元素的结合规律概要.pptx
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1、第三章第三章 元素的结合规律元素的结合规律1.1.固固固固体体体体地地地地球球球球与与与与月月月月球球球球的的的的物物物物质质质质组组组组成成成成是是是是不不不不均均均均一一一一,为为为为什什什什么?么?么?么?2.2.它它它它们们们们的的的的基基基基本本本本组组组组成成成成是是是是矿矿矿矿物物物物,常常常常见见见见的的的的矿矿矿矿物物物物是是是是化化化化合合合合物,而不是单质?物,而不是单质?物,而不是单质?物,而不是单质?3.3.岩石和矿石种类非常复杂,为什么?岩石和矿石种类非常复杂,为什么?岩石和矿石种类非常复杂,为什么?岩石和矿石种类非常复杂,为什么?地壳的元素分布特点地壳的元素分布特
2、点第三章第三章 元素的结合规律元素的结合规律1 1元素的基本性质元素的基本性质元素的基本性质元素的基本性质2 2元素的地球化学分类元素的地球化学分类元素的地球化学分类元素的地球化学分类3 3元素的结合规律与分析元素的结合规律与分析元素的结合规律与分析元素的结合规律与分析4 4微量元素的结合规律微量元素的结合规律微量元素的结合规律微量元素的结合规律5 5过渡元素的结合规律过渡元素的结合规律过渡元素的结合规律过渡元素的结合规律元素的结合规律元素的结合规律一、元素的基本性质一、元素的基本性质一、元素的基本性质一、元素的基本性质1.1.1.1.原子和离子半径变化规律原子和离子半径变化规律原子和离子半径
3、变化规律原子和离子半径变化规律纵向纵向纵向纵向横向横向横向横向Insert figure 7.7Relative Size of Atoms元素周期表元素周期表电子轨道电子轨道电电电电子子子子轨轨轨轨道道道道是是是是能能能能找找找找到到到到电电电电子子子子概概概概率率率率高高高高的的的的空空空空间间间间区区区区域域域域,有有有有s s s s、p p p p、d d d d、f f f f等轨道等轨道等轨道等轨道Atomic OrbitalsAtomic Orbitalss s s s 轨道球形轨道球形轨道球形轨道球形Atomic OrbitalsAtomic Orbitalsp p p p
4、轨道花生形或哑铃形轨道花生形或哑铃形轨道花生形或哑铃形轨道花生形或哑铃形Atomic OrbitalsAtomic Orbitalsd d d d 轨道形态轨道形态轨道形态轨道形态Atomic OrbitalsAtomic Orbitalsf f f f 轨道形态轨道形态轨道形态轨道形态2.2.2.2.电离能(势)电离能(势)电离能(势)电离能(势)电电电电离离离离能能能能:基基基基态态态态的的的的气气气气态态态态原原原原子子子子或或或或气气气气态态态态离离离离子子子子失失失失去去去去一一一一个个个个电电电电子子子子所所所所需要的最小能量需要的最小能量需要的最小能量需要的最小能量;变变变变化化
5、化化规规规规律律律律:第第第第一一一一电电电电离离离离能能能能同同同同一一一一周周周周期期期期内内内内随随随随原原原原子子子子序序序序数数数数增增增增加加加加而而而而增增增增大大大大;同一主族中随原子序数增加而降低同一主族中随原子序数增加而降低同一主族中随原子序数增加而降低同一主族中随原子序数增加而降低电离能很大程度上决定元素的金属性和非金属性3.3.3.3.电子亲和能:电子亲和能:电子亲和能:电子亲和能:单位原子或分子获得一个电子单位原子或分子获得一个电子单位原子或分子获得一个电子单位原子或分子获得一个电子,变成变成变成变成 -1-1-1-1 价离子时放出的能量价离子时放出的能量价离子时放出
6、的能量价离子时放出的能量4.4.4.4.电负性电负性电负性电负性 X=I+E X=I+E X=I+E X=I+E (X(X(X(X:电负性;:电负性;:电负性;:电负性;I I I I:电离能;:电离能;:电离能;:电离能;E E E E:电子亲和能:电子亲和能:电子亲和能:电子亲和能)变化规律变化规律变化规律变化规律纵向:大纵向:大纵向:大纵向:大-小小小小横向:小横向:小横向:小横向:小-大大大大元素电负性分类元素电负性分类5.5.离子电位离子电位离离离离子子子子电电电电位位位位(ionic ionic ionic ionic potentialpotentialpotentialpote
