趣味地球化学(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：﹝俄﹞亚历山大·叶夫根尼耶维奇·费尔斯曼

出版社：中国妇女出版社

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趣味地球化学试读：

编者的话

由于写作年代的限制，本丛书的内容会存在一定的局限性。比如，当时的科学研究远没有现在严谨，书中存在质量、重量、重力混用的现象；有些地方使用了旧制单位；有些地方用质量单位表示力的大小，等等。而且，随着科学的发展，书中的很多数据，比如，某些最大功率、速度等已有很大的改变。编辑本丛书时，我们在保持原汁原味的基础上，进行了必要的处理。此外，我们还增加了一些人文、历史知识，希望小读者们在阅读时有更大的收获。

在编写的过程中，我们尽了最大的努力，但难免有疏漏，还请读者提出宝贵的意见和建议，以帮助我们完善和改进。

引言

几年前，我编写了《趣味矿物学》这本书，没想到大家对于这本书那么欢迎。我收到了来自各个行业的读者们的来信，从这些信里我看到了他们对于岩石是那么的热爱。孩子们的来信让我感受到了青年一代的热情、勇敢、朝气和毅力，我被他们深深地感染着，所以我决定为了他们，为了未来的青年们，再写一本书。

这几年我投身于另外一个领域，这个领域要比我之前所熟悉的工作领域困难许多、抽象许多，甚至影响到了我的思想，把我从原来宏观的世界带到一个无限小的粒子身上，而全部的世界和人自身都是由这些小微粒构成的。

最近20年里，我参与创立了一门崭新的科学，这门科学就是地球化学。它不是简简单单坐在舒适的房间里写一写就出来的，而是经过无数次的观察、实验和测量才产生的。我们这些人是为了全新的思想而斗争，在斗争中产生了地球化学。每次我把新的一章写完时，我真的感到非常高兴。

那么我对于地球化学要讲些什么呢？它究竟是一门怎样的科学？为什么不能叫作化学，而非要命名为地球化学？还有，为什么化学家们不来写地球化学，而是由地质学家、矿物学家来写呢？对于这些问题，读者在阅读第一章时是得不到答案的。因为第一章虽然讲了很多材料，但是都很简要。只有把这本书前前后后都读懂，才能回答这些问题，才会由衷感受到地球化学的趣味。

在结束这篇引言之前，我非常愿意给读者提供一些意见。我们这本书由四个部分组成，一章接着一章，从普通的物理学和化学上的问题转到地球化学的问题。如果你是一个初学者，对物理学或化学没有学习过，那么你需要仔细认真研读。但如果你已经有了一定的物理化学基础，你也不需要担心，因为我们将每章内容写得都比较独立，不会牵扯到前后章节。所以你可以跳过那些你已经知道的内容，直接阅读你感兴趣的未知的知识。

如果你是个学生，那么你可以结合你的化学课程来阅读这本书。比如你在学到非金属时，可以看看这本书里的硫和磷的内容；学到过渡金属时，可以阅读一下钒和铁两章。

如果你对地质学非常感兴趣，那么恭喜你。这本书可以给你一个全新的学习地质的视角，那就是将化学元素与地质学结合，叙述元素在地壳中的分布和变迁历史。重点就是Chapter 3自然界里原子的历史。

但我这本书可能不能满足热爱化学的人，因为这本书里详细介绍的元素并不算多，只有15种。因为这15种元素就在我们周围，它们非常典型。如果大家想自己叙述一下其他元素的历史，我会非常高兴。因为这真的是一件有意义的工作！

[1]《趣味矿物学》于1928年出版。Chapter 1原子世界什么是地球化学地球内部的化学变化

地球化学是什么？——想要理解我们这本书里所讲的知识，需要先回答这个问题。看看这个名词“地球化学”，让我们把它拆分成“地球”与“化学”。研究“地球”的科学其实就是“地质学”。地质学是一门研究变化的学科。它会告诉我们地球是怎么形成的，又是如何变化的，山川河流怎么形成，怎么形成火山熔岩，以及海底如何能沉积起淤泥沙粒。

哦，对，我们只说了一半，还有“化学”啊。化学是什么呢？让我们从熟悉的“地质学”里找找答案：

地质学里有一个很普遍的研究对象，它就是海水。海水是天然形成的混合物。它非常特别，是由不同数量的几种小球堆叠起来的，但不是乱堆，而是根据一定的规律堆叠的。同样是这几种小球，哪怕在数量也相同的情况下，仍然可以堆出不同的形状。所以同样是水，在自然界中它也有好多种模样，比如南极的冰川还有早上的晨雾。

在科学家们200年的努力下，我们知道这种小球有118种，我们给它们起了个名字，叫元素。在这118种化学元素里面，有能构成气体的氮、氢、氧元素；也有能构成金属的钠、镁、铝、锌、铁元素；还有构成非金属的碳、硅、磷等，它们构成了我们周围世界的基础。[1]并且，这些元素按照一定的规律，可以排列成门捷列夫周期表，也叫作元素周期表。

在门捷列夫周期表的每个格子里，都放着一种元素——一种原子；每个格子依次有一个号码——原子序数。比如第1号是氢，它是最轻的元素，第82号元素是铅，铅的重量是氢的207倍。

原子是由位于中心的原子核与围绕原子核运动的一个或多个电子组成，电子是不断运动的，就像是多个行星围绕太阳旋转一样。而氢原子例外，它像月球围绕地球，因为它只有一个电子。但是相比太阳与地球的巨大，原子非常小，它的直径只有千万分之一毫米。因为不同的原子有不同个数的电子，原子互相交换电子便化合成分子。

化学研究的基本对象就是周期表中的化学元素和它的原子。化学其实也是一项研究变化的学科，这个世界上单纯由一种元素组成的物质是非常少的，大多数是由多种元素组成的化合物。所以从最基本的原子出发，化学研究的便是怎样由单纯的原子合成出复杂的化合物这样的变化过程。

好了，总结一下上文，地质学研究的是地球的变化，化学研究的是物质的化学变化，所以综合起来，地球化学研究的便是地球内部的化学变化。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，以至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，它们的发现历经了整整153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质量为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，这就是稀土元素发现里面的第6名。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。

当时瑞典乌泼撒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有可能是什么轻质的元素鱼目混珠进去，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，最后测得的原子量更是只有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那些非常容易富集，因此也就较早[2]被发现的元素，例如铁和铜。铜是人类最早使用的金属。

