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元素的分布

銅臭 / 2022-08-13

一、元素的分布

1.地球在不同深度的結(jié)構(gòu)

地球除地殼部分可以直接研究外，它的內(nèi)部秸構(gòu)是依靠地震波在不同密度各層間的反射作用而得出結(jié)論的。地球按課度分層，共有五個(gè)層，稱為界，如圖28-13所示，各界的成分見(jiàn)表28-13。除在圖中標(biāo)明的各界深度外，II硅酸鹽外殼厚120公里。一般所謂地殼，大約指20公里的厚度而言，包括大氣界和水界。地球中心的壓力，估葉達(dá)三百萬(wàn)大氣壓。

地球的結(jié)構(gòu)很象有互不溶解的三種熔體處在熔礦爐的高溫平衡實(shí)驗(yàn)中。此三種熔體為硅酸鹽(熔渣)、硫化物及氧化物、金屬;它們按比重的不同而分層，當(dāng)結(jié)出時(shí)仍保持原狀。元素在各層中的分布，大致根據(jù)三個(gè)因素: (1)地心引力，較重的金屬進(jìn)入核心; (2)化合性能，較活潑的元素聚集在地殼中;(3)結(jié)晶性能，同晶形的物質(zhì)可以共生。

表28-13 地球各界的主要成分
層次	界	密度	主要成分
I II III IV V	大氣界巖石巖石氧化物-硫化物鐵鎳核心	— 2.8 3.6-4 5-6 約8	78體積%N?、21%O?、1%A 硅酸鹽（包括水界）壓縮的硅酸鹽氧化物，硫化物約91%Fe、8-9%Ni

元素在各界中的優(yōu)勢(shì)存在，見(jiàn)圖28-14。圖中的曲線表明元素在各界中分布的周期性。

2.地殼中化學(xué)元素的分布

鉆井大約可達(dá)5公里取巖心祥品。另外由于地質(zhì)上的變革，暴露了較深的部分?？傊梢灾苯蛹右苑治龅纳疃仁羌s20公里的地殼，包括水和大氣。

地殼中元素的分布見(jiàn)圖28-15。元素分布曲錢的一般趨勢(shì)是，較輕元素較多，較重元素較少;偶數(shù)原子序的元素較多，奇數(shù)原子序的元素較少。這后一現(xiàn)象叫做哈金斯(Harkins)規(guī)則。

元素在地殼中存在的多寡，叫做豐度。豐度可用重量百分表示，稱為重量克拉克(clark)。按克拉克的數(shù)量級(jí)，可將元素按豐度分為十類(當(dāng)然也可以分為較多類)，如表28-14所示。

表28-14 地殼中元素的豐度
重量克拉克數(shù) 量級(jí)	元素	元素?cái)?shù)目
10¹	O Si	2
10?	Al Fe Ca Na K Mg H	7
10?¹	Ti C Cl P S Mn	6
10?²	F Ba N Sr Cr Zr V Ni Zn Cu B	11
10?³	Rb Li Y Cl Co Th Nd Pb Mo Br Be Ga	12
10??	U W Yb Dy Gd Sm Er La Sn Sc Cd As Pr Hf Ar Ge Lu Cs Hg Tu Ho Tb I	23
10??	Se Sb Nb Ta Eu In Bi Tl Ag	9
10??	Pd Pt Ru Os Au Rh Ir Te He	9
10??	Ne Re	2
≤10??	Kr Xe Ra Pa Ac Po Rn Pu Fr At	10

由表可見(jiàn)，如鈦、鋯、釩所謂稀有元素，在地殼中要比普通元素碘、汞、砷多得多，也比鉛、銅、鋅來(lái)得多，可是很分散。銻在地殼中含量很少(10??克拉克數(shù)量級(jí))，可是它在我國(guó)是一個(gè)豐產(chǎn)元素。值得提到的是約有四分之一的元素(絕大多數(shù)是稀有元素)是以10??克拉克數(shù)量級(jí)存在的?？傊氐呢S度是極不均勻的，最豐的一個(gè)元素已占約50%;最豐的兩個(gè)元素占至部元素的75%。最豐的12個(gè)占99.50%，其次的12個(gè)占0.45%，再次的12個(gè)占0.04%。也就是說(shuō)，最豐的36個(gè)元素(約至部元素?cái)?shù)目的三分之一)已占99.99%，而其他約三分之二的元素僅占0.01%。

