东华理工大学地球化学课件4（曹双林）.ppt

地球化学，曹，地球科学与资源信息系，2009年8月，第四章水-岩相互作用(5和水介质中元素的迁移(5)有机化学(地球表面的生物参与风化，在地球的一定深度形成石油和天然气等)。)，1。地球系统的化学作用和化学迁移，2。元素地球化学迁移地球化学/迁移(1)物质迁移化学和物理化学迁移化学岩石中元素含量的系统测定和计算：一、等体积计算法；(b)等阴离子计算方法，(1)地球系统的化学作用和化学迁移，(3)物理-化学界面：如红心界面、压力释放区、温度界面T界面、ph界面、水位测量线等。(1)地球系统的化学作用和化学迁移，(4)影响元素在水介质中迁移能力的因素，(1)迁移前元素的形式，(2)晶体化学键的类型：离子键化合物-易迁移，共价键和金属键化合物-难迁移，I .地球系统的化学作用和化学迁移；iii .元素的地球化学性质；iv .系统中伴随成分的类型和浓度；系统中的物理和化学强度参数(浓度差、压力差、温度差)；以及环境ph值和Eh值的变化。水岩化学。水岩化学的物理化学条件(1)低温水岩化学的物理化学环境(1)过量水系统：地球表面水与岩石体积之比：水总量和岩石总量。(2)水和岩石之间的长期化学相互作用导致水系统中存在大量的药剂(O2、CO2、H、OH-)。(2)水岩化学作用(3)生物和有机物。表面富含氧气(O2=0.213105帕)和CO2(CO2=3.04100帕)。低地表温度(-75 200):控制水岩相互作用速率。一般处于低压状态(1 200)105帕，(2)水岩化学环作用，(2)高温水岩化学的物理化学环境水量相对较少的系统：岩石总质量远大于水。(2)水系统含有大量的化学试剂和电解质盐。氧逸度相对较低。(4)温度主要为200400，上限可达700；压力变化(2000 100)x105帕。酸碱度变化39。可能涉及生物和有机物，但相对较少。水岩化学第二部。水岩化学的基本类型类型有(1)氧化还原反应还原氧化：2Fe2SiO 4(橄榄石)O2 4H2O=2Fe2O3 2H4SiO4(氧化)3 Fe2S 8.5 o23 H2O=2 Fe3h2so 4 42 Fe2O 3.3 h2oc=4 Fe0co 23 H2O(还原)，ii。水岩化学反应，(ii)脱水和水解反应脱水的Ca2钙钠，3。影响水岩化学的因素。对于同价离子，离子半径越大或水合离子半径越小，越容易被吸附。例如：影响胶体物质凝聚沉淀的因素铯铷钾李娜钡钙镁当两种不同电荷的胶体相遇时，电荷中和会导致凝聚沉淀。氧化铝。二氧化铵二氧化硅。NH _ 2OH2Al _ 2S _ 2O _ 8。高岭石凝胶。影响水岩化学因素的因素是影响印刷。一些火山沉积铁矿是由氢氧化铁胶体和二氧化硅胶体凝聚而成的。(2)电解质的作用：向胶体溶液中加入电解质可使胶体凝结沉淀。带电粒子被中和，胶体粒子之间的排斥力减弱，使得胶体粒子彼此靠近并聚合形成凝胶。凝胶化产生的胶体物质称为凝胶。例如，硅胶溶液分散在H2O(缩合)凝胶(收缩)蛋白石二氧化硅中，n H2O(脱水)隐晶质玉髓二氧化硅(结晶)蓝晶石，第三，影响水岩化学的因素，如影响水-印反应的因素，当胶体溶液浓度增加时，可以促进胶体缩合。例如，强蒸发可以增加溶液的电解质浓度，从而增强胶凝效果。溶液的酸碱度对胶体的迁移和沉积也有很大影响。原因是溶液的酸碱度会影响电解质对某些胶体的胶凝作用。特别是，它会影响两性胶体。酸性环境：氢氧化铝盐酸氢氧化铝H2O，。影响水-岩化学的因素：影响水-岩反应的因素，铝(氢)2cl 铝(氢)2cl-碱性环境：铝(氢)3koh 钾铝酸钾钾铝酸钾-钾铝酸钾-因此，改变溶液的酸碱度可以改变溶液中铝(氢)2和铝铝铝酸钾的浓度，从而改变胶束所带的电荷数量，并直接影响胶体的团聚。(3)影响水岩化学的因素，(2)系统物理化学环境对水岩相互作用的影响，(1)自然界各种水体的酸碱度范围，(2)普通金属氢氧化物沉淀时的酸碱度范围，普通金属氢氧化物沉淀时的酸碱度范围，各种矿物悬浮液沉淀时的酸碱度范围；3.