地球化学不仅是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，还可以研究在苏联的某些区域，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田。地球化学研究着每一种元素，既要判断它们的动态，还需要了解元素的物理化学性质。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，他需要指出：

●哪里可以找到煤与天然气？

●怎样从岩石中提炼出镧？

●怎么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。地球化学的贡献

我们不愿举出大量的例子使你们困惑，也不想把所有地球化学的知识一股脑儿全给你们。我们只希望你们可以对这门新科学产生兴趣，希望你们在了解了元素们在整个世界的旅行后，能够真正地相信，地球化学真的很年轻，它有着非常广阔的前途。

现在，地球化学研究正在经历3个较大的转变。

●由大陆转向海洋。

●由地表、地壳转向地壳深部、地幔。

●由地球转向宇宙。

地球化学的分析测试手段更为精确、快速。地球化学，除继续为矿产资源、环境保护等做出贡献外，还将为全球气候变化、行星探测、深海观察等提供新的成果。

[1]门捷列夫（1834～1907年），俄国科学家，发现化学元素的周期性，依照原子量制作出世界上第一张元素周期表，并据以预见了一些尚未发现的元素。

[2]早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。比如秦国冶炼青铜的技术比其他六国先进，可以制造出更长的宝剑，更有利于将士拼杀，所以技术的先进为秦国的大一统提供了巨大的优势。看不到的原子缩小的实验室

——来，伸出你们的手，让我带你们去一个微视的世界。首先，我们先来到这个能放大能缩小的实验室。

我们走进去，已经有人在等我们了。“哦，博士，您好呀！”“你们好，欢迎来这里，让我向你们介绍一下这个小屋。这个屋子是由特殊材料建成的，看看这个把手，只要我把它向右一转，我们就会缩小，一分钟后可以缩小到千分之一。那时候我们走出去，就会有一双能够媲美精细显微镜的眼睛。如果大家觉得还不够，再回到这个小屋，我还可以让大家再缩小1000倍。来，准备好，转！”

我们现在已经是“蚂蚁人”了……听到的都是一些沙沙、咔咔等非常嘈杂的声音，这是因为我们的耳朵已经失去了调节声波的功能。我们的眼睛，我的天，我们可以看到青草里一个又一个的细胞小房子，甚至小房子里有许多不同形状的小颗粒，有长条状的，有圆圆的，那是细胞里的“家具”吗？哇呜，飘来一大滴血液，原来血液里有这么多细菌啊，那个圆饼状的是血红细胞、长杆状的是大肠杆菌……可是我们还是看不到分子啊。

脸颊被大风吹得有点儿痛，于是我们又回到了屋子里，看来大家还想再小一些，因为我们还没看到分子啊。接着转动把手。我的天，怎么这么黑啊，地震了吗，怎么会这么动荡？

等我们完全变小后，我们看到了小屋外面的场景。狂风呼啸，还有好像是子弹一样的东西不断轰击着我们的屋子，这些子弹速度非常快啊，都看不清它们的运动。这时，博士说话了：“我们现在不能出去，我们现在只有正常身高的百万分之一，也就是只有1.5微米，哦，那位身高2米的篮球运动员先生，您现在是2微米。我们的头发有一亿分之一厘米，十亿分之一厘米就是一个‘埃’，是原子与分子的长度单位。外面那些子弹其实就是空气中的气体分子，是的，先生，空气分子的直径是2～3个埃，而且空气分子的运动速度真的非常快。“刚才我们走到屋子外面，感觉到风中有沙子吹打在我们的脸上：那是直径大的个别分子聚集体。但现在我们更小了，所以那些子弹对于我们来说就太危险了，这些子弹就是空气中的气体分子，分子运动太快，我们无法看清它们。先生们，我们和小屋不能变得更小了，因为更小的我们将无法承受外面世界的攻击，所以，我们的缩小之旅到此结束。”

博士说完之后，将把手向左转了回去。

刚才的旅程虽然是我们的想象，但是却是根据科学研究理论得出的合理情景。

我们在生活学习的过程中需要不断地和周围的物体接触，有像花草一样有生命的东西，也有像桌椅一般无生命的东西，有固体，有液体，当然也有气体。所有的这些用学术化的词语描述就是——物质。某种物质它有什么样的构造，又会有什么样的物理化学性质呢？物质的结构与性质

在进行缩小旅程之前我们总是觉得物质是一个整体，没有空隙。比如磁铁、水，还有空气。但是缩小后的我们，却看到原来青草里有那么多的细胞、一滴血里也有那么多的各种各样的细菌，甚至空气中有那么剧烈的“子弹攻击”。

再举一些生活中的例子，比如说气球，在炎热的夏天，气球容易爆裂，而冬天则不会。所以，我们应该得出一个结论：物质的内部有许多肉眼看不到的孔隙。

为什么会有孔隙呢？任何物质在无限放大后，我们都可以看到它们是由颗粒组成的。这些小粒子有的叫作原子，有的则叫分子。这是由物质性质决定的。而每个粒子都有自己的运动范围。粒子与粒子接近时会互相排斥，所以无法黏在一起。

我们将粒子连同它周围的运动范围看成一个弹性球。球的半径一[1]般用埃做单位，每种元素都是大小不同的弹性球。比如，氢原子球半径是0.79埃，硫原子球半径是1.04埃。那么这些弹性球如何排列堆积组成物质呢？

如果我们把同种球随便放进一个盒子里，球便会胡乱滚开，所占的容积要大于整齐堆积的小球总体积。各种各样的堆积方法中，占得容积最小的方法叫作最紧堆聚法。具体做法是：

将一堆小珠子放在碟子里，轻轻敲打碟子。所有珠子会向碟子中心滚动，很快会排列成行。你会发现，球心之间的连线彼此成60°角。比如铜、金等金属原子便是这样的堆积方法。

如果是两种不同的球，比如食盐由氯元素和钠元素组成，氯离子弹性球要比钠离子弹性球大。排列方式是两个大球中间穿插一个小球，每个大球被6个小球包围，而每个小球也被6个大球包围。

所以，物质是由最小的粒子——原子通过一定的排列方式组合而成。元素的化学性质[2]“原子”这个思想早在公元前600至前400年间被留基伯和德谟[3][4]克利特提出（希腊文的原意是“不可分的”）。直到道尔顿提出了原子理论，他认为，物质世界的最小单位是原子，原子是单一的，独立的，不可被分割的，在化学变化中保持着稳定的状态，同类原子的属性也是一致的。

