Геохимия редкоземельных элементов

Сентябрь 8, 2022

Главная
Химия
Геохимия редкоземельных элементов

Содержание

2. 1976 2007 2006
3. 1989
4. История открытия 1803-1907 «Земли» – термин из старинного арсенала химиков. Обычно так называли оксиды металлов со
6. The Rare Earth Elements (REE)
7. Какие элементы относят к РЗЭ (REE)? TR
8. Y – геохимический двойник Yb Sc – геохимический двойник Ho
9. Классификация РЗЭ: La-Nd – LREE (легкие) Sm,Eu – MREE (средние) Gd-Lu – HREE (тяжелые)
10. Насколько РЗЭ - редкие элементы?
11. Нахождение в природе Как правило, редкоземельные элементы встречаются в природе совместно. Наиболее распространён в земной коре
12. Бастнезит (фтор-карбонат) 74.81% REE2O3 Монацит (фосфат) 69.73% REE2O3 Лопарит
17. Применение В различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, в металлургии и
18. РЗЭ в изотопной геохимии Sm-Nd Lu-Hf методы датирования
19. Правило Оддо-Харкинса (1917г.) Зачем нормируют содержание РЗЭ?
21. РЗЭ обычно нормируют на хондрит СI и примитивную мантию PM (для эндогенных процессов).
22. Нормирование РЗЭ для гипергенных процессов PAAS- NASC- сланцы
23. Основные геохимические свойства РЗЭ: высокозарядные элементы с малым ионным радиусом, поэтому являются НЕСОВМЕСТИМЫМИ (предпочитающими оставаться в
24. РЗЭ – группа из 15 элементов, которые в природных процессах имеют преимущественно степень окисления +3 и
25. Группа редкоземельных элементов уникальна. Второй такой группой элементов могли стать актиноиды, если бы их элементы не
26. Максимальные различия в химических свойствах для трехвалентных РЗЭ проявляются у лантана и лютеция. Этого бывает достаточно,
27. На основании изменения состава РЗЭ в природных процессах по отдельным отношениям между элементами можно восстановить условия
28. Химические свойства РЗЭ сходны, т.к. в их ряду электронами заполняются внутренние орбитали (4f или 5d). В
31. Содержание РЗЭ в основных типах горных пород
32. РЗЭ в континенталь-ной коре
36. 1. Систематическое изменение в поведении РЗЭ как функция атомного номера
37. От La к Lu происходит постепенное понижение ионного радиуса. Изоморфное вхождение РЗЭ в силикаты связано прежде
38. Возможный изоморфизм для РЗЭ
39. РЗЭ в минералах
40. Пример фракционирования РЗЭ в перидотитовых ксенолитах
41. РЗЭ в океанических базальтах
42. 2. Изменение валентности - причина аномалий (положительных и отрицательных) в распределении Eu и Ce
43. Величина аномалии выражается в численной форме как нормированное отношение действительного содержания элемента к его предполагаемому в
44. Eu-аномалия довольно часто встречается в минералах – в плагиоклазах она положительная, в других породообразующих минералах, как
45. Eu2+ является высокосовместимым катионом по отношению к плагиоклазу (близость к/х позиции). Его вхождение облегчено совместным изоморфизмом
46. Положительная Eu-аномалия присутствует в породах, обогащенных плагиоклазом; в лунных анортозитах
47. Граниты Анортозиты
48. Се-аномалия встречается гораздо реже. В основном она отмечается для морских обстановок и осадков – положительная в
50. РЗЭ в биогенном материале РЗЭ в осадочных минералах
52. Фракционирование РЗЭ в дождевой воде (regenwasser)
53. 3. Тетрадный эффект вызван скачками в потенциалах ионизации: La-Nd, Pm-Gd, Gd-Ho, Er-Lu
55. Поскольку тяжелые РЗЭ имеют большое отношение заряда к ионному радиусу, их потенциал ионизации выше и химические
56. Название тетрадного эффекта связано с разделением РЗЭ на четыре субгруппы-тетрады по четыре элемента в каждой: La–Nd,
57. По форме проявления он делится на M-тип с выпуклым профилем РЗЭ в тетрадах и зеркальный по
58. Мобильность РЗЭ
59. Мобильность РЗЭ является крайне сложным вопросом: несмотря на то, что в пользу инертности и устойчивости редкоземельных
60. РЗЭ наиболее мобильны при гидротермальных и метасоматических процессах, менее мобильны при низко- и умеренно температурном метаморфизме,
62. Скачать презентацию

Слайд 2

1976
2007
2006

Слайд 3

1989

Слайд 4

История открытия
1803-1907
«Земли» – термин из старинного арсенала химиков. Обычно так называли

оксиды металлов со специфическими свойствами.

