化學元素和它的原子

所有的化學元素，作為獨立的單位，在地殼里不斷地移動、碰撞、結合。

在不同的環境下，比如地殼的深淺、溫度的高低、壓強的大小，元素根據哪些規律進行相互作用，這是現代地球化學所需要研究的。

有些元素（例如鑭、鈧）很難呈現聚集狀態，以致其在巖石中含量非常少。這類元素被稱為稀土元素。稀土元素一共有17種，它們的發現歷經了150多年的艱苦歷程。

由于提純技術的限制，門捷列夫在1869年給出的第一版元素周期表中，就赫然在鈣的后面留有一個原子量為45的空位。不過這個預言就像放在漂流瓶中的信箋一樣，暫時被學術的汪洋大海靜靜湮沒了。

19世紀晚期，瑞士科學家馬利納克從玫瑰紅色的鉺土中，通過局部分解硝酸鹽的方式，得到了一種不同于鉺土的白色氧化物，他將這種氧化物命名為鐿土，這就是第6種被發現的稀土元素。

當時馬利納克手頭樣品沒多少了，就建議那些有充足鉺土的科學家多制備一些鐿土，以研究它的性質。

當時瑞典烏普薩拉大學的尼爾森手頭正好有鉺土的樣品，他就想按照馬利納克的方法將鉺土提純，并精確測量鉺和鐿的原子質量（因為他這個時候正在專注于精確測量稀土元素的物理與化學常數，以期對元素周期律做出驗證）。但是這時候奇怪的事情發生了，馬利納克給出的鐿的原子量是172.5，而尼爾森得到的則只有167.46。

尼爾森敏銳地意識到這里面可能有什么輕質的元素魚目混珠，才讓這個原子量的測定不再準斤足兩。于是他將得到的鐿土又用相同的流程繼續處理，最后測得的原子量只有134.75；同時光譜中還發現了一些新的吸收線。

尼爾森的判斷是正確的，因此也就獲得了給元素起名的權利。他用他的故鄉斯堪的納維亞半島給這種新元素命名為Scandium，也就是鈧。

與稀土元素形成巨大差異的是另外一些非常容易富集的元素，因此也就較早被發現，例如鐵和銅。銅是人類最早使用的金屬。

地球化學不僅著眼于地球內部乃至整個宇宙中化學元素的分布與遷移規律，還可以研究蘇聯的某些區域，例如高加索和烏拉爾。那些地方油田中的碳、氫、氧元素非常豐富。科學家們可以通過分析這些元素的遷移與分布，判斷出哪些區域富含油氣。

地球化學研究每一種元素，既要判斷它們的動態，還需要了解元素的物理性質和化學性質。比如，它容易和哪種元素化合聚集，又容易與哪些元素分開。

由此可見，現代地球化學已從理論層面轉向實際，而地球化學家成了勘探者，他們需要指出：

圖3 抽油機正在開采石油。

●哪里可以找到煤與天然氣？

●怎樣從巖石中提煉出鑭？

●怎樣從地理環境和變遷歷史中判斷出哪些元素不可能存在于此？

……

這么看來，地球化學是與地質學和化學一起進步的。