地化复习资料

1、什么是地球化学：地球化学是研究地球以及部分天体的化学组成、化学作用、化学演化的科学，应从研究对象以及空间范围、运动形式、时间尺度等方面来理解。 2、地球化学要解决的基本问题有哪些?

地球系统中元素及同位素的组成问题；地球系统中元素的组合和元素的赋存形式；地球系统各类自然过程中元素的行为、迁移规律和机理；地球的化学演化，即地球历史中元素及同位素的演化历史。 第一章

1、什么是地球化学体系？地球化学体系有哪些特点？ 地球化学所要研究的对象即可视为一个体系。 特点为：（1） 有一定的空间；（2） 一定的物理化学条件下（温度、压力、pH、Eh等），处于特定的物理化学状态；（3） 有一定的时间连续性。 2、元素的丰度、分配、分布的概念。

丰度：元素在一个体系中的相对含量。 分布：元素在研究体系的总体平均含量。

分配：元素在研究体系中各部分或各区段中的含量。 3、研究元素丰度的意义。

元素丰度是每一个地化体系的基本数据。

研究元素丰度也是地球科学基础理论问题的重要素材之一。 4、陨石的类型以及研究意义

铁陨石：主要有Fe、Ni和其他少量元素组成的。 石陨石：主要有硅酸盐矿物组成的。

铁石陨石：Fe、Ni与硅酸盐矿物组成大致相等的陨石（过度类）。 研究意义

① 它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化的最易获取、数量最大的地外物质； ② 是认识地球的组成、内部构造和起源的主要资料来源；地球组成研究的方法之一就依据陨石的组成；

③ 陨石中的60多种有机化合物是非生物合成的“前生物物质”，对探索生命前期的化学演化开拓了新的途径；

④ 可作为某些元素和同位素的标准样品。 5、地壳元素丰度的研究意义

控制元素的地球化学行为，包括：支配元素的地化行为；限定自然界的矿务种类以及种属；了自然体系的状态；对元素亲氧性及亲硫性的限定。 地壳元素丰度对地壳能源的。

地壳克拉克值可作为微量元素分散集中的标尺： ①可以为阐明地化场特征提供标准。 ②指示特征的地化过程。

③浓度克拉克值及浓度系数：

浓度克拉克值：元素在某一地质体中的含量/该元素的克拉克值，<1意味着元素集中，>1意味着元素分散。

浓度系数：某元素的最低可采品味/该元素的克拉克值，反映了元素在地壳中倾于集中的能力。

6、地壳元素的丰度特征

①地壳元素丰度值差异大：丰度值最大的元素（O=47%）是丰度值最小元素（Rn=7×10-16）

的1017倍；丰度值最大的三种元素之和达82.58%；丰度值最大的九种元素之和达98.13%； ②元素的原子丰度随元素原子序数增大而降低；

③偶数原子序数的元素比相邻的奇数原子序数的元素丰度值高； ④惰性元素丰度偏低。 第二章

1、什么是元素的地球化学亲和性

阳离子在自然体系中趋向于某种阴离子结合的倾向。

影响因素有：元素的本身性质；元素结合的物理化学条件。 2、亲氧、亲硫、亲铁元素的基本特点及主要代表元素。

亲氧元素：离子半径较小，有惰性气体的电子层结构，电负性较小。如K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；

亲硫元素：离子半径较大，如Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；

亲铁元素：有18或18+2的外电子层结构，离子电离能较高，电负性中等，不容易得和失电子，在单质或金属互化物享自由电子。如Cu、Au、Ag 、Fe、Co、Ni、Pt族元素等。 3、自然界的矿物化学组成含杂质的形式。

机械分散物，吸附相杂质，超显微非结构混入物，与有机质结合的形式，类质同像。 4、类质同像的概念及决定其代换的基本条件。

类质同像：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中部分构造位置被介质中的其它质点(原子、离子、络离子、分子)所占据，只引起晶格常数的微小改变。晶体构造类型、化学键类型都保持不变。这种现象称为“类质同像”。 代换条件：

