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简介
这是一个关于东华理工大学地球化学介绍PPT课件，主要介绍了自然体系及自然作用产物、元素的地球化学亲和性及其分类、类质同象、晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响、元素结合规律的微观控制因素、元素的地球化学分类和元素的赋存形式等内容。1.晶体场理论概要 (1)正八面体配位时d轨道的分裂和晶体场分裂能 ①五重简并：在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道的能级相同，电子云呈球形对称，电子在五个d轨道的分布概率相同，称为“五重简并”。②晶体场分裂：当过渡金属离子处在晶体结构中时，由于晶体场的非球形对称特征，使d轨道的能级产生差异，称为“晶体场分裂”。四、晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响 ③晶体场分裂能：将一个孤立的过渡金属离子放在正八面体配位的晶体中时，五个d轨道都受到配位体负电荷的排斥，轨道总的能级提高；由于正八面体配位场中配位体质点处于直角坐标的三个垂直轴方向，故dr轨道电子云的瓣指向配位体，使两个dr 轨道电子的被排斥力比dℇ轨道的被排斥力大，dr轨道的能级要比dℇ轨道电子的能级高得更多， dr轨道电子的能级与dℇ轨道电子能级间的能量差，称为“晶体场分裂能”。四、晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响，欢迎点击下载东华理工大学地球化学介绍PPT课件哦。
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1.地球化学体系的特Geochemical System (1) T、P等条件的变化与实验条件相比相对有限 Crust & Upper Mantle ： T: -80~5000℃ P: 0.0n~1010Pa(10万大气压） Laboratory: T: 10-5 K ~5ⅹ104 ℃ P:Vacuum ~ 1011Pa (2) 多组分复杂体系——元素92种，同位素354种 (3) 开放体系。 (4) 自发进行的不可逆过程。 一、自然体系及自然作用产物 Natural System & Natural Products 一、自然体系及自然作用产物 Natural System & Natural Products 一、自然体系及自然作用产物 Natural System & Natural Products 二、元素的地球化学亲和性及其分类 Gechemical Coherence of Element & Its Classification 二、元素的地球化学亲和性及其分类 Gechemical Coherence of Element & Its Classification 二、元素的地球化学亲和性及其分类 Gechemical Coherence of Element & Its Classification 二、元素的地球化学亲和性及其分类 Gechemical Coherence of Element & Its Classification 二、元素的地球化学亲和性及其分类 Gechemical Coherenceof Element & Its Classification 二、元素的地球化学亲和性及其分类 Gechemical Coherence of Element & Its Classification 二、元素的地球化学亲和性及其分类 Gechemical Coherence of Element & Its Classification 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 三、类质同象Isomorphism 四、晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响 1.晶体场理论概要 (1)正八面体配位时d轨道的分裂和晶体场分裂能 ①五重简并：在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道的能级相同，电子云呈球形对称，电子在五个d轨道的分布概率相同，称为“五重简并”。 ②晶体场分裂：当过渡金属离子处在晶体结构中时，由于晶体场的非球形对称特征，使d轨道的能级产生差异，称为“晶体场分裂”。四、晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响 ③晶体场分裂能：将一个孤立的过渡金属离子放在正八面体配位的晶体中时，五个d轨道都受到配位体负电荷的排斥，轨道总的能级提高；由于正八面体配位场中配位体质点处于直角坐标的三个垂直轴方向，故dr轨道电子云的瓣指向配位体，使两个dr 轨道电子的被排斥力比dℇ轨道的被排斥力大， dr轨道的能级要比dℇ轨道电子的能级高得更多， dr轨道电子的能级与dℇ轨道电子能级间的能量差，称为“晶体场分裂能”。 四、晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响 (2)晶体场稳定能： d轨道电子能级分裂后的d电子能量之和，相对于未分裂前d电子能量之和的差值，称为“晶体场稳定能 (CFSE)”。 (3)电子的高自旋状态和低自旋状态 (4)八面体择位能 2.晶体场理论对过渡金属行为的控制 (1)阐明金属离子在岩浆结晶演化过程中的地球化学行为四、晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响 (2)过渡金属离子的物理、化学性质 ①当过渡金属离子的d电子数为4〜7时，同一金属离子有两个半径值，高自旋状态比低自旋状态的离子半径大。 ②金属离子在水中主要以水化物形式存在。 ③过渡金属离子都有颜色和具有磁性，但被氧化的难易程度不同。 八面体位置优先能－OSPE Octahedral Site Perference Energy 五、元素结合规律的微观控制因素Internal Factors Affecting Element Distribution 1.决定元素结合的基本参数Parameters (1)衡量原子得失电子的能力参数Parameters reflecting the power of an atom to attract or lose an electron： ①电离能(I)：气态原子（离子）丢失一个电子所需能量。 ②电负性(X)：X=I+E(电子亲和能） (2)原子间结合方式—化学键类型Chemical Bonds：五、元素结合规律的微观控制因素Internal Factors Affecting Element Distribution ① 离子键Ionic Bond:不同元素的原子经得、失电子呈离子状态，离子间的结合力主要为静电引力electrostatic attraction，称为离子键。 ② 共价键Covalent bond:原子间的相互作用为电子云的相互重叠 或穿透，称为共价键。 ③金属键Metallic bond:金属物质中没一个原子都失去一些电子，这些电子在金属物质中可以自由流动，所以金属有良好的导电性和导热性。 ④分子键Molecular bond:分子内部是离子键或共价键，分子间依靠偶极间作用力dipolar force相互结合，称为分子键。 