元素在宇宙間的分布，可以從星球的光譜和射到地面上的隕石而略梗概。分布曲線的一-般趨勢(shì)雖和地殼內(nèi)的分布曲線(圖28-15)相仿，但是占有最高峰的是H，其次是He,不象地殼中最豐的是O,其次是Si。在星云中，主要含H、He等最輕的元素。這些元素進(jìn)行“聚變”的核反應(yīng)，生成重元素，同時(shí)釋放巨大的能量，發(fā)出宇宙線。

二、周期律是現(xiàn)代化學(xué)研究的南針

我們?cè)谶@本教程中，最初在指出化學(xué)的內(nèi)容時(shí)說(shuō)，化學(xué)是研究物質(zhì)及其變化的科學(xué)，就是研究質(zhì)變的科學(xué)。尤其是無(wú)機(jī)化學(xué)，以全部元素作為研究的對(duì)象。一百多種元素，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的已知化合物，如果不能把繁復(fù)紛耘的對(duì)象和現(xiàn)象納入一個(gè)體系之內(nèi)，那末化學(xué)工作者勢(shì)必墮入五里霧中。俄羅斯偉大化學(xué)家門捷列夫所發(fā)現(xiàn)的周期律，對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)和研究起著提網(wǎng)挈領(lǐng)的作用，從而使化學(xué)成為一個(gè)有系統(tǒng)的科學(xué)。

直接受到周期律指導(dǎo)的科學(xué)部門，除無(wú)機(jī)化學(xué)外，還包括分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、物理學(xué)、地球化學(xué)、生物科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等各方面。

周期律不但對(duì)放射性元素蛻變系統(tǒng)的同位素的研究是一個(gè)很大的幫助，它對(duì)于原子核秸構(gòu)的規(guī)律性也指引著探索的途徑。井且象超鈾元素的合成以及重核裂變的研究，也是以周期律為基礎(chǔ)的。這些研究對(duì)于原子能的和平利用有著巨大的意義。

分析化學(xué)是以元素性質(zhì)間的同一性和特殊性為根據(jù)，因而受到了周期律的支配。有機(jī)化合物分子中各原子間的相互影響是取決于有著周期變化的電負(fù)性的。

碳在周期表中的特殊地位，決定了這一元素的原子之間能構(gòu)成穩(wěn)定的長(zhǎng)鍵和各式各樣的環(huán)，致使物質(zhì)有發(fā)展到有機(jī)界的可能。從以具有蛋白質(zhì)及細(xì)胞為主要特征的生物體發(fā)展到具有最高運(yùn)動(dòng) 形式——思稚的人腦，都是和碳作為第四族第一個(gè)元素這一事實(shí)分不開(kāi)的。

周期律便利了物理化學(xué)方而的研究。無(wú)論在同族中由上而下或在同列中自左至右，如反應(yīng)熱、自由能、生成熱等重要常數(shù)呈現(xiàn)著規(guī)律性的變化。同樣，在物理學(xué)中原子光蹭線的波長(zhǎng)也有著類似的規(guī)則變化。不僅這些，周期系還幫助著原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)釋。

元素周期學(xué)說(shuō)推動(dòng)了一個(gè)新的科學(xué)部門——地球化學(xué)——的建立。蘇聯(lián)學(xué)者維爾那茨基和費(fèi)爾斯曼據(jù)以論列了元素在地殼中的散布狀況。此外，生物體需要的元素集中在周期表中的所謂“營(yíng)養(yǎng)線”(短表中由碳畫一直錢至鉀，另一直錢至鐵)上及其附近。又如農(nóng)業(yè)上所用蟲藥的主要元素在周期表中也占著一定的區(qū)域。

門捷列夫元素周期系是人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的偉大學(xué)說(shuō)。

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