7、ntial)表表表表示示示示离离离离子子子子吸吸吸吸引引引引或或或或排排排排斥斥斥斥对对对对方方方方电电电电荷荷荷荷的的的的能能能能力力力力,是是是是衡衡衡衡量量量量离离离离子子子子电电电电场场场场强强强强度度度度的的的的一一一一个个个个参参参参数数数数。离离离离子子子子电电电电位位位位()与与与与离离离离子子子子本本本本身身身身的的的的电电电电价价价价(WWWW)成成成成正正正正比比比比,与与与与离离离离子子子子半半半半径径径径(RiRiRiRi)成成成成反反反反比比比比,即即即即:=W/Ri=W/Ri=W/Ri=W/Ri根根根根据据据据离离离离子子子子电电电电位位位位的的的的大大大大小小小
8、小,可可可可以以以以衡衡衡衡量量量量离离离离子子子子的的的的极极极极化化化化能能能能力力力力和和和和元元元元素素素素羟羟羟羟化化化化物物物物的的的的酸酸酸酸碱碱碱碱性性性性。离离离离子子子子电电电电位位位位高高高高,意意意意味味味味着着着着离离离离子子子子的的的的电电电电价价价价高高高高而而而而半半半半径径径径小小小小,极极极极化化化化能能能能力力力力强强强强,在在在在水水水水溶溶溶溶液液液液中中中中它它它它易易易易使使使使水水水水分分分分子子子子发发发发生生生生极极极极化化化化,水水水水解解解解作作作作用用用用增增增增强强强强,从从从从而而而而促促促促使使使使羟羟羟羟化化化化物物物物的的的的
9、碱碱碱碱性性性性降降降降低低低低,易易易易显显显显酸酸酸酸性性性性。同同同同时时时时,极极极极化化化化能能能能力力力力强强强强,还还还还可可可可促促促促使使使使离离离离子子子子本本本本身身身身形形形形成成成成坚坚坚坚固固固固的的的的络络络络阴阴阴阴离离离离子子子子,如如如如(CO3CO3CO3CO3)2-2-2-2-、(SO4SO4SO4SO4)2-2-2-2-、(NO3NO3NO3NO3)-、(SiO4SiO4SiO4SiO4)4-4-4-4-等等等等。相相相相反反反反,离离离离子子子子电电电电位位位位越越越越小小小小,则则则则其其其其羟羟羟羟化化化化物物物物的的的的碱碱碱碱性性性性就就就就
10、越越越越强强强强,且且且且离离离离子子子子本本本本身身身身不不不不易易易易形形形形成成成成络络络络阴阴阴阴离子。离子。离子。离子。元素的结合规律元素的结合规律1 1 1 1元素的基本性质元素的基本性质元素的基本性质元素的基本性质2 2 2 2元素的地球化学分类元素的地球化学分类元素的地球化学分类元素的地球化学分类3 3 3 3元素的结合规律与分析元素的结合规律与分析元素的结合规律与分析元素的结合规律与分析4 4 4 4微量元素的结合规律微量元素的结合规律微量元素的结合规律微量元素的结合规律5 5 5 5过渡元素的结合规律过渡元素的结合规律过渡元素的结合规律过渡元素的结合规律二、元素的亲和性及地
11、球化学分类二、元素的亲和性及地球化学分类1.1.1.1.戈氏分类戈氏分类戈氏分类戈氏分类2.2.2.2.查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类3.3.3.3.微量元素地球化学分类微量元素地球化学分类微量元素地球化学分类微量元素地球化学分类 1.1.1.1.戈氏分类戈氏分类戈氏分类戈氏分类 分类依据:分类依据:分类依据:分类依据:外电子层结构(键性)外电子层结构(键性)外电子层结构(键性)外电子层结构(键性)原子容积(化合物?)原子容积(化合物?)原子容积(化合物?)原子容积(化合物?)对不同元素的亲和力对不同元素的亲和力对不同元素的亲和力对不同元素的亲和力戈氏分类表戈氏分类表
12、亲铁元素亲铜元素亲石元素(在硅酸盐中)在陨石中在地球中Fe、Ni、Co、P、(As)、C、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au、Ge、Sn、Mo、(W)、(Nb)、Ta、(Se)、(Te)S、Se、(Te?)、P、As、(Sb?)、Cu、Ag、Zn、Cd、(Ti)、V、Cr、Mn、Fe、(Ca)S、Se、Te、As、Sb、Bi、Ga、In、Tl、(Ge)、(Sn)、Pb、Zn、Cd Hg、Cu、Ag、(Au)、Ni、Pd、(Pt)、Co、(Rh,Ir)、Fe、Rh、(Os)O、S、(P)、(H)、Si、Ti、Zr、Hf、Th、F、Cl、Br、I、(Sn)、B、Al、(Ga)、Sc、Y、RE