到目前为止，人类已知的元素有119种。同种或不同种元素的原子，两两或是多个互相结合可以生成绝大多数物质的分子（少数物质是由原子构成，比如稀有气体）。物质中原子和分子的数目是非常多23的。例如，18克水中含有6.02×10个水分子。

起初人们认为原子是最小的粒子，不可再分。但随着进一步的研究，尤其是对元素放射现象的探讨，人们才明白原子本身是一个非常复杂的结构：

●每个原子的中心都有一个原子核，原子核的直径大约是原子直径的十万分之一。

●虽然原子核非常小，但是却占有原子的大部分质量。

●原子核是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成，不同原子的质子数不同。

●原子核外是不断绕着核旋转的电子，电子的个数等于质子数，所以原子是呈电中性的。

对于元素来说，它的化学性质是由原子半径和最外层电子决定的。所以，即使是不同的原子，只要它们的最外层电子数一样，这些原子的化学性质便是相似的。比如氯、溴、碘。氢、氦和铍的原子结构图。原子核在结构中心，核外的圆圈代表电子轨道氢和钠的原子结构图

如图是几种原子的结构模型，可以看出不同的原子，核外电子轨道不同。

[1]埃米，简称埃，是晶体学、原子物理、超显微结构等常用的长度单位，等于纳米的 。

[2]留基伯（约公元前 500～ 前440年），是古希腊唯物主义哲学家，原子论的奠基人之一。

[3]德谟克利特（约公元前460～前370年），是古希腊伟大的唯物主义哲学家，原子唯物论学说的创始人之一，率先提出原子论（万物由原子构成）。留基伯是他的导师。

[4]约翰·道尔顿（1766～ 1844年），英国化学家、物理学家，近代原子理论的提出者。身边的原子三个场景塔什克山顶湖

让我们先看一下这三个场景。

第一个场景是一个山顶湖：阳光明媚，平静的湖面上泛着粼粼波光，周围是灰白色的石灰岩，山崖上竖立着零星的树木。一切都是那么安静美好。

第二个场景是一个冶炼工厂。工厂上空笼罩着烟雾和蒸汽，冶炼塔吐出红色的火焰——这是世界技术的奇迹，是人类文明进步的产物；每天会有一列列的火车装载着铁矿石、焦炭、石灰石向工厂开去，而工厂则生产出各种钢铁、钢块、钢轨等产品，并将这些产品运往下一个工业中心。

第三个场景是一辆苏联的“吉斯110”型汽车，车两边的深绿色喷漆闪着光，发动机有着140马力，发出轰隆隆的声响，车内有无线电收音机，播放着当时的歌曲。这辆有着历史的漂亮小车是由3000种零件装配成的。

看到这三个场景，你们有什么问题想问吗？山顶湖

第一个场景是一片山顶湖，这片湖里隐藏着什么地质学知识呢？

地质学家：

这个山顶湖其实是自然力量的体现，这么大面积的洼地是如何形成的？这片蓝色的湖被什么拦截在这断崖上？能使岩层隆起产生褶皱的力量该有多强大！

矿物学家：

是啊，自然的力量。看那灰白色的山崖，是历经了几万年甚至是十几万年才将淤泥、贝壳、甲壳压缩形成结实的石灰石，我们需要放大10倍的矿物放大镜，才勉强能看到一个个闪亮的方解石，这些方解石是石灰石中的主要矿物。

工业化学家说：

不止这些，这些石灰石成色这么好，差不多是纯净的碳酸钙了，这是煅烧石灰和制作水泥的最好原料。碳酸钙是钙和二氧化碳的化合物，将其放在酸液里，看，它会溶解，钙会留在酸液中，而二氧化碳则滋滋地跑到空气里了。

地球化学家说：

我非常欣赏你说的那个“差不多”，因为通过分光镜，我们可以发现这石灰石里有锶、钡和硅原子，再分析得精确些，还能发现锌和铅。你们或许会说那里有最纯粹的石灰石吗？答案是没有。有时候我们都会想脚下的这一立方米的石块里是不是能找出几十种甚至上百种元素。

这些科学家的话给了我们极大的启发，让我们不由得想走进这个领域，去发掘那些隐藏在我们身边的秘密。冶炼工厂

好，让我们再看看第二个场景中的工厂。塔一般的高炉里燃烧着熊熊火焰，里面是铁矿、焦炭和石灰石；为什么有粗大的管子伸到炉子里，那管子输送的是什么？铁矿在高炉内熔化，灼热的气体在上方喷出来，映照出红光，炉子内到底发生了什么？

先给大家回答一下第二个问题，炉子里其实发生的是原子之间的故事。

铁矿石里小小的铁原子与大大的氧原子结合紧密，为了能将铁原子们抢出来，生产出可以用来煅打的金属铁。我们应该怎么做呢？实践出真知，经过了上百年的摸索，人类终于制订出了冶铁的详细方案。

首先我们要选出可以帮助我们把铁从氧的怀抱里夺出来的帮手，千挑万选，我们选出了硅原子和碳原子。硅原子半径小，在燃烧过程中可以钻进铁矿中将氧原子夺过来，而碳原子半径较大，只能在矿石外面等着硅原子运出氧，然后将其紧紧抱住生成二氧化碳。这样铁原子就可以聚集起来变成熔铁了。

完成这样一项大工程需要火力和风力的联合，火力供给高温能量使炉内所有的原子都运动起来，而风力，对，就是那根巨大管子所通进炉内的东西，则将炉内生成的气体带到上方，留下所有重的东西沉在炉底。至此，我们得到了想要的东西——铁。“吉斯110”型汽车

让我们接着看第三个场景，苏联制造的“吉斯110”型汽车。

这么坚硬的东西大家肯定知道铁是构成它的主体。但是，不只是单纯的铁哟。看它的发动机，制成发动机体的原料叫铸铁。铸铁是碳含量为4%的碳铁合金。不同碳含量的铁有不同的性质，比如那种含碳量非常小的铁，就非常坚硬，我们将其称为钢。铁里掺杂着锰、镍、钴、钼，就会赋予钢弹性，很坚韧。铁里掺上钒，则会非常柔韧，弹簧便是由它造的。

