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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，共有五個層，稱為界，如圖28-13所示，各界的成分見表28-13。除在圖中標明的各界深度外，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，估葉達三百萬大氣壓。

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驗中。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，當結(jié)出時仍保持原狀。元素在各層中的分布，大致根據(jù)三個因素: (1)地心引力，較重的金屬進入核心; (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)勢存在，見圖28-14。圖中的曲線表明元素在各界中分布的周期性。

2.地殼中化學元素的分布

鉆井大約可達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圖28-15。元素分布曲錢的一般趨勢是，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，可將元素按豐度分為十類(當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	元素	元素數(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，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、鋅來得多，可是很分散。銻在地殼中含量很少(10??克拉克數(shù)量級)，可是它在我國是一個豐產(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)量級存在的?？傊氐呢S度是極不均勻的，最豐的一個元素已占約50%;最豐的兩個元素占至部元素的75%。最豐的12個占99.50%，其次的12個占0.45%，再次的12個占0.04%。也就是說，最豐的36個元素(約至部元素數(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。這些元素進行“聚變”的核反應(yīng)，生成重元素，同時釋放巨大的能量，發(fā)出宇宙線。

二、周期律是現(xiàn)代化學研究的南針

我們在這本教程中，最初在指出化學的內(nèi)容時說，化學是研究物質(zhì)及其變化的科學，就是研究質(zhì)變的科學。尤其是無機化學，以全部元素作為研究的對象。一百多種元素，數(shù)以百萬計的已知化合物，如果不能把繁復(fù)紛耘的對象和現(xiàn)象納入一個體系之內(nèi)，那末化學工作者勢必墮入五里霧中。俄羅斯偉大化學家門捷列夫所發(fā)現(xiàn)的周期律，對化學的學習和研究起著提網(wǎng)挈領(lǐng)的作用，從而使化學成為一個有系統(tǒng)的科學。

直接受到周期律指導(dǎo)的科學部門，除無機化學外，還包括分析化學、有機化學、物理化學、物理學、地球化學、生物科學、農(nóng)業(yè)科學等各方面。

周期律不但對放射性元素蛻變系統(tǒng)的同位素的研究是一個很大的幫助，它對于原子核秸構(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。這些研究對于原子能的和平利用有著巨大的意義。

分析化學是以元素性質(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)定的長鍵和各式各樣的環(huán)，致使物質(zhì)有發(fā)展到有機界的可能。從以具有蛋白質(zhì)及細胞為主要特征的生物體發(fā)展到具有最高運動形式——思稚的人腦，都是和碳作為第四族第一個元素這一事實分不開的。

周期律便利了物理化學方而的研究。無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，在物理學中原子光蹭線的波長也有著類似的規(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。

元素周期學說推動了一個新的科學部門——地球化學——的建立。蘇聯(lián)學者維爾那茨基和費爾斯曼據(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識自然和改造自然的偉大學說。

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