13、E、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、(Fe)、V、Cr、Mn、(Ni)、(Co)、Nb、Ta、W、U、(C)2.2.2.2.查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类氢族氢族氢族氢族造岩元素造岩元素造岩元素造岩元素惰性气体族惰性气体族惰性气体族惰性气体族挥发份元素族挥发份元素族挥发份元素族挥发份元素族铁族铁族铁族铁族稀有气体和稀土元素族稀有气体和稀土元素族稀有气体和稀土元素族稀有气体和稀土元素族放射性元素族放射性元素族放射性元素族放射性元素族钨钼族钨钼族钨钼族钨钼族硫化物矿床成矿元素族硫化物矿床成矿元素族硫化物矿床成矿元素族硫化物矿床成矿元素族半金属和重
14、矿化剂族半金属和重矿化剂族半金属和重矿化剂族半金属和重矿化剂族1.1.1.1.戈氏分类戈氏分类戈氏分类戈氏分类2.2.2.2.查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类查瓦里茨基分类3.3.3.3.微量元素地球化学分类微量元素地球化学分类微量元素地球化学分类微量元素地球化学分类 二、元素的地球化学分类二、元素的地球化学分类3.3.微量元素地球化学分类微量元素地球化学分类相相相相容容容容元元元元素素素素:当当当当岩岩岩岩石石石石发发发发生生生生部部部部分分分分熔熔熔熔融融融融或或或或岩岩岩岩浆浆浆浆结结结结晶晶晶晶时时时时,优优优优先先先先进进进进入入入入矿矿矿矿物物物物的的的的微微微微量元素,
15、量元素,量元素,量元素,D1D1D1D1不相容元素不相容元素不相容元素不相容元素:反之反之反之反之,优先进入熔体相的微量元素优先进入熔体相的微量元素优先进入熔体相的微量元素优先进入熔体相的微量元素,称为不相容元素称为不相容元素称为不相容元素称为不相容元素,D1,D1,D1,D1强不相容元素强不相容元素强不相容元素强不相容元素:D0.1:D0.1:D0.1:D3(,Z/r3(,Z/r3(,Z/r3(有有有有的的的的2),2),2),2),为为为为高高高高场强元素场强元素场强元素场强元素,一般为亲石元素一般为亲石元素一般为亲石元素一般为亲石元素低场强元素低场强元素低场强元素低场强元素:Z/r3:Z
16、/r3:Z/r3:Z/r2222。低低低低场场场场强强强强元元元元素素素素或或或或离离离离子子子子(Low Low Low Low field field field field strength strength strength strength cationscationscationscations):形形形形成成成成大大大大半半半半径径径径小小小小电电电电荷荷荷荷的的的的离离离离子子子子的的的的元元元元素素素素 ,离离离离子子子子势势势势222 Ca-Ca-Ca-Ca2+2+2+2+,Mg,Mg,Mg,Mg2+2+2+2+(辉石、角闪石辉石、角闪石辉石、角闪石辉石、角闪石)3Mg3M
17、g3Mg3Mg2+2+2+2+-2Al-2Al-2Al-2Al3+3+3+3+(云母云母云母云母)CeCeCeCe3+3+3+3+O+O+O+O2-2-2-2-CaCaCaCa2+2+2+2+F+F+F+F-(磷灰石)(磷灰石)(磷灰石)(磷灰石)通常服从周期表的对角线规则通常服从周期表的对角线规则通常服从周期表的对角线规则通常服从周期表的对角线规则 元素结合规律元素结合规律3.3.3.3.完全类质同象完全类质同象完全类质同象完全类质同象可以形成连续固溶体,如:可以形成连续固溶体,如:可以形成连续固溶体,如:可以形成连续固溶体,如:(Mg,Fe)(Mg,Fe)(Mg,Fe)(Mg,Fe)2 2
18、 2 2SiOSiOSiOSiO4 4 4 4(橄榄石橄榄石橄榄石橄榄石)NaAlSiNaAlSiNaAlSiNaAlSi3 3 3 3O OO O8 8 8 8-CaAl-CaAl-CaAl-CaAl2 2 2 2SiOSiOSiOSiO8 8 8 8(斜长石)(斜长石)(斜长石)(斜长石)元素结合规律元素结合规律4.4.4.4.不完全类质同象不完全类质同象不完全类质同象不完全类质同象不能以任意比例形成连续固溶体,如:不能以任意比例形成连续固溶体,如:不能以任意比例形成连续固溶体,如:不能以任意比例形成连续固溶体,如:KAlSiKAlSiKAlSiKAlSi3 3 3 3O OO O8 8
