一个人的世界——岩石学家科尔任斯基的故事

在我眼里化学热力学是一门高深、孤傲与冷酷的学问,它好像无相神功,只有用意念才可模糊理解,我猜想当年最初研究它的人也一定是个不善言行,默默孤行,喜欢在青山里、枫叶下独自思考的人,吉布斯(Josiah Wil-lard Gibb是)无疑就是这样一种人,后来许多研究者抱怨吉布斯是极度沉默的羔羊,以致使得化学热力学如此晦涩难懂.吉布斯相律(Gibbs phrase rule)是化学热力学理论的精髓之一,它讨论了平衡体系内相数(P)、独立组分数(C)和自由度(F)三者之间的关系,即在平衡条件下,组分将最大限度地形成尽可能少的相,一般表达为:F=C+2-P,当F=0时,即为平衡状态.吉布斯相律对研究矿物组合大有裨益.     

地球化学位

从化学热力学观点,研究元素或其化合物在地球空间中转移和分布的规律,早期有吉布斯关于在重力场内某组分自由能性质的描写,戈德施密特的矿物学相律等。值得注意的是,近15年至20年以来,特别是到今天,在矿石地质学方面,根据化学热力学方法和数据的实验性、理论性、观测性的研究工作已涉及广泛范围。     

交代作用体系的一些热力学性质研究

近年来,作者对水热交代形成的岩石及其铁、金和银矿床进行了一系列的高温高压实验和相平衡的热力学性质的研究。实验过程中交代反应的热力学计算是应用经典和经验公式进行。对实验矿物稳定性和相关系,根据吉布斯f=C+2-P的相律公式,利用Schreine-makas方法作拓扑学图,从而获得了交代岩及其铁、金和银矿床形成的物理化学条件,揭示了交代作用体系的一些热力学性质、特征和成岩成矿的机理。     

岩石物理化学在矿物共生组合研究中的应用

<正>岩石物理化学是岩石学与物理化学之间的交叉学科,是现代岩石学又一重要的研究方向,其理论基础是相律和相平衡原理,以及热力学三大定律。是研究矿物、岩石、熔浆(体)、气体、溶液、流体之间在不同温度、压力条件下平衡共存关系的一种有效方法。矿物共生组合建立之后,是成矿作用和生成的物理—化学条件服务。就可以应用相平衡原理和相律,为探讨和解释矿相平衡图和相平衡曲线可帮助我们:(1)预测和识别物相;(2)认识矿石化学     

问答栏

本刊读者项仲权同志提出几个关于相律以及相律在变质岩上的应用问题,今请王嘉蔭教授解答如下: 1.什么是相平衡定律? 答:相平衡定律是吉布斯伟大的贡献,他找出了理论的公式,解决了相和成分及环境的关系。相平衡定律公式如下: F+P=K+2. 这里,K代表独立成分或者恰当些叫它组份。矿物都是些无机化合物,例如正长石成分是K_2O·Al_2O_3.6S_1O_2或写作KAlSi_3O_6,这些氧化物如K_2O,Al_2O_3及S_1O_2都算是独立成分或組份。P代表“相”的数目。什么是“相”呢?相就是平常所说的固体、液体、气体各算是一个相。但是固体相在矿物上,可能不止一个,例如高温石英和低温石英,就算是二个     

高温固硫物相硫铝酸钙在不同气氛下的动力学实验研究

在分析3CaO·3Al2O3·CaSO4(C4A3S)生成反应热力学参数的基础上,结合变温XRD实验,研究C4A3S在静态空气、流动O2和流动Ar条件下生成的动力学过程,并探讨气氛对C4A2S生成的影响.静态空气下,C4A3S生成反应表观活化能Ea=228 kJ/mol;流通O2气氛下,Ea=68 kJ/mol;流通Ar气氛下,Ea=254kJ/mol.O2气氛能有效地降低C4A3S生成反应表观活化能,惰性(Ar)的贫氧气氛不利于C4A3S生成.     

地质流体热力学性质的蒙特卡罗模拟

地质流体的热力学性质对研究它们在各种地质作用中的地球化学行为起着十分重要的作用。研究地质流体的传统方法有实验方法和经验、半经验模型方法。这些方法的应用范围一般只能涵盖整个地球温压条件中极为有限的区间。新兴的计算机模拟提供了研究地质流体的第三条途径 ,即通过“计算机实验”的方法 ,模拟极限温压条件下地质流体系统的热力学特性和微观性质。与传统方法相比它有优越性 ,且越来越受到地球化学家们的重视。蒙特卡罗法是流体计算机模拟的主要方法和手段之一 ,吉布斯系综法的提出 ,又显示出用蒙特卡罗法在研究物质相平衡和相变特性方面特有的能力。近来 ,人们把蒙特卡罗法应用于地质流体的研究 ,已取得了一些可喜的成果。但是 ,目前在地质研究中蒙特卡罗模拟大部分还局限于相对简单的系统 ,对于成分较复杂的系统 (特别是含水混合物 )的研究还有许多工作要做     

