硅酸盐熔体、水溶液、矿物表面

2025-03-04 22:13:52

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回答（1）：

硅酸盐熔体、水溶液、矿物表面的研究，由于实验条件和技术的限制而困难重重。由于量子地球化学研究地球化学系统中微观质点之间可能的相互作用（离子之间电子云重叠的程度、角度、结合能量的大小等），原则上可应用量子地球化学“计算实验”来研究地球化学系统的物质的存在形式和状态、化学反应机制和过程，给这些研究领域的研究提供最有价值的理论指导（於崇文，1996；J.A.Tossell 1996；J.A.Tossell and D.J.Vaughan 1992；Y.Xiao and A.C.Lasaga，1996，1994a，1994b）。

（1）硅酸盐熔体的性质和晶体－熔体平衡

很多矿物和岩石由硅酸盐熔体结晶而成。因此硅酸盐熔体对于地球化学有极重要的意义，而对熔体结构的认识则是揭示岩浆及相关的液－固系统物理、化学和热学性质的前提。

1）硅酸盐熔体有关的结构和化学键：通常人们将硅酸盐熔体中的金属阳离子划分为两种，一种是成网络阳离子，它们在构成熔体的聚合单位内出现在四次配位中；另一种是变网络阳离子，它们将上述单位连接在一起。近年来许多学者已经对铝、碱金属、碱土金属、过渡金属和挥发性物种在硅酸盐熔体中的作用进行过广泛的研究。

2）晶体-熔体平衡：对于硅酸盐熔体中的结构和化学键的进一步了解将可深入揭示和预测岩浆结晶作用的化学过程及熔体与晶体之间化学元素的分配，这方面已经积累了大量的实验资料。较重要的理论研究主要集中在两个方面：化学键理论对于简单离子模型的应用及晶体场理论对于过渡金属的应用。

（2）水溶液

水溶液是地球表层中化学元素迁移和再分配、矿物和岩石形成的最重要的介质。

1）水溶液的分子和电子结构：自由气相H₂O分子的基态、激发态和响应性质（如极化性）是一个极精确的量子力学计算课题。对于水分子群及与少数水分子相互作用的简单阳离子或阴离子也已获得精确的计算结果。对于阳离子M^n＋，曾进行过M^n＋-H₂O距离（M^n＋-O键长）、键能和M^n＋水化能计算，这类研究原则上可以推广到阳离子M^n＋和存在于成矿溶液中的Cl^－，H₂S，HS^－和

或硅酸盐熔体中的

等阴离子物种之间的相互作用。

2）溶液中配合物的形成及其稳定性：大多数金属矿床是在相对较高温度下从热水溶液中沉淀而成的，其中配位离子是多数热液中金属迁移的重要载体。因此研究水溶液中金属配合物在一定的温度和压力范围内的形成及其稳定性，对于热液中金属的迁移、反应和沉淀机理，即热液矿床的成因，具有关键性的意义。

热液矿床中比较重要的金属包括第一过渡系列元素，特别是Mn，Fe，Cu，Zn及其后的过渡系列中的Mo，Ag，Cd，Au，Hg，此外还有Sn，Pb，As，Sb，Bi等非过渡金属。配合

物中最重要的配合基有Cl^－，OH^－和HS^－以及H₂O，以及有机酸，NH₃，F^－，

，

和

。这些配位离子都是确定的分子实体，具有特定的几何构形和配位结构。利用光谱技术和MO的量子力学计算即可将现代的电子结构理论应用于金属配合物的研究中。

（3）矿物表面

最近几十年来，主要由于来自半导体物理、化学催化作用和金属腐蚀等不同领域的技术需求，固体表面的研究发展异常迅速。矿物（或其他结晶固体）的表面在晶体结构和电子结构方面均和整体物质有所不同。现在许多实验新技术，如多种光谱方法、电子衍射、扫描电子显微镜和扫描隧道显微镜等均已用于固体表面的研究。虽然目前对矿物表面进行的专门研究尚相对较少，但自然界中的许多反应现象都发生于矿物表面，因此矿物表面反应性的研究对于许多地球化学现象的发生具有重要意义，并且有广阔的发展前景。

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