19、8 8-NaAlSiNaAlSiNaAlSiNaAlSi3 3 3 3O OO O8 8 8 8(条条条条纹纹纹纹长长长长石石石石,高高高高温温温温时时时时可可可可以以以以呈呈呈呈类类类类质质质质同同同同相相相相,低低低低温温温温时时时时常常常常发发发发生生生生出出出出溶溶溶溶而而而而形形形形成成成成具具具具出出出出溶溶溶溶条条条条纹纹纹纹的的的的长长长长石)石)石)石)元素结合规律元素结合规律5.5.5.5.极性类质同象极性类质同象极性类质同象极性类质同象A A A A可以置换可以置换可以置换可以置换B B B B,但,但,但,但B B B B不可置换不可置换不可置换不可置换A A A A,
20、如:,如:,如:,如:BaBaBaBa2+2+2+2+-2K-2K-2K-2K+CeCeCeCe3+3+3+3+-3Ca-3Ca-3Ca-3Ca2+2+2+2+Y Y Y Y3+3+3+3+-3Ca-3Ca-3Ca-3Ca2+2+2+2+原因:体系能量原因:体系能量原因:体系能量原因:体系能量元素结合规律元素结合规律(二)类质同象置换的条件和限度(二)类质同象置换的条件和限度(二)类质同象置换的条件和限度(二)类质同象置换的条件和限度1.1.1.1.内因条件内因条件内因条件内因条件(1 1 1 1)原子或离子半径)原子或离子半径)原子或离子半径)原子或离子半径a.(ra.(ra.(ra.(r1
21、 1 1 1-r-r-r-r2 2 2 2)/r)/r)/r)/r2 2 2 2 10-15%10-15%10-15%10-15%:完全类质同象:完全类质同象:完全类质同象:完全类质同象b.b.b.b.(r(r(r(r1 1 1 1-r-r-r-r2 2 2 2)/r)/r)/r)/r2 2 2 2 20-20-20-20-40%40%40%40%:高高高高温温温温时时时时完完完完全全全全类类类类质质质质同同同同象象象象,低低低低温温温温时时时时不不不不完完完完全全全全类类类类质同象质同象质同象质同象c.(rc.(rc.(rc.(r1 1 1 1-r-r-r-r2 2 2 2)/r)/r)/r
22、)/r2 2 2 2 10-15%10-15%10-15%3Mg-3Mg-3Mg-3Mg2+2+2+2+钾长石中:钾长石中:钾长石中:钾长石中:BaBaBaBa2+2+2+2+Al+Al+Al+Al3+3+3+3+-K-K-K-K+Si+Si+Si+Si4+4+4+4+斜长石中:斜长石中:斜长石中:斜长石中:NaNaNaNa+Si+Si+Si+Si4+4+4+4+-Ca-Ca-Ca-Ca2+2+2+2+Al+Al+Al+Al3+3+3+3+磷灰石中:磷灰石中:磷灰石中:磷灰石中:Ce Ce Ce Ce 3+3+3+3+Na+Na+Na+Na+-2Ca-2Ca-2Ca-2Ca2+2+2+2+或或
23、或或CeCeCeCe3+3+3+3+O+O+O+O2-2-2-2-Ca-Ca-Ca-Ca2+2+2+2+F+F+F+F-元素结合规律元素结合规律2.2.2.2.物理化学条件:外因物理化学条件:外因物理化学条件:外因物理化学条件:外因(1 1 1 1)温度和压力)温度和压力)温度和压力)温度和压力高温有利于类质同象高温有利于类质同象高温有利于类质同象高温有利于类质同象原因:高温原因:高温原因:高温原因:高温-有效半径趋于一致有效半径趋于一致有效半径趋于一致有效半径趋于一致低压有利于类质同象低压有利于类质同象低压有利于类质同象低压有利于类质同象原因:压力与温度的作用相反原因:压力与温度的作用相反原
24、因:压力与温度的作用相反原因:压力与温度的作用相反元素结合规律元素结合规律(2 2 2 2)组分的浓度)组分的浓度)组分的浓度)组分的浓度晶晶晶晶体体体体生生生生长长长长时时时时,熔熔熔熔体体体体或或或或溶溶溶溶液液液液中中中中离离离离子子子子的的的的浓浓浓浓度度度度,即即即即该该该该离离离离子子子子的化学位与晶体的化学位与晶体的化学位与晶体的化学位与晶体-液体平衡有关如:液体平衡有关如:液体平衡有关如:液体平衡有关如:岩浆中岩浆中岩浆中岩浆中MgMgMgMg含量的降低,含量的降低,含量的降低,含量的降低,FeFeFeFe将进入橄榄石将进入橄榄石将进入橄榄石将进入橄榄石元素结合规律元素结合规律
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