内因→晶体化学：化学键类型相同或相似；代换前后电价平衡；原子或离子半径相近；被代换的矿物晶体构造特征（复杂、松散的构造有利）；代换的能量角度（能量相似）。 外因→物理化学：组分浓度；氧化还原电位；温度和压力条件。 5、类质同像规律

※Goldschimidt类质同象法则：隐蔽法则（丰度低者被隐蔽）；离子电价相同时，半径小者集中于较早矿物中，大者富集于晚阶段矿物中；离子半径相近时，电价高者优先进入早结晶矿物中，低电价者“允许”进入晚阶段矿物。

Ringwood电负性法则：价数和离子半径相近者具有较低电负性的离子优先进入晶格。 6、类质同像研究的地化意义。※

阐明微量元素在各类岩浆岩中的分布以及其在矿物中分配的实际规律；地化中的指纹：标型元素组合；阐明微量元素的环境影响。 7、掌握有关晶体场理论的基本概念。

晶体场理论概要：晶体场理论是研究过渡元素化学键的理论，它在静电理论的基础上，应用量子力学和对称性理论、群论的一些观点，重点研究配位体对中心离子d 轨道或f轨道的影响，来解释过渡元素和镧系元素（d轨道（亚层）或f轨道（次亚层）电子没有全充满）的物理和化学性质。

晶体场能：当过渡金属离子处在晶体结构中时，由于晶体场的非球型对称特征，使d 轨道的能级产生了差异，d 轨道电子的能级与d 轨道电子的能级间的能量差，称为晶体场能，用表示。

晶体场稳定能：d轨道电子能级后，各电子能量相对于未分列前能量（两者差）的代数和。

八面体择位能：在八面体配位和四面体配位的晶体场中，八面体配位的晶体场稳定能通常高于四面体配位的晶体场稳定能，两者之差称为八面体择位能。

第三章

1、地球化学作用的概念：在地壳体系演化中元素存在形式变化的过程。

2、元素地化迁移：元素从一种赋存状态转变为另外一种赋存状态，并伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移。

