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地球化學課件9、10第3章水-巖化學作用和水介質中元素的遷移三四-謝財富.ppt

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地球化學第三章 水-巖化學作用和水介質中元素的遷移三、水-巖化學作用的影響因素★與元素本身性質有關的因素:體系中元素本身的豐度元素在固相中的賦存形式(化合物類型、溶解度)元素進入水流體后的存在形式(離子、絡合物、膠體、懸浮物)?!锱c環境有關的因素:體系中其它元素的組成體系的物理化學條件可歸結為體系組成和物理化學環境兩方面三、水-巖化學作用的影響因素(一)體系組成對水-巖作用的影響(二)體系物理化學環境對水-巖作用的影響三、水-巖化學作用的影響因素(一)體系組成對水-巖作用的影響★化合物本身性質所決定的因素:如活度積★體系中其它化合物或組分的類型或濃度控制的因素:共同離子效應、鹽效應★體系中組分的特殊存在形式:膠體作用★度量單位和基本概念摩爾(mol):摩爾是量的國際單位,1摩爾是所含基本微粒個數與12克C12中所含原子個數相等的一系統物質的量(亞佛加德羅常數6.022*1023)。摩爾數=物質質量(克)/分子量(摩爾數也稱為克分子數)體積摩爾濃度:1升溶液中溶質i的摩爾數。Mi=溶質i的摩爾數/溶液的體積(升)重量摩爾濃度mi:1千克溶劑中溶質i的摩爾數稀溶液中體積摩爾濃度與重量摩爾濃度相近因Mi=mi×溶液的密度×[(溶液重量-溶質重量)/溶液重量]水溶液的密度近于1,溶質重量很小。預備知識★化學平衡和平衡常數A+B=C+D 簡單反應正反應驅動力=K1[A][B]逆反應驅動力=K2[C][D]達到平衡: K1[A][B]= K2[C][D]K1/K2=[C][D]/ {[A][B]}=K 平衡常數aA+bB=cC+dD 復雜反應 K= [C]c[D]d/ {[A]a[B]b}★活度:有效濃度a=r×c, c:濃度;r:活度系數,一般1ai-i物質的活度三大定律?三大定律:質量作用定理(K在一定條件下是常數),物質不滅,電價中和定律★呂.查德理法則 化學反應達到平衡后,加入某種物質,化學反應向抵消這種加入的方向發展。 比如:H2+Cl2=2HCl,加入H2,向正反應發展,以消耗H2 同理,溫度、壓力的變化: 加溫,有利吸熱反應(吸收熱量降溫),降溫有利放熱反應 增壓有利于向體積減小的方向反應(收縮體積降壓)1.活度積原理 ◇溶解是指物質以離子狀態存在于溶劑(水)中,形成真溶液。如Cl、S、Ca、Na、Mg、K及部分Fe、Mn、Si、Al等元素多呈離子狀態溶解于水中。 ◇可溶物質溶解多少—能否穩定遷移—何時沉淀,與溶解度有關 ◇溶解度與溶度積有關,溶度積與活度積有關?;疃确e:當溫度一定時,難溶強電解質溶液中離子活度的乘積為一常數,這一常數稱為活度積。 由于難溶化合物的溶解度極小,其濃度與活度相當,故溶度積與活度積均為常數,以Ksp表示。如 ☆ CaCO3 (s) = Ca2+ (aq) + CO32- (aq) 其Ksp = [Ca2+][CO32-]=4.8×10-9 ☆ Ca3(PO4)2=3 Ca2+ (aq) + 2(PO4)3- (aq) Ksp = [Ca2+]3[PO43-]2=3.5×10-33 活度積相當于平衡常數(純固相活度為1)注意反應式系數在活度積計算時的表達1.活度積原理 當溶液中某物質的離子積達到或超過該物質的活度積時,該物質即析出(沉淀),小于此值,即溶解,這種溶解-沉淀關系稱為活度積原理—活度積原理可用于確定溶液中各類離子的最大濃度及判斷化合物遷移能力的大小?;疃确e原理是呂.查德理法則的反映一般地Ksp(S2-)< Ksp(PO43-)< Ksp(CO32-)< Ksp(SO42-)硅酸鹽>碳酸鹽和硫酸鹽 礦物成分單一者>成分復雜者 此外,礦物在風化過程中相對穩定性還與顆粒大小、集合體結構、可滲透性有關 2) 環境條件 ①水; ②溫度; ③大氣中的O2和CO2; ④水介質的酸堿度;⑤環境氧化還原條件等。 (一)風化過程中水-巖化學作用5.風化殼的分帶及Si、Al、Fe的分異演化1)風化殼的形成和發育階段性 風化殼—暴露在地表的巖石經風化后,不穩定的礦物發生分解,可溶性物質隨水流失,剩下的物質殘留原地,與經生物風化形成的土壤在陸地上形成不連續的殼,稱為風化殼。溶解(水解)反應、氧化還原反應、碳酸鹽化、水合作用、陽離子交換:淋濾與聚積礦物風化的階段性:鉀長石→絹云母→水云母→高嶺石;輝石→角閃石→綠泥石→水綠泥石→蒙脫石→多水高嶺石→高嶺石黑云母→蛭石→蒙脫石→高嶺石 (一)風化過程中水-巖化學作用2)風化殼的分帶 風化剖面由下而上分三個帶:(1)半分解和部分淋濾的基巖—被淋濾物質是基巖硅酸鹽,帶內含大量原生的殘留礦物,也有水化置換物(云母、綠泥石、水云母、水綠泥石),及積累有滲透下來的物質。pH值一般8.5~9或更高。(2)未完全風化帶或硅鋁巖帶—蒙脫石族和高嶺石族礦物, pH值5~8.5。(3)風化殘余帶—Al2O3、Fe2O3和MnO,介質明顯呈酸性, pH值>1,保留在海洋。Na、K、Ca、Mg、Cl、SO42-、H3BO3非保守元素:富集系數<1,NO3-、HCO3-、PO43-、SiO44-2.分散元素從海水中遷出的過程3.海洋沉積速率與金屬元素遷移的關系(三)高溫水-巖化學作用1.深源水溶液的類型及其化學組成地下熱水成因類型(據化學成分、同位素組成、水中氣體成分)①大氣降水;②深循環海水;③經過演變的同生水;④變質水;⑤巖漿水;⑥初生水。通常多成因2.高溫下元素遷移和成礦化學作用機制研究實例3.交代變質作用 1)熱液蝕變:鈉長石化、云英巖化、絹英巖化、碳酸鹽化、綠泥石化等 2)矽卡巖化:單交代、雙交代 3)交代過程反應的類型和控制條件反應類型:離子交換反應、脫水反應、水解反應、碳酸鹽化和脫碳酸鹽化(如外帶矽卡巖化)動因:濃度差控制條件:T、P、pH、Eh
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