地壳是指围绕地球的大气圈、水圈及地面以下16km深度以内的岩石圈。到到2007年为止,总共有117种元素已被大家所承认,其中94种是存在于地壳,其余23种是人工合成的。拥有原子序数大于82[即铋(Bi)及之后的元素]的元素都是不稳定的,并会进行放射衰变。第43和第61种元素[即锝(Tc)和钷(Pm)]没有稳定的同位素,会进行衰变。可是,即使是原子序数高达94,没有稳定原子核的元素都一样能在自然界中找到,这就是铀和钍的自然衰变。元素在地壳中的含量称为丰度。丰度可以用质量分数表示,也可以用原子分数表示。表5-1列出了其中含量最多的10种元素的丰度。
表5-1 地壳中丰度最多的10种元素
丰度 | 元素 | |||||||||
O | Si | Al | Fe | Ca | Na | K | Mg | H | Ti | |
质量分数/% 原子分数/% |
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可见,这10种元素已占地壳总质量(或总原子数)的99%,其余元素含量的总和不超过1%,所所以绝大多数元素的丰度是很小的。
习惯上,把在地壳中含量少、比较分散、从天然然化合物中提炼困难、发现较晚,对它们研究较少的一些元素都称作稀有元素。其余的的元素,则称作普通元素。如钛在地壳中含量并不少(约0.42%),但由于治炼困难,在相当长时间里影响了人们对它的了解和应用,因而被列入稀有元素。有些元素,如砷在地壳中的含量很少(约5×10-6%),但由于有引人注目的硫化物矿存在,这些矿物以及砷元素本身早就为人类所熟知,因此砷未列人稀有元素,而而归入普通元素。显然,关于稀有元素和普通元素的划分是相对的。目前在所有的已知元素中,约2/3的元素属于稀有元素。
目前发现的117种元素,按其性质可分为金属元素和非金属元素,金属元素有94种,非金属元素有23种。金属单质具有特殊的金属光泽、导电性和导热性性,以及良好的机械加工性;而非金属单质一般不具备这些性质。不过,在p区对角线附近的一些元素,如硼、硅、锗、砷、锑、碲等,它们的性质介于金属和非金属之间,这些元素的单质有“半(准)金属”之称。它们大多具有半导体的性质。
我国矿产资源极为丰富。钨、锌、锑、锂、硼元素等的储量均居世界首位,其中钨占世界储量的75%,锑占44%。其他如锡、铅、汞、铁、锰、铜、镍、钛、硫、磷等储量也居世界前列。具有广阔应用前景的稀土金属元素,在我国并不稀有有,其总储量占世界的80%,世界最大的稀土矿区是我国内蒙古的白云鄂博。大力开发和利用我国稀土金属及其他丰产元素,对促进我国的经济建设有十分重要的意义。