参与汽车构造的元素，用量排在第二位的是铝。活塞、把手、车身、车顶、踏板均是由铝或铝与铜、硅、锌、镁的合金制成。

还有，火花塞里的瓷、车身外的喷漆，还有蓄电池中的铅硫……总结起来就是，吉斯110是由65种元素和100多种合金制造。16千米深地壳里各种元素的含量（重量）

在人类历史上农业是最早出现的，之后是手工业，而工业则始于18世纪，工业的产生发展是以人类的知识积累为基础的。比如，地壳中有90多种元素，含量排在前5位的元素是氧、硅、铝、铁、钙，这5种元素就占据了91.26%。剩下的80多种元素包括镍、钴、钼加起来只占不到10%，为了能富集镍、钴、钼原子，人们经历了无数实验，不断失败又不断开始，最终掌握了这些原子的获得方法，从而建造了工厂，生产出汽车。

在漫长的时间长河中，人类不断摸索前进，学习各个元素的知识，了解它们的习性，掌握它们的变化规律，在所有条件都具备后，利用这些发挥出人所具有的独特的创造力。如果说，塔什克山顶湖是强大自然力的见证；那么工厂和汽车便是人类智慧的象征。原子的诞生和动态永恒运动

每个人心中都有一幅曼妙夜景图，我心中的夜景是这样的：一望无际的大海上一丝风也没有，海面像镜子一样倒映出天空，皎洁的月亮身边陪伴着一颗星星，金星伴月美丽如斯。四周静悄悄的，连海鸟都窒息于这样的美，一声不发只是默默地看着这一切。这样的夜景确实存在着，所以，有时候人们就会产生这样的感觉，世界是静止的。

但是，真的静止吗？

打开无线电收音机，旋转转钮，你便听到各种声音。它们都是电磁波，有的波长短只有几米，有的波长却长达几千千米，这些电磁波冲上高空又折回地面，彼此重叠，用人耳无法察觉的振动充斥着全世界。

整个世界都是躁动的。哪怕是看上去从没移动过的星星也是以每秒几百几千千米的速度飞驰在整个宇宙中。有些星球以非常大的速度旋转着，卷出瑰丽的星云；有些星星则是直线冲向未知的宇宙空间，一直向前遨游；最有名的那个星球叫作太阳，它“领导”着一群我们看不到的天体，向着银河飞去。

太阳表面的温度非常高，可以将四周的物质变成蒸气，蒸气以每秒几千千米的速度向上冲，很快就生成几千千米高的气流，成为日珥[1]。

不止在星球表面，那些星体的内部，也有物质在沸腾着。在高达几千万摄氏度的环境下：小粒子分开，原子核分裂，核外电子汇集成电子流跑到星体的上空，感应而出的电磁波则经过千百万甚至是几千亿千米的距离来到地球，扰乱了大气的安静。[2]

宇宙是动荡的，在大约公元前100年，就有一位名为卢克莱修的学者说得非常贴切：

不用说，那些原始的天体，

在辽阔的空间到处得不到安息。

相反，它们不断做出各种运动，相互追赶，

有一部分彼此碰撞而远远飞散，

有一部分却分散在相离不远的地方。

该说说我们的地球了。看上去仿佛非常安静，其实它也是活的。它的表面充满了生命活动，每一寸土壤里有千百万个细菌；地心深处奔腾着火热的熔岩；大海中的分子永远在移动，而且它们的振动路线既长又复杂；大气与地球也永远在交换原子，氦原子由地下深处发散出来，它的速度大到可以挣脱地心引力。氧气分子可以从空气转入有机体，二氧化碳分子也可被植被分解参与碳循环。

向细微处看去，一块纯净的晶体，很坚硬也很安静，好像晶体里那些小格子是固定的，格子交点上的原子也一动不动。但是不要被假象骗到，原子不会那么“乖”的，它们在各自的平衡点上颤动，彼此之间交互着电子，那些电子顺着错综复杂的轨道运动着。总而言之，我们周围的一切都不是死的。

在很久以前的古希腊时期，有一位生活在小亚细亚岛的著名哲学[3]家，他叫赫拉克利特。他洞彻了宇宙，并且说过一句话。他说：“一切都在流动（万物皆流）。”这句话被赫尔岑奉为人类史上最有天才的至理名言。

赫拉克利特的这句话说明他是以永恒运动的思想看待整个世界的。人类便是以这种思想来度过历史上的各个时期的。卢克莱修根据这种思想创立了关于万物本质和世界历史的哲学原理。[4]

科学家罗蒙诺索夫则是在此思想上构建了他的物理学，他认为自然界每个点都有三种运动形式：直线的、旋转的、摆动的。在科技飞速发展的今天，许多现象均证明了这个思想是正确的。

所以，我们也要学会用这种眼光看待周围的世界，探索物质的规律。

我们可以观察的宇宙范围是非常广大的，大到用千米来丈量它都太小了。比如太阳和地球，它们之间的距离大约是14960万千米，哪怕是以光的速度跑，也需要499秒。所以，科学家们提出了使用“光[5]年”这个单位。我们所看到的星光很多都是经过了千百万年才到达地球。压力、温度、放射

宇宙中数量最多的物质是氢。氢原子在万有引力和原子间一种特别的力的作用下聚集起来。当聚集的原子个数达到一定数量时就出现了星。但宇宙中并不是充满了星，大部分的空间是空的，每一立方米[6]可能只有10个或100个原子，所以那里的压力只有1个标准大气压的千万亿分之一。同理，可以想象那些星，它们之所以密实是由星体深处的压力决定的，星体深处拥有几十亿个标准大气压力，再在几千万或几亿摄氏度的高温下，这里成为各种原子的诞生室，而氢便是实验的原料。

一面是空荡的星际空间，只有零星的原子在其中飞行着，这里的[7]温度几乎是绝对零度。另一面是星体的中心，那里的原子在千百万摄氏度的温度和千百万个大气压下，克服排斥力聚集成一块相当密实的物质。这是在地球上从未看见过的，化学原子便是由此演变而来。照这样的原理，不同的地方造出不同的化学原子。有的原子重，储藏的能量多；有些比较轻，则上升到星体的大气层中聚集成星云；还有一些因为性质不活跃，留在了星体表面上。

不只有温度和压力的作用，还有放射作用也会对元素的产生有影响。放射的能量非常大，大到可以破坏稳定的原子核，所以有些原子分裂了，有些原子生成了。原子们开始了宇宙旅行，有些原子像钙和钠，在宇宙空间里自由翱翔；有些原子比较重，它们聚集在星云的某些部分中。一旦温度降低，原子便连成一片生成简单的化合物分子：碳化物、碳氢化物和乙炔等，这些化合物便是原子结合的最初产物，也是存在于星体灼热表面的物质。在稍温和的环境条件下，这些简单的分子逐渐形成整齐的系统，构成宇宙的第二个环节——晶体。形成1立方厘米的结晶需要千万亿个原子，所以晶体显示出完全不同于原子的性质——晶体的性质。