关于核素迁移研究的国际DECOVALEX计划

在核废物地质处置研究中有不少国际性研究计划,DECOVALEX(废物隔离耦合模式的开发及其与实验对比验证)计划就是其中一项。参加该计划的有美国、英国、法国、瑞典、比利时、加拿大和日本,并由此组成指导委员会。参加该研究计划的都是国际上有经验的从事地球化学模式研究的专家。指导委员会主席是美国C.F.Tsang.执行秘书是瑞典F.Kautsky,秘书     

岩溶水系统对大气CO2的潜在影响——基于热力学的研究

认识不同条件下岩溶水释放或吸收CO2的反应过程是研究碳酸盐岩对碳循环响应的前提和基础。本文从吉布斯自由能的热力学原理出发,对全球不同岩溶地区162组岩溶水(河水、溪水、湖水等)进行了热力学研究,结果显示:1)河水、溪水、湖水和洞穴滴水等岩溶水所处的环境因方解石矿物沉积而释放CO2成为大气CO2一个潜在的源;2)地下水在所处的环境下由于方解石的溶解而吸收CO2,成为大气CO2一个潜在的汇;3)少数出露点的泉水所处的环境既可发生方解石的溶解而吸收CO2,成为大气CO2的潜在汇,也可发生方解石的沉积而释放CO2,成为大气CO2的潜在源;4)在洪水期,泉水的水化学特征变化并未导致对大气CO2潜在贡献在源汇之间的跨跃性转变。162组岩溶水数据中,所有河水与溪水皆无一例外地在释放CO2。结果表明,从吉布斯自由能的热力学原理出发,研究岩溶水系统对大气CO2潜在源汇的贡献,没有条件约束,是一种较好的途径。     

放射性~(14)C年代法在冰川冻土研究中的应用

放射性~(14)C的天然存在是由W.F.利贝发现的,1948年正式用于年代测定。此后~(14)C年代法发展很快。由于它能用来测定五六万年以来含碳样品的年龄,而这正是第四纪晚更新世和全新世时期,因此能在地球化学、第四纪地质学、古地理、古气候、考古学以及冰川冻土研究等方面得到应用。早在五十年代国外就对冰川冰进行了~(14)C年代测定。对冰川沉积物的测定更为普遍。近几年来对冰雪和地下水的测定技术也有了发展。冻土研究中测定冻土~(14)C年龄同样也是可行的。在第八、九、十、十一次国际碳十四会议上,冰的~(14)C年龄测定技术及应用方面的论文占有相当比重。我所近几年来已经用~(14)C年代法为冰期划分及冻土年代等方面研究提供了一些数据。     

关于Д·С·柯尔任斯基渗滤及扩散交代作用理论中的几个问题

柯尔任斯基根据野外和室内的地质研究,提出了活动组份概念。应用热力学原理及过滤和扩散效应的理论,推导出相应的热力学方程式及渗滤和扩散交代作用方程式。从而得出了一系列有关交代作用的结论。他的这些研究成果,对地质学的研究方法及对地质学某些方面的理论和实践的进展,无疑具有一定的意义。关于活动组份概念及化学热力学方面,F·J·台尔纳(1948)、B·A·尼格拉也夫(1956)、D.F.Weill和W.S.Fyfe(1964)、(1964)等提出了自已的看法。关于渗滤和扩散交代作用理论,虽然在地质结论方面,有人提出疑义,但未涉及渗滤和扩散交代作用方程式的推导和有关基本理论,本文试图对此提出初步看法,仅供参考。     

鞍山和歪头山前寒武纪铁建造中普通辉石—阳起石组合的成因研究

鞍山和歪头山前寒武纪铁建造中普通辉石和阳起石共存。经镜下、化学成份和矿物相律的综合研究,作者认为,它们是平衡共生关系。这一共生组合的形成取决于两个因素:(1)原岩成份中的ca/(Mg+Fe~(2+))比值高,(2)角闪岩相下限的变质条件。因此它们形成的范围较窄,在自然界分布极为有限。     

介绍改进的单斜辉石地质温度计公式

岩浆岩的结晶温度是了解岩浆起源、演化和结晶过程的重要物理化学参数之一.单斜辉石地质温度计在镁铁质和超镁铁质岩研究方面具有广泛的用途.该法具有所需分析数据少、计算简单、便于应用等特点.1966年,Davis,B.T.C.和Boyd,F.R.对Mg_2Si_2O_6(En)－CaMgsi_2O_6(Di)体系在P=30Kb下进行了相平衡的实验研究,发现了其En—Di固溶体分离曲线的Diss(单斜辉石固溶体)一支与P=1atm条件下该曲线之间的差别很小,从而提出与Opx(斜方辉石)共生的Cpx(单斜辉石)可用作独立于压力效应的地质温度计.     

