互动科普

元素周期表中有112个得到确认的元素，而在地球上现存的原子序数最大的天然元素是92号铀。地球上天然存在的元素总共约有80种，它们按一定的规则组合演绎，生成我们眼中这缤纷多彩的世界，甚至“组合”出了我们自己。原子为什么要组合在一起？它们是靠什么力量、按照怎样的规则进行组合呢？这少量的元素为什么能“组合”出几乎无限的物质世界？似乎有一只看不见的手在操纵这一切。

在恒星中产生出比铁轻的元素，超新星爆发又制造出重元素，这些不多的元素三三两两组合起来，就构造出地球上的万千世界。

地球上的元素与宇宙中的元素有所不同

宇宙中元素相对量的多少一般用丰度来表示，通过对恒星光谱进行分析，科学家发现绝大多数恒星中元素的丰度是相同的。太阳也属于这绝大多数恒星中的一颗，它又集中了太阳系物质的约99.9%，太阳系元素的丰度基本可以看作是宇宙的元素丰度。通过对太阳光谱的研究，可以知道太阳中元素的种类和各自的含量，其中氢和氦占了绝大部分（98%），其他元素的丰度基本上随着原子序数的增加呈逐渐降低趋势。

地球上各元素的比例与太阳系的不一样，这与地球的形成和演化过程有关，地球形成时就属于岩石类行星，各种元素的丰度有所选择。另外，宇宙中的元素是在不断地生成、衰变，达到稳定元素的动态过程，而地球形成之后经过46亿年的演化，原来含有的放射性元素大部分都衰变殆尽，转变为稳定的元素；又由于地球的引力较小，一部分像氢和氦等较轻的气体早已逃逸到宇宙中去。现在地球上最多的元素是氧，接下来是硅（地壳中的主要元素）、铝、铁等，氢只排第10位，而且主要是以化合物的形式存在的，比如水。氦是稀有气体，难以与其他元素结合，在地球上几乎很少了，它最初是在太阳上被发现的。

地球上现有的天然元素总共约有80种左右（天然存在的元素最大序数是92号铀，在铀之前的43，61，84〜89和91号元素极不稳定，在自然界中含量很低，可以认为几乎不存在。大于92号的元素也都是放射性元素，没有稳定元素，在自然界中的含量也极低。可认为几乎不存在），它们基本上都是稳定的元素，原则上不会再发生改变。但也有少量的放射性元素，如重元素铀，由于铀238的结特殊构，其半衰期长达45亿年，与地球的年龄差不多，从地球形成到现在已经有一半的铀238衰变为其他元素，剩下的只有原初的一半，基本可以看作是相对稳定的。铀238的衰变的产物还会再衰变，一直到稳定的铅元素为止。用作原子弹或者核电站燃料的铀235比铀238少3个中子，在自然界中也有少量存在，因为其半衰期也算足够长，达7亿年。低序数的元素早期可能有众多的放射性同位素，大部分都衰变为稳定元素，目前还有为数不多的低序数放射性同位素，如钾40，因其半衰期长达12.77亿年，至今仍是主要的本底辐射来源之一。当然，还有一些地球上原本不存在，但在宇宙射线的作用下转变为放射性同位素的元素，如我们熟悉的碳14。长半衰期的放射性元素可根据其衰变痕迹来测量物体的年代。

地球（地壳）元素含量

钾是地球上主要元素之一，在地壳中含量占第8位。在实验室获得钾可能的同位素从钾32到钾55共有24种，自然界中只有钾39、钾40和钾41，其中钾39和钾41是稳定同位素。在宇宙中某些地方可能存在钾的各种同位素，但多数都会衰变为其他元素。其实在宇宙中每种元素都会有多种同位素，只是在地球这类地方存在的基本都是稳定的同位素。

地球上绝大部分元素都不是单独存在的，而是存在于化合物中。比如氧元素是地球上最多的元素，但氧气的比例是很少的，主要存在于比如水、岩石等化合物中。随便抓起一把土去化验一下，会发现里边的主要成分基本都是氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙等，这就难怪氧元素在地球上是最多的元素了。

碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）等是我们最熟悉的一些元素，不仅是构成我们身体的主要元素，也是我们生活中最常见的元素。由于碳的特殊性（后面详细介绍），构成我们身体的元素跟地球上的比例略有差异，氧仍然是第1位的，但第2位则是碳。

（本文发表于《科学世界》2011年11期）