曾经我们认为原子是不可分的，是与永恒相并存的。但是经过上述分析，我们明白了原子也是要听时间的话的。就像原子在炽热的星体里生成、发展和死亡以及放射性原子会衰变成其他原子。

我不需要再接着描述下去了，因为我相信你们已经感受到了世界的复杂性和运动性。我们人类对于世界的认识只是万千中的冰山一角，若想获得更多的真理，还需要一代代的人们继续探索。

这时候我只想采用2000年前罗马哲学家卢克莱修的诗句来总结：

原始的时候只是一片混沌和暴风，

一切的开端都是没有秩序地乱哄哄，

在混乱的交战里产生了

空隙、路线、结合、吸引、冲撞、相遇和运动。

因为它们的形状样式各不相同，

大的和小的互相冲散，各奔西东，

它们之间的运动毫无规律，

性质不同的部分彼此分散，

相同的部分联合占据一部分世界，

然后在这世界里发展、合作和分工。

其实，人的理智也反映了永恒运动和发展的过程：刚开始时是糊涂混乱，然后是慢慢看清事物之间的联系，明白运动是合乎规律的，最后产生了宇宙统一的认识……这也是现代科学向我们展现的世界。

[1]日全食时，太阳周围镶着一个红色的环圈，上面跳跃着红色的火舌，这种火舌状物体就叫日珥，日珥是在太阳的色球层上产生的一种非常剧烈的太阳活动，是太阳活动的标志之一。

[2]卢克莱修（约公元前99年～ 约前55年），罗马共和国末期的诗人和哲学家，因哲理长诗《物性论》著称于世。

[3]赫拉克利特（约公元前540～ 前470年）是一位富传奇色彩的哲学家，是爱菲斯学派的代表人物。“人不能两次走进同一条河流”是赫拉克利特的名言。

[4]罗蒙诺索夫（1711～1765年），俄国百科全书式的科学家、语言学家、哲学家和诗人，被誉为俄国科学史上的彼得大帝，提出了“质量守恒定律”（物质不灭定律）的雏形。

[5]光年是长度单位，是计量光在宇宙真空中沿直线传播一年时间的距离单位，一般被用于衡量天体间的时空距离。

[6]1个标准大气压是指温度为0℃、纬度45°海平面上的气压，汞气压表上的数值为760毫米汞柱，相当于101325帕。

[7]绝对零度是热力学的最低温度，是开尔文温度标定义的零点，也就是0开氏度，约等于-273.15℃。在此温度下，物体分子没有动能和势能，动势能为0，故此时物体内能为0。门捷列夫发现元素周期律门捷列夫的发现

在圣彼得堡大学实验室的一所老房子里，有一位名叫门捷列夫的青年教授。他正坐在书桌前埋头编写普通化学教程的教义。面对要讲授的多种元素和化学定律，门捷列夫陷入苦恼，究竟怎么讲呢？讲到金属钾、钠、锂、铁、锰和镍时，怎么能够串起来呢？现在，他其实已经隐隐感觉到这些原子之间有着一些还未被世人发觉的联系。

他拿出几张卡片，每张上面都用笔大大地写出一种元素的字母表示符号、原子量和典型的性质。之后他开始依照元素的性质对这些卡片进行整理分类。

慢慢地，这位年轻的教授看出了点儿什么。他将所有元素按照原子量递增的顺序排成一排，排除少数例外的元素，发现一定数量之后会出现性质与第一张元素相似的元素，于是又从这张开始将那些性质相似的元素排在第二排，第二排排了7个，接着排第三排，这样安排好了17个元素。一列的元素性质是相似的，可也有不完全相似的，所以不得不调整空出一些位置。又接着往下排了17张卡片，再往下就比较复杂了，无法将元素归队。可是元素性质的重复性还是看得出来的。

门捷列夫把自己所知道的元素全部排进去了，排出一张特殊的表，表里除了某些元素外，其他均是按照原子量递增的顺序一个一个横排下去，而且性质相似的元素都上下对齐成一列。门捷列夫于1869年排成的元素周期表

就在1869年3月，门捷列夫将自己的发现写了个报告递交给圣彼得堡理化学会。他已经意识到这次发现的重要意义，便开始专注于修正自己的表格。不久之后，他明白表里确实要留出空位。“将来在硅、硼、铝下面的空位里一定会有新元素。”不久后，他的预言就被证实了，这三个空位里放入了新发现的三种元素镓、锗、钪。

就这样，门捷列夫做出了化学史上最了不起的发现。但是，你不要以为只是排排卡片那么简单，也不要认为门捷列夫不过是运气好。要知道那时候人们只发现了62种元素，而且原子量的测定有一部分还是错的，原子的性质也没有被研究透彻。所以只有深入探索过每一种原子，掌握这个元素和那个元素相似的地方和每种原子的“旅行路线”，才能取得这样的成就。

其实，当时也有另外几位科学家发现了元素性质的相似性。但是大部分的科学家觉得替元素找相似者这种想法很荒谬。比如，有一位[1]名叫纽兰兹的英国化学家，他想发表一篇文章，文章主题是某些元素的性质随原子量的增加重复出现，却被英国化学学会拒绝了。另外一位化学家还嘲笑他说，如果纽兰兹把所有元素按着它们的字母顺序排列，或许会得出更棒的结论。哪怕是门捷列夫，在他提出自己的看法与老师讨论时，他的老师还批评他，说难道这些元素被他用这些卡片摆弄就能发现出什么规律吗？化学元素周期律

想要发现自然界的基本定律，证明每种元素都服从这样的定律，并且可依据这个定律推导出元素的性质。这不仅需要天才的直觉，还需要坚持不懈、永不言弃的精神。这件事情只有门捷列夫做到了。他想出了自然界全部元素的相互关系，把元素有条不紊地整理了出来，发现了自然界的新定律——化学元素周期律。门捷列夫元素周期表

门捷列夫在周期律上用了40年的工夫，在实验室里追寻化学的秘密至最深奥之处。后来，他进入度量衡检定局，用当时最精密的实验仪器研究测定金属的物化性质，得到的结果更加证实了周期律的正确性。他还到乌拉尔研究石油的起源，发现的结构也证实了周期律。门捷列夫临死前，把1869年排好的元素表一再修正，让后来的化学家们在他的周期表的指引下不断补充新元素，最终变成了我们现在所见到的门捷列夫元素周期表。