黑钨矿高温焓的实验研究及其热力学性质的推导

我国是世界著名的产钨区,钨主要是以黑钨矿(Fe_mMn_(1-m))WO_4(0相似文献   

山西离柳地区生态地球化学环境中氟与人群健康关系的研究

为了研究不同生态地球化学区内元素对人体健康的影响 ,在山西离柳地区西部 ,以氟为例 ,运用地下水化学热力学、化学动力学及统计分析 ,得出 :(1)地氟病患病率及病情轻重程度 ,与水 (土 )中F-总量 (F总)及活度 (aF- )、络合物活度 (aMF)及其饱和指数 (βMF)呈正相关关系 ,符合一般规律 ;(2 )氟的不同存在形态的致病作用是aF- >F总 ,aNaF0 >aCaF+>aMgF+,βNaF0 >βCaF+>βMgF+;(3)水循环交替条件及有关组分含量与病情轻重密切相关。研究结果为防治地氟病和地方性病症提供了定性、定量依据 ,也为同类研究提出了新的途径     

成矿地球化学体系自组织现象研究的历史、现状与未来

金属矿床的形成是一个概率极低的自然过程,它是在特殊的地质-物理化学条件下发生的。在什么条件下成矿物质如何集中,这是矿床地球化学研究的核心,在成矿过程中不断发生化学或生物化学反应,并通过流动、扩散、弥散进行质量传输,体系不断与环境交换物质与能量,它们都是开放的非平衡热力学体系,严格说来,研完成矿过程应该采用与此相适应的非平衡热力学和动力学(化学和流体力学的)方法,才能正确地揭示成矿机制。按照耗散结构理论,在开放体系远离平衡态的条件下,当体系参量达到并超过某一阀值时,体系通过     

羟基磷灰石对水溶液中Fe3+的吸附动力学及热力学研究

研究了羟基磷灰石(HAP)对水溶液中Fe3+的吸附动力学及热力学。研究表明,HAP对水溶液中Fe3+的吸附符合Langmiur等温吸附,ct/q=0.006 4 ct+0.018 3;该吸附反应符合一级反应动力学方程,ln CR=-0.043 5 t+4.324 4;吸附反应活化能为Ea=36.26 k J/mol;标准摩尔反应焓为正值表明反应过程吸热;当温度大于285.7 K时,吉布斯自由能小于0,反应可自发进行。     

链烷烃的热力学性质与分子拓扑指数的关系

定义了一种新的连接性指数^1Y=Σk1/m^2 n^2,研究了链烷烃的标准生成焓、标准熵、标准生成吉布斯自由能等三个热力学性质与碳原子个数N，^1Y之间的定量关系，相关系数为优，其计算值与实验值较为接近，对未参与回归的正癸烷的60个异构体的三个热力学性质进行了计算，计算值与实验值较一致。     

矿物包裹体中的子矿物研究

矿物生长过程(或之后)捕获(或沿裂隙浸入)的成矿流体(或熔体)被圈闭在晶体缺陷、窝穴(或愈合裂隙)中与主矿物有相界的物质称为矿物中包裹体,其中的内含物随物理化学条件变化出现的盐析物(固相)谓之子矿物。子矿物是在相对封闭体系中由流体或熔体直接生长的固相;在流体中生长时有足够的生长空间,子矿物常呈自形晶;在熔体中生长时,首先沿包裹体腔壁析出与主矿物成分相同的子矿物;随后按吉布斯(Gibbs)相律演化(Романцев 1977)。可见,研究子矿物是了解成矿溶液(或熔体)特征的天然样品,流体包裹体中子矿物主要有石盐、钾盐等卤化物,其次有硫化     

透闪石低压热力学稳定性的实验研究

众所周知,应用热力学理论解决地质问题的基本前提是,必须拥有足够的、尽可能准确的矿物热力学数据。实验相平衡研究是获得矿物热力学数据的重要手段之一。透闪石是很重要的一种旷物。Boyd(1959)曾对合成透闪石的低压稳定性作过研究。至今他的曲线仍波广泛引用,并用以产生透闪石的热力学数据(如Zen,1972;Helgeson,1978;Veblen,1982),由于Boyd的文章中缺乏有关数据表,人们在对他的数据进行热力学分析时,就只得从他的曲线直接取用P—T数据;又由于在我们的F—OH透闪石固溶体体系热力学稳定关系的实验研究中,须以这样一条曲线作基线,因而有必要对透闪石的热力学稳定性重新进行实验研究。