化学元素和它的原子

所有的化学元素，作为独立的单位，在地壳里不断地移动、碰撞、结合。

在不同的环境下，比如地壳的深浅、温度的高低、压强的大小，元素根据哪些规律进行相互作用，这是现代地球化学所需要研究的。

有些元素（例如镧、钪）很难呈现聚集状态，以致其在岩石中含量非常少。这类元素被称为稀土元素。稀土元素一共有17种，它们的发现历经了150多年的艰苦历程。

由于提纯技术的限制，门捷列夫在1869年给出的第一版元素周期表中，就赫然在钙的后面留有一个原子量为45的空位。不过这个预言就像放在漂流瓶中的信笺一样，暂时被学术的汪洋大海静静湮没了。

19世纪晚期，瑞士科学家马利纳克从玫瑰红色的铒土中，通过局部分解硝酸盐的方式，得到了一种不同于铒土的白色氧化物，他将这种氧化物命名为镱土，这就是第6种被发现的稀土元素。

当时马利纳克手头样品没多少了，就建议那些有充足铒土的科学家多制备一些镱土，以研究它的性质。

当时瑞典乌普萨拉大学的尼尔森手头正好有铒土的样品，他就想按照马利纳克的方法将铒土提纯，并精确测量铒和镱的原子质量（因为他这个时候正在专注于精确测量稀土元素的物理与化学常数，以期对元素周期律做出验证）。但是这时候奇怪的事情发生了，马利纳克给出的镱的原子量是172.5，而尼尔森得到的则只有167.46。

尼尔森敏锐地意识到这里面可能有什么轻质的元素鱼目混珠，才让这个原子量的测定不再准斤足两。于是他将得到的镱土又用相同的流程继续处理，最后测得的原子量只有134.75；同时光谱中还发现了一些新的吸收线。

尼尔森的判断是正确的，因此也就获得了给元素起名的权利。他用他的故乡斯堪的纳维亚半岛给这种新元素命名为Scandium，也就是钪。

与稀土元素形成巨大差异的是另外一些非常容易富集的元素，因此也就较早被发现，例如铁和铜。铜是人类最早使用的金属。

地球化学不仅着眼于地球内部乃至整个宇宙中化学元素的分布与迁移规律，还可以研究苏联的某些区域，例如高加索和乌拉尔。那些地方油田中的碳、氢、氧元素非常丰富。科学家们可以通过分析这些元素的迁移与分布，判断出哪些区域富含油气。

地球化学研究每一种元素，既要判断它们的动态，还需要了解元素的物理性质和化学性质。比如，它容易和哪种元素化合聚集，又容易与哪些元素分开。

由此可见，现代地球化学已从理论层面转向实际，而地球化学家成了勘探者，他们需要指出：

图3 抽油机正在开采石油。

●哪里可以找到煤与天然气？

●怎样从岩石中提炼出镧？

●怎样从地理环境和变迁历史中判断出哪些元素不可能存在于此？

……

这么看来，地球化学是与地质学和化学一起进步的。