之后，科学家们发现门捷列夫周期表对于研究原子结构的规律性也是很好的指南。1913年英国物理学家华莫斯莱在研究元素光谱时，无意中发现元素表的另一个规律性，那就是原子的核电荷数等于元素的原子序数，而且原子核外的电子个数也等于原子序数。那些电子被原子核吸引在周围，顺着轨道旋转。比如，锂的原子序数是3，它的核电荷数是3，核外也有3个电子。

任意一个原子，它的全部电子都是按照一定的分布方式排布在原子核外的。离核最近的第一层K层上，除了氢是一个电子外，其他元素都排布了2个电子。第二层L层上，最多能排8个电子。第三层M层最多，是18个。第四层N层是32个。

最外层电子结构决定了原子的化学性质。如果最外层电子数是8，那么这个原子是非常稳定的。如果最外层是一两个电子，那么这个原子是非常容易失去这一两个电子的，失去之后，原子就变成了离子。比如，钠、钾、铷最外层是1个电子，它们就非常容易失去这个电子变成带正电的一价正离子。这时倒数第二层变成了最外层，这层有8个电子，所以离子很稳定不会再起变化。

镁、钙、锶和其他碱土金属原子，最外层是两个电子。它们失去这两个电子后就变成了稳定的二价正离子。氟、氯、溴和其他卤素原子，最外层电子数是7，它们非常想再夺过来一个电子，这样最外层就补够了8个电子变成一价负离子。

如果原子最外层是3、4或5个电子时，这些元素变成离子的趋势就不是很明显了。

原子核结构决定了这种元素的原子量和在自然界里的分布含量。而原子的核外电子数则决定了元素的化学性质和光谱情况。自从发现了这些规律，世界上所有的科学家都明白了门捷列夫的元素周期律是自然界最奥妙的规律之一。

[1]纽兰兹（1837～1898年），英国分析化学家、工业化学家，在门捷列夫之前发现并研究了化学元素性质的周期性。今天的门捷列夫元素周期表绘制元素周期表

科学家们想出来好多办法，打算让门捷列夫的元素周期表的特点更加清楚醒目。比如，将表画成纵横的条带，要么画成了螺旋形，还有人将其画成了纵横交错的弧线。发展到今天，终于有了固定形式的元素周期表。1914年，由索第绘制的门捷列夫元素周期表1945年，螺旋形门捷列夫元素周期表

我们现在来分析一下这张表。

首先，我们看到了许多的方格。这些方格一共有7行18列。一行是一个周期，一列是一族（第8、9、10列属于一族），所以元素周期表有7周期16族。

第一周期只有两种元素：氢（H）和氦（He），第二周期和第三周期都是8种元素，第四周期和第五周期是18种元素，第六周期和第七周期是32种元素。所以，表中一共118种元素，而且第56号和第89号方格中不是一种元素，是15种元素，第56号格内的15种元素叫作镧系元素，第89号格内的15种叫作锕系元素。今天的化学元素周期表

占据着第一格的元素是氢，氢核的质子中子是构成其他原子的基本材料，所以氢占据第一位是当之无愧的。至于尾格元素，曾经被铀一直占据着，现在经过化学家们一代代的努力，已经补全。每个方格里都有数字，这些号数便是原子序数，就是各原子所带的电荷数。

这些元素中有4种元素发现的过程比较曲折，它们分别是第43号、第61号、第85号和第87号。化学家们曾经分析了各种矿物和盐类，想在分光镜中看出新的光谱线，却都一无所获。杂志上也多次发表过文章说是发现了这4种元素，但之后都证明是错的。经过种种曲折，后来化学家们利用人工方法制取出了这些元素。比如，第43号元素的性质非常像锰，所以最初起名叫类锰，后来用合成方法制得后，取名锝；第61号元素始终未在地球和其他星体上发现，是一种稀土元素，后用合成方法获得后，起名钷；第85号元素在碘底下，性质与碘相似，但更加容易逸散，它的名字是砹；第87号元素在很长一段时间里都是谜一样的存在，它是由门捷列夫预言过的，起名叫类铯，后来这种元素被合成出来，名字改为钫。同位素

刚刚说过每个方格只有一个号数，也只有一种元素。但物理学家却站出来说其实并没有那么简单。例如第17格，应该只有一种氯气，氯原子中心一个核，外面17个电子绕其旋转。但物理学家却说有两种氯原子，一种较重，一种较轻。而且无论何时何地，两种氯都是以相同的比率混合，所以氯原子的相对原子量总是35.45。再说一个元素，第30号元素锌，物理学家说有6种。可见虽然每个格子中只有一种化学元素，可这元素往往有好多种，也就是说有好几种“同位素”。

不用说，地球化学家对同位素的发现表现出了极大兴趣。为什么所有同位素都有严格的重量比例？化学家们费尽心思查证这个事实。他们分析了来自各处的盐：海水精制的食盐、湖里的盐、岩盐。从每种盐中制出氯气，没想到这些氯气的原子量完全相同。甚至是降落到地球上的陨石制出的氯气也是那样的情况。它的原子量始终未变。

但是，化学家们最后还是成功地把两种氯分开了。它们是通过复杂的蒸馏得到的两种气体：一种是轻的氯气，另一种是重的氯气。两种氯气的化学性质相同，就是原子量不同。

随后，人们发现氧原子有三种，重量分别是16、17、18。氢原子也有三种，原子量分别是1、2、3。这三种氢，人们为其起名为氕、氘、氚。氘和普通氢气的化学性质一样，但它的重量是普通氢气的两倍。实验室中是用电流把水分解得到纯氘，用氘组成的水叫重水，重水是可以杀灭活细胞的，这是普通水没有的性质。

在实验室里取得这样的成就后，地球化学家把同样的问题放到自然界中进行研究。他们认为，既然化学家可以在一个长颈瓶中把氢分开，那么在自然界里也一定可以做到。只不过自然界的化学反应并不是在一个稳定不变的条件下进行的，而是处于一个不断变化的环境中。就像熔融的岩浆有时在地底下，有时却冒出了地面，所以在自然界是不可能收集到像在实验室里那样大量纯粹的同位素的。

但是，确实可以研究出，海水中的重水含量高于雨水河水，而有些矿物所含的重水要多于海水。这些化合物之间的差别那么微小，只有用非常精密的实验和测试方法才能发现这些差别。

