不相容元素 incompatible elements
又稱濕親巖漿元素(hy-gromagmatophile
elements),在巖漿或熱液的礦物結晶過程中趨向于在液相中富集的某些微量元素(如Sn、Li、Rb、Sr、Cs、Be、Ba、Zr、Hf、Nb、
Ta、Th、u和稀土元素)。因其濃度低,不能形成獨立礦物相。因受其離子半徑、電荷和化合鍵所限,很難進入造巖礦物晶體結構中,而在殘余巖漿或熱液中相對富集。其固——液相分配系數近于零。元素的不相容性可因結晶條件的不同而改變。
相容元素 compatible elements
在巖漿或熱液中的某些微量元素(如Cr、Ni、Co、V等)。在礦物結晶過程中趨向于在早期固相中富集。因其濃度低,不能形成獨立礦物,但其離子半徑、電荷、晶體場等晶體化學性質與構成結晶礦物的主要元素相似,故在固——液相反應或平衡中易于呈類質同象形式進入有關礦物相。其固——液相分配系數明顯大于
1。元素的相容性可因結晶條件的不同而改變。
高場強元素 high field-strength elments
(HFSE)
離子電價較高、半徑較小、具有較高離子場強(為離子電價與半徑之比)的元素,典型代表為Nb、Ta、zr、Hf、Th等。這些元素地球化學性質一般較穩定,不易受變質、蝕變和風化作用等的影響,因此常用來恢復遭后期變化巖石的原巖性質。
指離子半徑小、離子電荷大、離子電位(2/R)大于3的元素,如釷、鈮、鉭、磷、鋯、鉿、稀土元素等。
親石元素 lithophile elements
與氧親和力強,自然界主要以硅酸鹽或其他含氧鹽和氧化物集中于巖石圈中的元素。
這些元素離子的最外層多具有8個電子層結構,氧化物的形成熱大于氧化鐵的形成熱,包括周期表中二、三周期(除氮、硫外)、四至七周期中I、II族主族、
IV~VI族副族(除鉬)與VII族中的錳等元素。其中離子半徑大的親石元素稱為大離子親石元素(large-ion lithophile element
LILE),包括鉀、銣、鈣、鍶、鋇、鉈等。
主要富集于地殼及酸堿性巖中,也稱為造巖元素(如O、Si、Al、K、Na、Ca、Mg、Li、Rb、Be、Sr、Ba等)。
堿土金屬與堿金屬元素都屬于親石元素,主要為成巖元素,Li、Be產于偉晶巖中;Na、Mg、Al、Si、K、Ca一般巖石礦物的主要組成元素;Rb、
Cs、Sr、Ba、稀有金屬可以形成獨立礦物。一些放射性元素U、Th、Ra也主要與親石元素共生,尤其是與堿性巖元素共生。一些稀有元素,Sc、Y、
Zr、Hf、Nb、Ta、W、Mo、REE,一般形成氧化物,可以形成獨立礦物或作為伴生微量元素出現。
過渡元素 transition elements
過渡元素是指元素周期表中d區的一系列金屬元素,又稱過渡金屬。一般來說,這一區域包括3到12一共十個族的元素,但不包括f區的內過渡元素。
“過渡元素”這一名詞首先由門捷列夫提出,用于指代8、9、10三族元素。他認為從堿金屬到錳族是一個“周期”,銅族到鹵素又是一個,那么夾在兩個周期之間的元素就一定有過渡的性質。這個詞雖然還在使用,但已失去了原意。
過渡金屬元素的一個周期稱為一個過渡系,第4、5、6周期的元素分別屬于第一、二、三過渡系。
性質
過渡金屬由于具有未充滿的價層d軌道,基於十八電子規則,性質與其他元素有明顯差別。
由于這一區很多元素的電子構型中都有不少單電子(錳這一族尤為突出,d5構型),較容易失去,所以這些金屬都有可變價態,有的(如鐵)還有多種穩定存在的金屬離子。過渡金屬最高可以顯+7(錳)、+8(鋨)氧化態,前者由于單電子的存在,后者由于能級太高,價電子結合的較為松散。高氧化態存在于金屬的酸根或酰基中(如:VO43?釩酸根,VO22+釩酰基)。
對于第一過渡系,高氧化態經常是強氧化劑,并且它們都能形成有還原性的二價金屬離子。對于二、三過渡系,由于原子半徑大、價電子能量高的原因,低氧化態很難形成,其高氧化態也沒有氧化性。同一族的二、三過渡系元素具有相仿的原子半徑和相同的性質,這是由于鑭系收縮造成的。
由于空的d軌道的存在,過渡金屬很容易形成配合物。金屬元素采用雜化軌道接受電子以達到16或18電子的穩定狀態。當配合物需要價層d軌道參與雜化時,d
軌道上的電子就會發生重排,有些元素重排后可以使電子完全成對,這類物質稱為反磁性物質。相反,當價層d軌道不需要重排,或重排后還有單電子時,生成的配合物就是順磁性的。反磁性的物質沒有顏色,而順磁性的物質有顏色,其顏色因物質而異,甚至兩種異構體的顏色都是不同的。一些金屬離子的顏色也是有單電子的緣故。
大多數過渡金屬都是以氧化物或硫化物的形式存在于地殼中,只有金、銀等幾種單質可以穩定存在。
最典型的過渡金屬是4-10族。銅一族能形成配合物,但由于d10構型太穩定,最高價只能達到+3。靠近主族的稀土金屬只有很少可變價態。12族元素只有汞有可變價態,鋅基本上就是主族金屬。由于性質上的差異,有時銅、鋅兩族元素并不看作是過渡金屬,這時銅鋅兩族合稱ds區元素。