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自然界中元素的存在

发布时间:2025-01-27 14:28:55

自然界中元素的存在如下:

天然存在的元素90多种,它们共有300多种核素天然存在。迄今为止,已发现的元素有100多种,其中天然存在的有90多种,人工制造的有10多种,其中原子序数≥83的许多元素及其化合物不稳定,具有放射性。凡是具有一定质子数、中子数并处于特定能量状态的原子或原子核称为核素。

目前已知的核素有2000多种,分别属于100多种元素,一种元素可包含多种核素。在这约2000多种核素中,天然存在有300多种,其中30多种是不稳定的;人工制造的有1600多种,其中绝大多数是不稳定的。

举个例子:氢元素在自然界天然存在的核素有:氕(piē)(氢1,H)、氘(dāo)(氢2,重氢,D)、氚(chuān)(氢3,超重氢,T);以人工方法合成的同位素有:氢4、氢5、氢6、氢7。

元素的存在形式主要有独立矿物、类质同象、胶体吸附等。

1、独立矿物

独立矿物是指自然形成的能够在肉眼或显微镜下进行矿物学研究的、可用机械的或物理的方法分离出单矿物样品的矿物颗粒(粒径>0.001mm)。

独立矿物是元素在宏观的集中状态下的主要存在形式。大多数元素都能以独立矿物的形式存在,如常量元素(O,Si,K,Na,Ca,Mg,Fe,Al)和某些丰度值较高的元素(P,Zr,Ti等)常以独立矿物形式存在,甚至很多微量元素(Be,Ni,As,Mo,Cu,Pb,Sn等)在一些特殊环境下。

也可以微小颗粒的独立矿物存在于岩石和各种松散的沉积物中,局部甚至富集成矿。具体而言,独立矿物在自然界中有自然元素、化合物和显微包裹体三种形式。

2、类质同象

类质同象是指性质上相近的原子、离子、配离子在晶体中以可变量彼此替换的现象。类质同象的“类质”可理解为同类元素;同象是指发生替换的前后,晶体结构保持不变,或化学结构式相同。

类质同象是微量元素重要的存在形式,很多微量元素(Ga,In,Ge,Tl,Cd,Se,Ra,Rb,Hf等)均主要以类质同象的形式存在于各种矿物之中,甚至有微量元素虽能形成独立矿物,但其主要部分还是呈类质同象的形式赋存于其他独立矿物之中。

元素以类质同象混入的矿物叫寄主矿物,它既可以是造岩矿物(包括副矿物),也可以是矿石矿物。寄主矿物的存在也可以指示微量元素在岩石中的存在和富集程度。例如,在中性和酸性岩石中黑云母可指示出Li,Cs,Cu,Zn,Nb,Ta,Sn,W的存在和富集程度;闪锌矿可以指示出Cd,Ga,In,Ge等元素的存在和富集程度等。

类质同象是支配地壳中元素共生组合的基本规律之一。它反映了矿物、岩石中微量元素和常量元素之间的依赖、制约关系。利用这些关系可以预测稀有、分散元素的赋存与集散,可作为选定找矿指示元素的理论根据;掌握这种规律还有利于开展综合找矿和矿产的综合利用,充分发挥矿产资源的作用。

如:利用它可以判断成矿条件是否有利——若硅酸盐中镁的含量高,即不利于镍的集中(镍置换镁而分散在岩体中);反之,若钙高、镁低、硫多,则镍易富集成矿。

3、胶体吸附

胶体是一种物质的极细微粒分散在另一种物质之中所形成的不均匀的细分散系。例如,蛋白石就是SiO2的极细微粒分散在H2O中。通常把前者称为分散质或分散相;后者称为分散媒体或分散介质。分散质的量远大于分散媒的胶体称为胶凝体;而小于分散媒的则称为胶溶体。

胶体是带电的,常以各种方式吸附各种离子,而参与成岩成矿作用。根据胶体粒子吸附阴阳离子的不同,可分为正胶体和负胶体两种。正胶体可吸附多种配阴离子,如Fe2O3的胶体粒子能吸附等配阴离子。

负胶体可吸附多种阳离子,如MnO2的胶体粒子能吸附Cu,Pb,Zn,Co,Ni,Ba等40多种阳离子,腐殖质胶体粒子能吸附Ca,Mg,Cu,Ni等阳离子。此外,晶体表面也具有一定的吸附离子的作用。很多沸石和黏土矿物也具有很强的吸附能力。

4、有机质结合

研究有机质的作用,对于了解元素的赋存状态和相互结合的规律已显得越来越重要。例如,通过对某些元素沉积富铁矿的研究,发现它们多半不是由水体中简单的化学作用形成的,而是生活在海洋里或沼泽湖泊中的铁细菌生物化学作用的产物。

还有海鞘能从海水中吸收V使其体内含量达0.5%,而水中只含5×10-7,也就是说它能提高100万倍。另据报道,每吨玉米灰含金10g,而附近的岩石中每吨只含0.2g。这些都说明生物在其生命活动中有选择性地吸收某些元素作为营养或作为其躯体的一部分。

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