Слайд 5

Слайд 6

The Rare Earth Elements (REE)

Слайд 7

Какие элементы относят к РЗЭ (REE)?
TR

Слайд 8

Y – геохимический двойник Yb
Sc – геохимический двойник Ho

Слайд 9

Классификация РЗЭ:
La-Nd – LREE (легкие)
Sm,Eu – MREE (средние)
Gd-Lu – HREE (тяжелые)

Слайд 10

Насколько РЗЭ - редкие элементы?

Слайд 11

Нахождение в природе
Как правило, редкоземельные элементы встречаются в природе совместно.
Наиболее

распространён в земной коре Ce,
наименее — Tm и Lu.
Наиболее важными источниками редкоземельных элементов служат минералы:
монацит, бастнезит, лопарит, ксенотим и гадолинит.

Слайд 12

Бастнезит
(фтор-карбонат)
74.81% REE2O3
Монацит (фосфат)
69.73% REE2O3
Лопарит

Слайд 13

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Применение
В различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической

промышленности, в металлургии и др.
Широко применяют La, Ce, Nd, Pr в стекольной промышленности в виде оксидов и других соединений. Эти элементы повышают светопрозрачность стекла. РЗЭ входят в состав стекол специального назначения, пропускающих инфракрасные лучи и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стекол.
В химической промышленности, например, в производстве пигментов, лаков и красок, в нефтяной промышленности как катализаторы.
В производстве некоторых взрывчатых веществ, специальных сталей и сплавов, как газопоглотители.
Монокристаллические соединения РЗЭ (а также стёкла) применяют для создания лазерных и других оптически активных и нелинейных элементов в оптоэлектронике.
Nd, Sm, Ce – исключительные магнитные свойства.

Слайд 18

РЗЭ в изотопной геохимии
Sm-Nd
Lu-Hf
методы датирования

Слайд 19

Правило Оддо-Харкинса (1917г.)
Зачем нормируют содержание РЗЭ?

Слайд 20

Слайд 21

РЗЭ обычно нормируют на хондрит СI и примитивную мантию PM (для

эндогенных процессов).

Слайд 22

Нормирование РЗЭ для гипергенных процессов
PAAS-
NASC-
сланцы

Слайд 23

Основные геохимические свойства РЗЭ: высокозарядные элементы с малым ионным радиусом, поэтому являются

НЕСОВМЕСТИМЫМИ (предпочитающими оставаться в расплаве, а не входить в структуру минерала)

Слайд 24

РЗЭ – группа из 15 элементов, которые в природных процессах имеют

преимущественно степень окисления +3 и близкие атомные и ионные радиусы.
Прометий не имеет стабильных изотопов в природе. Церий и европий в зависимости от окислительно-восстановительных условий среды могут менять свои степени окисления на +4 и +2, соответственно.
Своеобразие РЗЭ состоит в том, что близость их химических свойств определяет, на первый взгляд, совершенно одинаковое поведение в природных процессах. Более близкое поведение свойственно лишь изотопам одного элемента.

Слайд 25

Группа редкоземельных элементов уникальна. Второй такой группой элементов могли стать актиноиды,

если бы их элементы не были большей частью искусственно полученными изотопами.
Слабое изменение составов РЗЭ в природных процессах позволяет им сохранять составы РЗЭ источников исходного вещества.
С другой стороны различия в химических свойствах РЗЭ постепенно возрастают вместе с ростом заряда ядра.

Слайд 26

Максимальные различия в химических свойствах для трехвалентных РЗЭ проявляются у лантана

и лютеция. Этого бывает достаточно, чтобы в ряде природных процессов происходило заметное разделение (фракционирование) легких и тяжелых РЗЭ.
В ряду РЗЭ два элемента (Ce, Eu) меняют свои степени окисления, поэтому состав РЗЭ может нести информацию об изменении окислительно-восстановительных условий среды.

Слайд 27

На основании изменения состава РЗЭ в природных процессах по отдельным отношениям

между элементами можно восстановить условия протекания физико-химических процессов (pH и Eh среды, наличие основных комплексообразующих лигандов, соотношение твердая фаза –жидкость, изменение фазового состава твердого вещества в диагенетических реакциях, наличие массообмена в природных системах и другие параметры).

Слайд 28

Химические свойства РЗЭ сходны, т.к. в их ряду электронами заполняются внутренние

орбитали (4f или 5d).
В естественных условиях РЗЭ обладают валентностью 3+, но Eu может быть частично восстановлен до 2+, а Ce может быть окислен до 4+, что в различных процессах может приводить к их аномальному поведению в сравнении с остальными РЗЭ.

Слайд 29

Слайд 30

Слайд 31

Содержание РЗЭ в основных типах горных пород

Слайд 32

РЗЭ в континенталь-ной коре

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35

Слайд 36

1. Систематическое изменение в поведении РЗЭ как функция атомного номера

Слайд 37

От La к Lu происходит постепенное понижение ионного радиуса. Изоморфное вхождение

РЗЭ в силикаты связано прежде всего с замещением Са и определяется размером кристаллохими-ческой позиции.