五、元素结合规律的微观控制因素Internal Factors Affecting Element Distribution (3)元素的成键规律—电负性控制： 判断化学键的法则： P=1.6ⅹ∣XA-XB∣+3.5 ⅹ∣XA+XB∣ （P是化学键中离子键成分百分数） ①周期表右上角X ≥ 2.1，为强、中电负性元素，以阴离子族为主 ②X=1.8~2.2，弱电负性，形成金属键或金属键-共价键化合物，难溶。 ③X ≤1.4，正电性元素，相互之间形成金属键化合物，但在自然界不能独立存在。 五、元素结合规律的微观控制因素Internal Factors Affecting Element Distribution (4)原子的大小和离子半径 周期表中元素半径的总体变化规律： ①同一周期元素，随原子序数增大离子半径减小； ②同一族元素，从上向下随原子电子层增加，离子半径增大； ③周期表中左上方到右下方的对角线，离子半径相近或相等； ④镧系元素（希图元素）的离子半径从La 3+的0.103nm到Lu 3+ 的0.086nm逐渐缩小； ⑤同一元素阳离子的离子半径小于原子半径，高正电荷的离子半径较小，阴离子的半径大于原子半径，负电荷增加离子半径增大，因此同一元素阴离子的半径远大于阳离子的半径。五、元素结合规律的微观控制因素Internal Factors Affecting Element Distribution (5)原子和离子的其它性质 ①配位数Coordination Number: ②极化Polarization:在外电场的作用下，原子或离子的电子云的大小、形状发生变化的现象称为极化。 ③离子电位Ionic Potential：等于电荷与半径之比。=Z/r ④晶格能Lattice Energy:相互远离的离子结合生成离子晶体时释放的能量称为晶格能。五、元素结合规律的微观控制因素Internal Factors Affecting Element Distribution (6)离子的性质 ①离子体系的电中性原理 ②价键规则：阴阳离子的总电荷相等。在类质同象置换中表现为电价补偿法则。六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式 1.元素的地球化学分类 六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式Classification & Forms of Elements (1)Goldschmidt’s Classification: 分类依据:以其提出的地球起源origin of the Earth和内部构造假说hypothesis为基础，根据化学元素的性质与其在地球各圈层间的分配将元素分为： ①亲石元素；②亲铜元素；③亲铁元素 ④亲气元素 ⑤亲生物元素biophile element:C、N、H、P、B、Ca、Cl、Na和Si等。六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式Classification & Forms of Elements (2)查瓦里斯基元素地球化学分类：分类依据：以展开式元素周期表为基础，赋以原子和离子半径以重要意义并根据元素的地球化学行为的相似性将元素分为11族families： ①氢族 ;②惰性气体族Inert gas; ③造岩元素族Petrogenic element family: Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba； ④岩浆射气元素族Magmatic Emanation element :B、C、N、O、F、P、S和Cl； ⑤铁组:Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni 六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式Classification & Forms of Elements ⑥稀有元素组Rare element family: REE、Y、Zr、Hf、Nb和Ta； ⑦放射性元素组Radioactive: Ra、U和Th； ⑧钼钨组Mo-W:Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Ga、In、Tl、Ge、Sn和Pb； ⑨铂族Pt family: ⑩半金属和重矿化剂族Semimetal & mineralizer family: As、Bi、Se、Te和Po； ⑪重卤族Heavy halogen family: Br、I和At。六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式Classification & Forms of Elements (3)其它元素地球化学分类术语： ①主量元素和微量元素、②造岩元素、 ③稀土元素、④高温成矿元素、⑤第一过渡元素 ⑥金属成矿元素、⑦阴离子族、 ⑧放射性元素⑨地球挥发分 2.元素的赋存形式Element Speciations: (1)元素在固相中solid facies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（或超显微包裹体）、④吸附、⑤与有机质结合六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式Classification & Forms of Elements 元素赋存形式的研究方法： ①元素含量测定 ②显微镜法 ③萃取法 ④晶格常数测定：X光衍射法 ⑤电子显微镜扫描与有机质结合 (2)元素在水流体相中的存在形式： ①离子电位ionic potential(=Z/r ): 六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式Classification & Forms of Elements ≤2.5——半径大电价低的碱性阳离子——在水溶液中同H+争夺O2-的能力弱，其氧化物溶于溶液，带出O2-，形成简单的阳离子和OH-， 如 CaO +H2O=Ca2+ +2OH- =2.5~8.0——两性离子，多偏高价和具中等半径，在水溶液中与H+争夺O2-的能力弱，其氧化物易与水形成氢氧化物沉淀，如Fe2O3+3H2O=2Fe(OH)3 ≥ 8.0——为离子半径小的高价阳离子，在水溶液中争夺O2-的能力比H+强，使H+游离，溶液显酸性；如 SO3+H2O=2 H+ + SO4 2- 六、元素的地球化学分类和元素的赋存形式Classification & Forms of Elements ②配离子及其地球化学意义：七、总结 五、元素结合规律的微观控制因素Internal Factors Affecting Element Distribution (5)原子和离子的其它性质 ①配位数Coordination Number: ②极化Polarization:在外电场的作用下，原子或离子的电子云的大小、形状发生变化的现象称为极化。 ③离子电位Ionic Potential：等于电荷与半径之比。=Z/r ④晶格能Lattice Energy:相互远离的离子结合生成离子晶体时释放的能量称为晶格能。 (6)离子的性质 ①离子体系的电中性原理 ②价键规则：阴阳离子的总电荷相等。在类质同象置换中表现为电价补偿法则。
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