3、地球系统中化学作用的基本特点。

①为开放体系，大量组分共存、物理化学条件变化范围有限等。

②无论在大系统和少体系中都可以发生地球化学作用，在化学界面上地球化学化学作用较强烈，流体的参与使化学作用加速和加强。

③自发进行的不可逆过程，体系内相数有限，稳定相一般都不是纯化合物。 4、地球化学迁移的类型。

化学和物理化学迁移：硅酸盐熔体迁移，水溶液迁移，气态迁移。

生物和生物化学迁移：与生物活动有关，如光合作用、生物还原（硫）作用等。 机械迁移：以岩屑，矿物碎屑的形式进行迁移。 5、元素地球化学迁移的过程。

分为三个阶段：原来固定（稳定的结合）状态→转化为活动（非稳定结合）状态→在新环境、新的条件下重新沉淀或结晶出新的矿物。 6、元素迁移的标志。※

①通过矿物组合的变化来判断；

②通过岩石中元素含量的系统测定和定量计算来判定（等体积计算法，等阴（氧）离子计算）；

③观察有无物理化学界面的存在，如：氧化还原界面，压力释放带，温度界面，pH界面，水位线，土壤湿度界面等。 7、水岩化学作用类型。※

①氧化还原反应：电子转移的反应。

②脱水和水解反应：水电离的H+ 或OH－进入矿物晶格，分别取代其中的阳离子或阴离子，从而使矿物解体形成新的矿物，为水解反应。反之为脱水反应。

③水合作用：水合作用的实质是水分子整体进入矿物晶格中，从而矿物体积增大形成含水新矿物。

2-- ④碳酸盐或脱碳酸盐化：CO3、 HCO3 与矿物或岩石作用使矿物部分或全部溶解形成新的碳酸盐矿物称为碳酸盐化，反之为脱碳酸盐化。

⑤阳离子交换反应：一些矿物中呈弱结合态的离子在水-岩作用中发生阳离子的带入和带出的现象，主要发生在粘土矿物和胶体吸附过程。 8、什么是溶度积原则？有何实际意义？

在天然水中金属元素首先选择形成活度积最小的化合物的阴离子化合，形成沉淀。 意义：确定各盐类溶液中元素的最大浓度；判断化合物迁移能力的大小

23-4-2--（S9、盐效应：在弱电解质、难溶电解质和非电解质的水溶液中，加入非同离子的无机盐，能改变溶液的活度系数，从而改变离解度或溶解度，这一效应称为盐效应。

10、同离子效应：在弱电解质溶液中加入跟该电解质有相同离子的强电解质，可以降低弱电解质的电离度，这种叫做同离子效应。 11、Ph对元素迁移的影响。※

影响氢氧化物自溶液中沉淀；影响元素共生或分离；影响两性元素的迁移形式；影响酸碱反应的方向；影响元素的存在形式；影响盐类的水解。 12、Eh值对元素迁移的影响及研究意义。

影响环境中元素的氧化还原电位。

研究意义：确定共生变价元素的价态；影响元素的迁移能力；根据变价元素的氧化还原电位E值及浓度确定Eh值。 第四章

1、自然界有哪些事实可以作为自然体系是平衡态的证据与标志。 矿物共生组合在时间上、空间上的重复出现。

一定化学成分的矿物共生组合，随其形成条件改变而改变。 常见岩石（矿石）中主要矿物种数有限。 2、阐述水溶液中元素迁移的主要方式及其特点。

①扩散迁移：如果某元素在体系各部分的浓度不同，该元素的质点将自发由高浓度处像低浓度处迁移，直至体系各处浓度相等，这种方式即为扩散迁移。

其特点为：扩散是一个连续的物质迁移过程，使体系内元素的浓度自动均匀化；扩散介质不运动，体系内存在浓度梯度是扩散的动力。

②渗滤迁移：当体系内存在压力差时，元素（物质）随溶液自高压处向低压处迁移的运移，称为渗滤迁移。

其特点为：介质是流动的，元素随之迁移；迁移动力是压力差，迁移速度与体系内的压力差有关，与浓度梯度无关，元素可以自低浓度处向高浓度处迁移；迁移速度与温度有关，温度增高、元素迁移速度增大；明显受岩石孔隙度影响，有过滤效应。 第五章

1、什么是微量元素地球化学？其研究意义是什么？

是研究微量元素在地球中的分布、化学作用及化学演化的科学。

研究意义有：可作为地质、地球化学过程示踪剂在解决当代地球科学面临的基本理论问题——天体、地球、生命、人类和元素的起源及演化，提供充足的资源和良好的生存环境等方面将发挥越来越重要的作用。 2、重要基本概念。※

微量元素：元素在系统中含量低（通常 0.1%），一般不形成自己的矿物，其行为服

从稀溶液定律和分配定律的元素。在不同条件下演化规律基本一致，可以指示物质的来源和地质体的成因。

常量元素：系统中元素含量高（通常0.1%），一般以矿物形式存在，服从相律和化

学计量比的元素。在不同条件下演化规律不一致，可以指示作用进行的条件和演化过程。

相容元素：在液相和结晶相（固相）的共存体系，如在岩浆结晶作用过程中，一些微量

元素易以类质同像的形式进入造岩矿物晶格，称为相容元素。如Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等。

不相容元素：一些微量元素不易进入造岩矿物晶格，倾向于残留在熔浆或液相这中，称

为不相容元素，如Rb、Cs、Sr、Ba等。

大离子亲石元素：如K、Rb、Cs、Sr、Ba等，它们的离子半径大、电荷低，易溶于水，

地球化学活动性强的元素，可作为地壳作用的示踪剂。

高场强元素：如Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th、HREE等，它们的离子半径小、电荷高，难溶

