Ki S/L XKi 是组分i在结晶相和液相l间的分配系数；X是结晶相在整个固相中所占的比例。影响分配系数Ki的主要外部因素有：体系的组分、温度、压力、氧逸度。内部条件为离子半径。（影响程度找不到答案，下边是两本书中的原话，小伙伴们再查查看）（赵振华老师，微量元素地球化学原理）（韩吟文老师，地球化学）在岩浆作用过程中，主量元素进入岩浆或从岩浆中晶出的顺序主要受结晶相熔浆相的相平衡条件控制（热力学控制）；微量元素在结晶相熔浆相间的分配主要受类质同象规律控制（化学规律控制），间接受结晶相熔浆相的相平衡控制。不同成分的原岩体系发生部分熔融（岩浆结晶）时，熔出（结晶）的矿物相可以不同，因而在不同的岩浆演化过程中 微量元素在两相的分配系数（相容/不相容性的强弱）可能会有一定变化，但主量元素与微量元素总体来说都受热力学控制，故特征是一致的（据说是考研真题，真心不会）。（/sina/1895198040857365060.html）22. （黄明亮）从分配系数的差别入手，依据REE配分形式，阐明为什么MORB来自亏损地幔？答：上图为MORB中REE配分形式图（Sun and Mcdonough，1989），下表为各稀土元素在固体/熔体间分配系数（郭老师课件）。MORB中主要矿物成分为辉石+斜长石橄榄石，从下表可以看出，稀土元素原子序数从小到大，在辉石和橄榄石中分配系数逐渐增大，在斜长石中逐渐减小。总体而言，随着原子序数的增大，稀土元素在残留体和熔体（MORB）中的分配系数逐渐增大，不相容性逐渐减小，即HREE更易留在残留体中，LREE更易进入熔体相（MORB）。在源区REE未经过分馏的情况下，MORB（熔体）中应相对更富集LREE。但从上图中可看出，N-MORB和T-MORB中LREE相对于HREE并不富集（E-MORB较富集LREE），N-MORB中LREE显示强烈亏损。对此合理的解释是MORB源区中亏损LREE，因此即使LREE更加不相容，在熔体（MORB）中也并未显示出对HREE的富集。即，MORB的源区是亏损的。（个人分析）原始地幔更亏损，富集了一次还亏损，熔融到一半以上才是不亏损但已经不是MORB 了MORB 具有典型的亏LILE 元素特点，LILE 是强不相容元素，如果地幔是富集的那么LILE 的值会很高，所以只有已经经过分异的亏损的地幔才会产生亏损的特点。另，稀土配分成左倾，La/Sm1 大离子亲石元素是强不相容元素，La系元素从右到左不相容性增加，所以如果是富集地幔那么轻稀土会高于重稀土，会产生右倾的趋势，所以只有已经经过分异的地幔也就是亏损地幔才是MORB源区。23. （王艳军）简述球粒陨石标准化的REE配分图中Eu正异常和负异常的一般含义。答：Eu2+的正异常，负异常与斜长石的分离结晶过程有关，Eu2+与Ca2+晶体化学性质（半径、电荷等）相似，容易发生类质同象取代Ca