地殼是指圍繞地球的大氣圈、水圈及地面以下16km深度以內(nèi)的巖石圈。到到2007年為止,總共有117種元素已被大家所承認(rèn),其中94種是存在于地殼,其余23種是人工合成的。擁有原子序數(shù)大于82[即鉍(Bi)及之后的元素]的元素都是不穩(wěn)定的,并會進(jìn)行放射衰變。第43和第61種元素[即锝(Tc)和钷(Pm)]沒有穩(wěn)定的同位素,會進(jìn)行衰變??墒?,即使是原子序數(shù)高達(dá)94,沒有穩(wěn)定原子核的元素都一樣能在自然界中找到,這就是鈾和釷的自然衰變。元素在地殼中的含量稱為豐度。豐度可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示,也可以用原子分?jǐn)?shù)表示。表5-1列出了其中含量最多的10種元素的豐度。
表5-1 地殼中豐度最多的10種元素
豐度 | 元素 | |||||||||
O | Si | Al | Fe | Ca | Na | K | Mg | H | Ti | |
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 原子分?jǐn)?shù)/% |
48.6 53.8 |
26.3 18.2 |
7.73 5.55 |
4.75 1.64 |
3.45 1.67 |
2.74 2.26 |
2.47 0.80 |
2.00 1.60 |
0.76 13.6 |
0.42 0.16 |
由表5-1可見,這10種元素已占地殼總質(zhì)量(或總原子數(shù))的99%,其余元素含量的總和不超過1%,所所以絕大多數(shù)元素的豐度是很小的。
習(xí)慣上,把在地殼中含量少、比較分散、從天然然化合物中提煉困難、發(fā)現(xiàn)較晚,對它們研究較少的一些元素都稱作稀有元素。其余的的元素,則稱作普通元素。如鈦在地殼中含量并不少(約0.42%),但由于治煉困難,在相當(dāng)長時間里影響了人們對它的了解和應(yīng)用,因而被列入稀有元素。有些元素,如砷在地殼中的含量很少(約5×10-6%),但由于有引人注目的硫化物礦存在,這些礦物以及砷元素本身早就為人類所熟知,因此砷未列人稀有元素,而而歸入普通元素。顯然,關(guān)于稀有元素和普通元素的劃分是相對的。目前在所有的已知元素中,約2/3的元素屬于稀有元素。
目前發(fā)現(xiàn)的117種元素,按其性質(zhì)可分為金屬元素和非金屬元素,金屬元素有94種,非金屬元素有23種。金屬單質(zhì)具有特殊的金屬光澤、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性性,以及良好的機(jī)械加工性;而非金屬單質(zhì)一般不具備這些性質(zhì)。不過,在p區(qū)對角線附近的一些元素,如硼、硅、鍺、砷、銻、碲等,它們的性質(zhì)介于金屬和非金屬之間,這些元素的單質(zhì)有“半(準(zhǔn))金屬”之稱。它們大多具有半導(dǎo)體的性質(zhì)。
我國礦產(chǎn)資源極為豐富。鎢、鋅、銻、鋰、硼元素等的儲量均居世界首位,其中鎢占世界儲量的75%,銻占44%。其他如錫、鉛、汞、鐵、錳、銅、鎳、鈦、硫、磷等儲量也居世界前列。具有廣闊應(yīng)用前景的稀土金屬元素,在我國并不稀有有,其總儲量占世界的80%,世界最大的稀土礦區(qū)是我國內(nèi)蒙古的白云鄂博。大力開發(fā)和利用我國稀土金屬及其他豐產(chǎn)元素,對促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)有十分重要的意義。