于水，地球化学性质稳定的元素，可作为“原始”物质组成特征的指示。

3、能斯特分配定律及能斯特分配系数。※※

定律内容：在一定的温度压力下，微量组分在两共存相中的分配达平衡时，其在两相中的化学位相等(  =  )。

能斯特分配系数：在温度、压力相同的条件下，微量元素i（溶质）在两相分配达平衡时

其浓度比为一常数KD，即为能斯特分配系数。

KD>1，该微量元素进入相；KD<1，该微量元素进入β相；KD=1，该微量元素在相，β相中的倾向相同。

3、两种重要岩浆演化过程元素分配的定量模型。※ ①分离结晶作用（表面平衡）

矿物与熔体只是表面平衡，因微量元素在晶体中的扩散要比在熔体中慢得多，使得微量元素在晶体边缘和晶体核部分布不均一，只有晶体边部与熔体达到平衡，而晶体内部与熔体不平衡。则形成晶体的环带状构造。为此，推导出瑞利分馏定律。

L0·L(Di-1)Ci==Ci·F

F为残留熔体与原始熔体的百分数，反映岩浆结晶程度。F=1刚开始结晶；F=0 完全结晶；Di=1，无；Di1，晚期富集。 ②部分熔融作用过程

4、研究分配系数的地化意义。※

定量研究元素分配；为成矿分析提供了理论依据；判断成岩和成矿过程的平衡；微量元素地质温度计；微量元素地质压力计；指示沉积环境；岩浆作用过程微量元素分配和演化定量模型的研究；演讲形成机制的研究；判断岩石成因。 5、稀土元素。 577139 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y 镧 铈 镨 钕 钜 钐 铀 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 钇 以上15个元素为稀土元素，简称REE。 6、稀土元素分类 两分法：

Σce族稀土 La-Eu轻稀土（LREE） ΣY族稀土 Gd-Y重稀土（HREE） 三分法

轻稀土 La-Nd 中稀土 Sm-Ho 重稀土 Er-Lu+Y 7、研究稀土的地化意义※

研究岩石成因：不同成因的岩石有不同的稀土特征。

变质岩原岩恢复：许多变质过程中，稀土元素保持原岩特征。 研究地壳演化：稀土元素特征能反映地壳的演化规律。 第六章

1、什么是同位素地球化学？

同位素地球化学是研究地球和宇宙体中核素的形成、丰度，以及同位素在自然作用过程中分镏和衰变规律的科学。

2、同位素地球化学在解决地学领域问题中有何独到之处？※

计时作用：体系的时钟，从体系形成以来时时刻刻不受干扰地走动着，故可以测定体系的年龄，尤其是对隐生宙的前寒武纪地层以及复杂地质体。

示踪作用：同位素组成的变化受作用环境和作用本身的影响，故可以指示地质体形成的

环境条件、机制，并能追踪物源。

测温作用：由于某些矿物同位素的变化与其形成的温度有关，故可以用来设计各种矿物对的同位素温度计，测定岩石成矿温度。

此外还可以用来进行资源勘查、环境监测、地质灾害防治等。 3、什么是核素，什么是同位素，核素有哪些性质？

同位素是指同一元素质子数相同而中子数不同的所有原子，它们在元素周期中占据同一个位置。

核素是指由不同数量的质子和中子按一定结构组成各种元素的原子核。

核素性质：核素具有电荷；核素具有质量；核素具有丰度；核素具有能量；部分核素具有放射性。

4、掌握下列基本概念。※

放射性同位素：核能自发的衰变为其他核的同位素。

稳定同位素：核是稳定的，到目前为止，还没有发现它们能衰变为其他核的同位素。

稳定同位素又分为：

A轻稳定同位素：原子序数Z＜20，ΔA/A≥10%（ΔA两种同位素的质量差），其发生同位素组成变化的主要原因是同位素分馏作用，其反应可逆。

B重稳定同位素：原子序数Z＞20，ΔA/A＜10%，其发生同位素组成变化的主要原因是放射性核素不断衰变的结果所造成的，不可逆。 5、同位素成分表示方法。

①绝对比率（R）：用两个同位素比值直接表示，如R=16O/18O。 ②对标准样品R的绝对比率差（ΔR），ΔR=R样品-R标准。 ③样品相对于标准样品R的偏离程度的千分率：