影响水岩化学的因素：影响印刷的因素；酸碱度对元素迁移的影响具体表现在酸碱度影响氢氧化物是否从溶液中沉淀出来，如铝、铁(3，2)、镁和钙的氢氧化物；酸碱度影响元素的共生和分离，如内生条件下的铁镁共生、表生条件下的铁帽分离酸性条件下的锰铁帽碱性条件下的铁帽分离；第三，水岩化学的影响因素。(3) pH值影响两性元素的迁移形式。酸性环境以简单离子或氢氧化物的形式迁移。碱性环境以酸根络合物的形式迁移。(4)盐的水解是低温水岩相互作用中常见的化学反应。由酸碱度控制。Fe2(SO4)36H2O2Fe(OH)3h2so 42 Na 3(FeCl 6)H2Ofe2o 3 6HCL 6氯化钠(铁帽)，。水岩化学的影响因素，(2)氧化还原电位的影响氧化还原电位是衡量氧化还原的标准。当氧化还原反应发生时，还原态(正电极)和氧化态(负电极)之间存在电势差，电子从正电极自动流向负电极所做的功(以电子伏特为单位)称为氧化还原电势。在标准条件下：Fe2 V5 Fe3 V4 Fe2 Fe3 e0.77E0(伏特)V4 V5 e1.0E0(伏特)E=1.0-0.77=0.23电位差越大，反应越彻底。(3)水岩化学的影响因素。非标准条件下：非标准条件下各氧化还原半反应的电位需要用Nexter方程计算，然后比较电位大小，确定反应方向E=Eo (RT/nF)ln(C氧化/C还原)，其中：E非标准条件下的氧化还原电位；Eo标准条件下的氧化还原电位；氧化态的实际摩尔浓度；R气体常数(8.313焦耳)；T绝对温度；F法拉第常数96500库仑；n半反应中转移的电子数；自然对数。将水岩化学的影响因素带入常数值，将自然对数变为普通对数。将温度改为25以获得E=Eo (0.059/n)对数(氧化态/还原态)。由于许多氧化还原反应是在一定ph值的溶液中进行的，所以氢离子浓度对e的影响具有特殊的意义。Eh与酸碱度的关系如下：Eh=Eo-0.059pHEh随酸碱度的增加而减少，而Eh每增加一个酸碱度就减少0.059伏特，所以同样的反应在碱性溶液中比在酸性溶液中更容易进行。影响水岩化学的因素，如铁的氧化：Fe2Fe3EE 0=0.77伏在硫酸溶液中当酸碱度为8时：铁(羟基)2OH-铁(羟基)3EE 0=-0.56伏。因此，低价铁的盐在酸性溶液中相对稳定，只被空气缓慢氧化，但在碱性溶液中迅速氧化成三价并沉淀。(1)由氧化还原电位引起的元素化合价的变化改变了化学元素及其化合物的溶解度。一些多价元素的高价化合物更容易水解，如铁、锰、镍、钛、铅等。所以低价离子比高价离子更容易迁移。Fe2 (SO4) 3H2O 2Fe (OH) 33H2SO4与铜、铀、钒、钼和铬相反。主要原因是它们的高价格以(UO4)2-、(VO4)3-、(MoO4)2-、(CrO4)2-。影响水岩化学的因素(2)介质的氧化还原电位对元素的共生有重要影响。例如，当V5或Cr6遇到Fe2:Fe2Fe3E 0.77V V4V5E 1.0V Cr3Cr6E 1.33V时，将发生以下反应：Fe2 V5 Fe3 V4 Fe2 Cr6 Fe3 Cr3。因此，二价铁矿物与五价钒矿物(如Pb5 VO4 3Cl)和六价铬矿物(如PbCrO4)的共生现象在自然界中是不存在的。除非V5或Cr6过量。(3)如果内生岩石或矿物中同时存在两种以上的变价元素，它们在表面氧化过程中会因氧化还原电位的不同而分离。例如，内生矿床铁、镍和钴往往密切共存，但它们在表面上是分离的：碱性介质酸性介质Fe2Fe3E-0.56V 0.77V CO2Co3E 0.2V 1.84V Ni2Ni3E 0.49V 1.75V太素金最容易氧化。钴水合物是在强氧化环境中形成的，而镍的高价氧化物矿物尚未被发现。(3)温度和压力的影响t (5)有机物的作用；地形条件；气候条件；构造条件、案例研究、1.4风化壳分带及硅、铝、铁的分异演化1.4.1风化壳的形成和发育暴露于地表的岩石风化后，不稳定矿物分解，可溶性物质随水流失，剩余物质留在原地，在生物风化形成土壤的土地上形成不连续的地壳，称为风化壳。主要的成岩硅酸盐矿物被风化转化，在风化过程中，水-岩相互作用，水-岩相互作用，钾长石的风化作用：钾长石KAlS