Слайд 38

Возможный изоморфизм для РЗЭ

Слайд 39

РЗЭ в минералах

Слайд 40

Пример фракционирования РЗЭ в перидотитовых ксенолитах

Слайд 41

РЗЭ в океанических базальтах

Слайд 42

2. Изменение валентности - причина аномалий (положительных и отрицательных)
в распределении Eu

и Ce

Слайд 43

Величина аномалии выражается в численной форме как нормированное отношение действительного содержания

элемента к его предполагаемому в случае отсутствия аномалии, определяемому по соседним РЗЭ:

Слайд 44

Eu-аномалия довольно часто встречается в минералах – в плагиоклазах она положительная,

в других породообразующих минералах, как правило, наблюдается отрицательная Eu-аномалия.
Кроме окислительно-восстановительных условий (фугитивности кислорода) на переход Eu3+/Eu2+ оказывают влияние температура флюида и, в меньшей степени, его pH.
На появление и величину Eu-аномалии влияет соотношение содержания РЗЭ в породе и во флюиде. Состав флюида (хлоридный или фторидный) также влияет на то, какой катион Eu будет преимущественно присутствовать во флюиде и твердой фазе.

Слайд 45

Eu2+ является высокосовместимым катионом по отношению к плагиоклазу (близость к/х позиции).

Его вхождение облегчено совместным изоморфизмом со Sr2+.

Слайд 46

Положительная Eu-аномалия присутствует в породах, обогащенных плагиоклазом; в лунных анортозитах

Слайд 47

Граниты
Анортозиты

Слайд 48

Се-аномалия встречается гораздо реже. В основном она отмечается для морских обстановок

и осадков – положительная в мелководных участках и отрицательная в глубоководных районах.
Отрицательная Се-аномалия в минералах вулканического происхождения объясняется смешением различных субстанций (магма, летучие вещества, поверхностная вода) в процессе вулканической деятельности; в гранатах из мантийных перидотитов – воздействием флюидов, связанных с осадочными породами.
Положительная Се-аномалия характерна для магматических цирконов и объясняется присутствием Се4+ в расплаве при соответствующих значениях фугитивности кислорода

Слайд 49

Слайд 50

РЗЭ в биогенном материале
РЗЭ в осадочных минералах

Слайд 51

Слайд 52

Фракционирование РЗЭ в дождевой воде (regenwasser)

Слайд 53

3. Тетрадный эффект вызван скачками в потенциалах ионизации:
La-Nd, Pm-Gd, Gd-Ho, Er-Lu

Слайд 54

Слайд 55

Поскольку тяжелые РЗЭ имеют большое отношение заряда к ионному радиусу, их

потенциал ионизации выше и химические связи сильнее, чем у легких РЗЭ.
Скачок в потенциалах ионизации между третьим и четвертым элементом в ряду РЗЭ (Nd-Sm), в значении потенциала для седьмого элемента (Gd), и между десятым и одиннадцатым элементами (Ho-Er) вызван наполнением электронами 4f-уровня и известен как тетрадный эффект.

Слайд 56

Название тетрадного эффекта связано с разделением РЗЭ на четыре субгруппы-тетрады по

четыре элемента в каждой: La–Nd, Pm–Gd, Gd–Ho, Er–Lu.
В пределах каждой тетрады профиль распределения РЗЭ имеет свой характер, накладываемый на общий линейный профиль фракционирования РЗЭ.
Наиболее четко тетрадный эффект выражен между Gd и Tb, где носит название «Gd-разрыва».

Слайд 57

По форме проявления он делится на M-тип с выпуклым профилем РЗЭ

в тетрадах и зеркальный по отношению к нему W-тип с вогнутым профилем.
Проявление тетрадного эффекта в породах, в основном в гранитоидах, и минералах из них вызывает взаимодействие расплавов с «водной обстановкой» – высокотемпературными водными флюидами и гидротермальными растворами.

Слайд 58

Мобильность РЗЭ

Слайд 59

Мобильность РЗЭ является крайне сложным вопросом: несмотря на то, что в

пользу инертности и устойчивости редкоземельных элементов к процессам метаморфизма, гидротермальным и прочим наложенным процессам существует масса доказательств, не меньшее количество фактов свидетельствует об их подвижности в этих же обстановках.

Слайд 60

РЗЭ наиболее мобильны при гидротермальных и метасоматических процессах, менее мобильны при

низко- и умеренно температурном метаморфизме, и условно инертны при высокотемпературном метаморфизме.
РЗЭ мобильны в зонах деформаций и рассланцевания (shear-зонах), благоприятных для миграции флюидов, pH и химизм которых создают условия для образования и транспортировки сложных комплексных соединений РЗЭ с карбонатными, фосфатными и сульфатными лигандами во флюиде.