这么一看，同位素的发现让整个门捷列夫元素周期表变复杂了。但是，读者们，同位素并没有损害门捷列夫周期表的伟大，它们只是在极微小的细节上改变了周期表。本质上，这张表还是很简单清楚地表现了自然界的面貌的。先把同位素放在一边，让我们深入地研究一下，这张表对于矿物学家和地球化学家到底有什么意义？分析元素周期表

我们一列列来看。

第一列：氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫。除了氢之外，其余6个均为金属，我们称它们为碱金属。除了人工制成的钫外，其余5种在自然界里常常是一起的。钠的化合物里有食盐，钾的化合物中有烟火原料硝石。其余的碱金属很少见，多用于制造电气仪器。尽管这6种元素是不同的，但化学性质非常相近。

第二列：碱土金属元素。最轻的是铍，最后是镭，这6种元素性质也是十分相似。

第三列：钪、钇，之后是镧系和锕系。钪、钇和镧系共17种元素被称为稀土元素。稀土金属可制成永磁材料和超导材料，其氧化物可作发光材料。锕系元素包括锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹，均为放射性元素。前4种元素存在于自然界中，其余11种全部由人工核反应合成。

第四列：钛、锆、铪、。元素为放射性元素，钛、锆、铪用于制造合金。

第五、六、七列：这些元素在钢铁行业上价值很大，将其添进钢里可以改善钢的性质。

第八、九、十列：这些元素均为金属元素，它们的突出特点是横着的3种元素性质相近。铁、钴、镍性质就很相像，常在同一处发现，做化学分析时很难分开。还有轻铂族金属——钌、铑、钯，重铂族金属——锇、铱、铂，每一行的3种元素性质也是很相像的。门捷姐夫元素周期表

第十一、十二列：铜、银、金、锌、镉、汞，在生活中是很常见的。

第十三列：硼、铝、镓、铟、铊。我们对于生活中的硼和铝是熟悉的。硼是硼酸和硼砂的主要成分，硼砂可以用于焊接。铝含在刚玉、铝土里面，纯铝可以制造金属器皿、饭锅和调羹。这族元素比较复杂。铝是真正的金属，可硼是非金属。

第十四列：碳、硅、锗、锡、铅。碳、硅属于非金属元素，其他为金属元素。碳很早就被人们熟识利用，碳的一系列有机物更是生命的根本。硅极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、沙砾、尘土之中。

第十五列：氮、磷、砷、锑、铋。首先是气体氮，接着是易扩散的磷和砷，然后是半金属的锑，最后是典型金属铋。

第十六列：氧、硫、硒、碲、钋。前4种是非金属，钋则是放射[1]性金属元素，能够在黑暗中发光，由居里夫人和她的丈夫发现。

第十七列：氟、氯、溴、碘、砹，称为卤族元素。这几种元素均易逸散。氟、氯在室温下是气体状态，溴是液体状态，碘则是固体，砹则具有放射性。

第十八列：氦、氖、氩、氪、氙、氡，称为稀有气体元素。它们非常不易与其他元素结合，第一个元素氦是组成太阳的主要气体，最后一个元素氡，原子只能存在几天。

[1]玛丽·居里（1867～1934年），世称“居里夫人”，法国著名波兰裔科学家、物理学家、化学家。她的丈夫皮埃尔·居里也是一位著名的物理学家。1903年，居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖。1911年，居里夫人由于发现了元素钋和镭，获得诺贝尔化学奖，成为世界上第一个两次获诺贝尔奖的人。地球化学中展现出的元素周期表自然界中的元素周期规律

在自然界中化学元素是怎样分布的呢？对于人类来说，这个问题的答案一直都是非常重要的。

在人们还没意识到什么是元素的时候，其实就已经开始寻找答案了。比如，在原始社会时期，人类为了打造出劳动工具，开始使用燧石或比燧石更结实的软玉。很明显，早在公元前好几千年人类就已经开始寻找矿藏了，那时候他们便注意到河沙里闪烁着金子的光泽，有些石块很漂亮或是很沉。

经验是慢慢积累起来的。古埃及人已经知道用来制作蓝色颜料的铜和钴矿分布在哪些地区，后来又知道可以用含铁的赭石做黏土以及用来做圣甲虫雕像的土耳其玉（土耳其玉雕成的圣甲虫像象征复活）。

中世纪的炼金师们也积累了很多自然界的知识，他们在神秘的实验室里试炼金子。他们已经知道，晶亮的方铅矿和闪锌磷常常在同一处矿脉，银总是和金在一起，铜和砷常在一处发现。

人们渐渐明白了自然界的简单规律。有些金属往往是同时出现，比如铜、锡和锌，启发人们去制造这些金属的合金——青铜；还有某些地方金子和宝石同时被发现；黏土和长石总聚在一起，可用来制造瓷器。矿冶业中的元素周期规律

等到欧洲矿冶业发展起来后，地球化学的规律更明显了。在位于萨克森、瑞典和喀尔巴阡山脉的矿坑中建立起了新科学——地球化学。这门科学阐明了哪些元素可以在同一处被发现，在什么条件下，某些元素又在哪种规律的指导下呈现聚集态或分散态。

这些问题都是矿冶业迫切需要解决的问题。现在，我们知道了元素的行为是遵循一定的规律的，我们可以用这些规律勘探矿藏。这类规律，我们日常生活中也知道一些，比如氧气、氮气和几种稀有气体是混合着组成空气的；还知道盐湖或岩盐矿床中氯、溴、碘和钾、钠、镁、钙是以化合态在一起的；花岗岩是一种结晶岩，由熔融的岩浆凝固生成，里面含有固定的几种常见元素和重要的稀有金属钨、铌、钽，而且总是伴随着含硼、铍、锂、氟的宝石；与花岗岩相反的玄武岩里含铬、镍、铜、铁、铂等矿物，岩浆从发源地冲向地面，分散出旁支形成矿脉，矿脉里可以找到锌和铅、金和银、砷和汞。

