1、地球化学 陈远荣桂林理工大学地球科学学院2011 年 11月第六章 微量元素地球化学F 本章内容 F 基本概念F 微量元素在共存相中的分配F 岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型F 稀土元素地球化学F 微量元素的示踪意义 微量元素地球化学是研究微量元素在地球及其子系统中的分布特征、化学作用及化学演化的一门分支学科。它根据系统的特征和微量元素的特性，阐明他们在地球系统中的分布分配，在自然体系中的性状以及在自然界的运动过程和演化历史。 微量元素可以作为地质 地球化学作用的示踪剂，其特色之处就是能近似定量地解决问题，使实际资料与模型设计结合起来。 为此，他们在解决当代地球化学的基础理论问题 如天体、
2、地球、生命和元素的起源，为人类提供充足资源和 良好生存环境等方面正发挥着重要作用 。一、 基本概念什么叫微量（ minor）或痕量（ trace）元素 人们常常相对于地壳中的主量元素而言，为此有人把地球化学体系中低于 0.1% 的元素，通称为微量元素。 然而，所谓主量和微量元素在自然界不同体系中是相对的概念，常因所处的体系不同而异，如 K在地壳整体中是主量元素，但它在陨石中却被视为微量元素。 1968年 Gast对微量元素的定义是：指的是不作为体系中任何相的主要化学计算组分存在的元素。 有的学者根据元素在所研究的地球化学体系中的浓度低到可以近似服从稀溶液定律（亨利定律）的范围，则称该元素为微量
3、元素。 以上讨论中 , 可获得以下几点认识： 微量元素的概念到目前为止尚缺少一个严格的定义； 自然界 “微量 ”元素的概念是相对的； 低浓度（活度）是公认的特征，为此往往不能形成 自己的独立矿物（相）。 微量元素地球化学是地球化学的一个重要分支，它研究在各种地球化学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就是能够近似定量地解决问题，使实际资料和模型计算结合起来 。二、微量元素在共存相中的分配在一定的环境（物理化学条件）中，一切自然作用体系均趋向于平衡。当达到平衡时，相互共存各相之间的分配取决于元素及矿物的晶体化学性质及物理化学条件。 常量元素 微量元素体系中的浓度 很高 很
4、低独 立 矿 物 能形成独立矿物不能形成独立矿物，但在平衡共存的矿物之间（或液相固相之间）进行分配控制因素受相律控制 (f=k-+2)，遵从化学计量原则受自身及矿物的晶体化学性质和环境的物理化学条件控制，服从稀溶液定律，即在平衡共存的各相之间化学位相等微量元素分配的微观理论 只是定性地说明问题。 三十年代的哥氏类质同像法则； 五十年代林氏电负性法则； 六十年代用晶体场理论讨论过渡族元素的分配规律； 七十年代用分子轨道学说对共价键性质化合物元素分配的解释； 八十年代引入了量子力学，量子化学观点 近二十年来，地球化学应用 “ 伯塞洛 能斯特 ” 分配定律来定量地处理微量元素在共存相中的分配问题，
5、已取得了巨大的进展。能斯特（ Nernst）分配定律 ： 1.前提条件： 一定的温度、压力下，微量元素在两相中可以形成液态（或固态）的稀溶液； 2.微量元素在两相中的化学位计算 1 = 1 0 + R T ln (1 )， 、 2 =2 0 + R T ln ( 2 )u：离子化学位； 1 0 、 2 0分别是该元素在相 和相 中标准状态下的化学位 （ 25 ， 1atm） ：离子活度（当溶液中离子的浓度 趋近于 0时，活度与浓度成正比，比例系数 k即亨利系数： k ）； T：体系的绝对温度； R：气体常数（ 8.314J/molK)； 1和 2：两个相。 3.微量元素在两相中分配达到平衡时： = / = k 1/ k 2=1/ 2= e ( 1 0 - 2 0) /R T= KD（ T,P） =常数这就是能斯特分配定律： 一定温度压力下 ,微量元素在平衡共存的两相之间进行分配 ,其分配系数 KD是一常数 ,其大小等于微量元素在两相中浓度的比值。 4.进一步的讨论： 在一定的 P、 T条件下： ，X /X =KD 1，该微量元素更多地进入 相； ， X /X =KD 1，该微量元素更多地进入 相； ，X /X =KD =1，该微量元素在 、 相中倾向相等。可见，微量元素在某相中的化学位越低，它的含量就会越高，就像是水往低处流一样的道理。