δ‰=（R样品-R标准）/R标准×1000=（R样/R标-1）×1000

习惯上，把微量（较小相对丰度）同位素放在R的分子上，这样可以从样品的δ值直接看出它含微量同位素比标准样品是富集还是贫化。δ>0，表明微量同位素比标准更富集；若δ<0，表明微量同位素贫化；若δ=0，表明样品与标准具有相同的同位素丰度比。

6、理解并掌握基本概念。※

衰变反应：放射性同位素不断自发地发射出质点和能量，改变同位素组成并转变成稳定的核素，这种过程称核衰变反应或蜕变。 常见的衰变反应类型：

α-衰变：重核放射出由2个质子和2个中子组成的α质点（即He核），衰变反应为：AZM+e→A-4Z-2M+α，衰变结果，质量数减4，核电荷数减2，在元素周期表上向左移动2格。如：22688Ra→22286Rn+42He。重同位素235U、238U、232Tr以此衰变为主。 β-衰变：原子核中一个中子为一个质子和一个电子（β质点），β质点被射出核外，反应通式为：AZM→AZ+1M+β，其中Z为核电荷数，A为质量数。衰变结果，核内减少一个中子，增加一个质子，质量数不变，核电荷数增加1，变为周期表右侧

878740

的相邻元素。如： 4019K→4020Ca+β，其中8737Rb与8738Sr、37Rb→38Sr+β、19K与4020Ca为同量异位素。

电子捕获：它是β-衰变的逆反应（并非可逆反应），是原子核自发地从K或L层电子轨道上吸取一个电子（多数为K层捕获），与一个质子结合变成一个中子，反应通式为：AZM +e→AZ-1M，衰变结果，质量数不变，核电荷数减1，变为周期表左邻元素。如：4019K+e→4018Ar。

重核裂变：重同位素自发地为2-3片原子量大致相同的碎片。如：238U、235U和232Th等重核都可能发生这种裂变。

7、造成稳定同位素组成变化的原因是什么？※※ 原因主要是稳定同位素的分馏作用：轻稳定同位素（Z〈20）的相对质量差较大（ΔA/A≥10%），在地质作用中由于质量差所引起的同位素相对丰度变异，称为同位素分馏作用。

根据分馏作用的性质和条件可区分如下： 物理分馏：也称质量分馏，同位素之间因质量引起一系列同质量有关的性质的不同，如密度、比重、熔点、沸点等微小的差别，使用使之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。

动力分馏：含有两种同位素的分子，由于质量不同导致它们参加化学反应活性的差异。质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键强度。轻同位素形成的键比重同位素更易于破裂，因此，轻同位素分子的反应速率高于重分子，在共存平衡相之间产生微小的分馏，反应产物、特别是活动相中更富集轻同位素。

平衡分馏：化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键性质的变化，轻重同位素公别富集在不同分子中发生的分异，也称同位素交换反应。达到同位素交换平衡时共存相同位素相对丰度比值为常数，称分馏系数α，α=某元素同位素在A物质中的比值/某元素同位素在B物质中的比值，A、B可以相同也可不同。α值偏离1越大，分馏作用越强；α接近1，表示分馏作用越弱。在同位素交换反应中，分馏效应是随温度变化的，一般来说是温度越高，α越小，分馏效应越不显著。 生物化学分馏：生物活动和有机反应也能导致的同位素分馏效应。如植物的光合作用使12C更多地富集于生物合成有机化合物中。生物成因的地质体如煤、油、气等具有最高的12C/13C值。生物化学分馏是同位素分异作用中重要的控制反应。