所以科学越向前发展，地球化学规律便越明显。下面让我们结合一下门捷列夫表吧。

门捷列夫周期表的中心部分有9种金属：铁、钴、镍、铂、钯、锇、铱、钌、铑。它们埋在地下很深的地方。除非山岭被冲成平原，不然地下深处蕴藏着铁和铂的绿色岩层是无法暴露出来的。再看看重金属，它们是铜和锌、银和金、铅和铋、汞和砷，位于表中镍和铂的右方。前面提到过，这些金属总在同一处发现，可以在穿过地壳的矿脉里找到。从表的中线向左看，那儿是金属园地，这里有生成宝石的金属，还有一些稀有元素，它们聚集在花岗岩最后冷凝的部分，也就是伟晶花岗岩中。再看表的最左和最右两方，这两族元素随意结合生成不同的盐。再看看表的右上角，是组成空气的主要元素——氮、氧、氢、氦，而左上角锂、铍、硼，包含在好看的宝石里，比如粉红色和绿色的电气石，翠绿色的祖母绿，紫色的锂辉石里。由此可见，门捷列夫元素周期表确实是勘探金属的指南针。地球展现出的元素周期表

为了证实前面所说的规律性，我们以乌拉尔山脉的主要矿藏为例说明一下。

乌拉尔山脉就是一张横跨着各种岩层的巨大的门捷列夫表。山脉的轴心是比重很大的铂族金属的岩层，相当于表的中心部分；表的两端则是著名的产盐地带索利卡姆斯克和恩巴地区。可以看出，门捷列夫周期表里的元素不是随意排列的，而是根据性质上的相似性来排的，元素性质越接近，在表里的位置也越接近。

让我们来看一下远古时期的乌拉尔，详细地说一说乌拉尔与元素周期表的关系。熔融的岩浆由地底深处上升，里面含有深灰色、黑色、绿色的岩石，混合着铬、钛、钴、镍的矿石，还夹带着钌、铑、钯等铂族金属。这边是乌拉尔历史的第一阶段。橄榄岩和蛇纹岩像长长的链子向北延伸到北极地带群岛，向南没入哈萨克斯坦羽茅草草原的地下，这些岩石构成了乌拉尔山脉的中坚骨干。这是元素周期表的中心部分。乌拉尔山脉的悬崖

在熔化的岩浆分散的过程中，比较轻比较容易逸散的物质被分离出来。然后，岩石经过复杂的变化，变成了今天的乌拉尔山脉，在变化的过程中，这座山有过火山活动，等活动快停止时，山脉深处结晶出有光亮的花岗岩。这是一种灰色花岗岩，它贯通着分凝出来的石英造出的白色矿脉，伟晶花岗岩矿脉则分出旁枝，侵入两旁的岩石中。在这样的过程中容易逸散的元素硼、氟、锂、铍和稀土元素聚集了，同时生成了乌拉尔宝石和稀有金属矿石。这在元素周期表中相当于左边的部分。之后的一段时期，乌拉尔地区地底下还是不断有火热的液体在往上升，里面夹带着低熔点、易溶解的锌、铅、铜、锑、砷的化合物，金和银也跟着出来了。这些矿床连成长链位于乌拉尔东部山坡。这一部分体现的便是门捷列夫元素周期表的右边部分。

火山活动最后停止了，地层在横压力的作用下挤起变成乌拉尔山脉，山峰由东向西移动。替岩浆和矿脉液体打开了出口，现在这种横压力没有了。接着是长时间的破坏作用，在上亿年里乌拉尔山脉受到持续破坏，岩层不断受到冲洗。难溶物质保持不动，剩余物质则溶解在水中，被水流带向大海和湖泊。水流在乌拉尔以西汇集成帕尔姆海，后来海水干了，海面便分成了港湾、湖泊和三角港，这些地方的底层便沉积着钠、钾、镁、氯、溴、硼、铷的盐类。这体现的便是门捷列夫表的左方和右方的方格。

在乌拉尔山顶处只剩下了难溶于水的物质。在中生代千百万年的炎热天气里，被破坏的岩石又长成了地壳。地壳里聚集着铁、镍、铬、钴，形成了储藏量丰富的褐铁矿层，为南部地区的炼镍业打下了基础。在受破坏的花岗岩地区造成了石英冲击矿床，里面聚集着金、钨和宝石，这些东西埋在沙里没有变化。

乌拉尔便这样慢慢沉寂下去了，土盖在它的表层上，只有东部的河水不断冲毁长出的小丘，并在河两岸把锰和铁的矿石重新分离出来。

这便是乌拉尔山所代表的地球展现出的元素周期表。原子分裂——铀和镭放射性元素

我们已经知道，地球化学的基础是原子，原子是“不可分的”。那么这种物质粒子到底是什么呢？真的“不可分”吗？118种原子在构造上就一定没有相同之处吗？

物理学和化学对于原子的概念基础一直是原子是不能再分的小球体。所以才能解释每种原子的性质。科学家们虽然猜测过原子有复杂的结构，却没有深入研究过。直到1896年，著名的法国物理学家贝[1]克勒尔发现了一种奇特的现象，那就是铀能够放射出一种从未见过的射线。不久之后，居里夫妇发现了新元素——镭，镭的放射情况要比铀的清楚许多。从这时候起人们意识到原子有着非常复杂的结构，[2]在经过居里夫人、约里奥-居里夫妇（玛丽·居里夫人的女儿和女婿），以及其他科学工作者的努力，终于搞清楚了原子结构。我们不但知道了构成原子的是哪些粒子，而且了解了这些粒子的大小和重量，它们如何排列，还有是什么样的力量将它们结合了起来。

之前说过，原子的直径虽然只有一亿分之一厘米那么小，但结构却是像太阳系那般复杂。原子中心的原子核直径只有原子直径的十万分之一，但原子质量却几乎集中在这小小的核上。原子核带正电，而且原子越重，带正电的小粒子越多。每种原子的小粒子数正好等于该原子的原子序数。原子核外是电子，电子在离核距离不同的轨道上绕核旋转着。并且，电子个数也等于该原子的原子序数，所以整个原子是呈电中性的。

再说回原子核，原子核是由最简单的两种小粒子组成，一种就是带正电的小粒子，即质子，另一种是不带电的粒子，也就是中子。质子其实就是氢原子核，中子也是实质的粒子，质量与质子质量差不多。在原子核里，质子与中子结合得很紧密，所以原子核在化学反应中非常稳定，不发生变化。

打开元素周期表，从轻元素看向重元素，我们会发现：

●轻元素的原子核中含有差不多个数的质子和中子，因为这些元素的原子量大约是原子序数的两倍。

●重元素的中子数多于质子数，再往后，中子比质子多了许多，这时候原子核就变得不稳定了。

从第81号元素铊起，就存在不稳定同位素了。不稳定的元素原子核会自己分裂，放出大量能量的同时也变成了另一种元素的原子核。从第84号元素钋开始，元素的原子核都是不稳定的，这些元素被称为放射性元素。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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