解读《地学元素和离子周期表》.pdf

第 6卷第 1期 2 0 0 6年 2月 金华职业技术学 院学报 V 0 1 ．6 N o ．1 F le b ．2 o o 6 解读 地学元素和离子周期表 金持跃 金华职业技术学 院， 浙江 金华 3 2 1 0 0 7 摘要 本文对最近出版 、 颇受国外学界 关注的 地 学元 素和 离子周期表 作 了介绍。 内容涉及其 与传统周期表相比 的优 点、 新的理论基础、 构成 、 其 中元素和 离子的分类、 揭 示的地球化 学型式与趋势、 应 用实例 、 存在 的问题 、 及其对科 研 与地 学教 学的意义 ， 即 1 它有助 于启迪研究 出其他学科的 元素和 离子周期表 ； 2 它本 身将 随化学等基础 学科与 测试 手段 的发展 而进阶， 从 而解释更 多的例外 ； 3 它是 地球化 学整体论 的成果 ， 是对地球化 学、 海洋化学、 营养化学 中的自然组合和趋势的综合。 给地球化学普遍型式与趋势一种更清澈的多维标度下的透视。所以它对地球化学总体 及更低层次分 学科的研究都有指导意义 。 必将成为地质学的必修 内容和地球化 学的入 门工具 。它也是作 为挂图模 式 的 纲 要 视 图的 杰 出案 例 。 关键词 地 学元素和 离子周期表 ； 离子势 ； 软硬 阳 阴 离子 中圈分类号 P 5 9 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 6 9 9 2 0 0 6 0 1 - J D o 7 1 - o 6 Un d e r s t a n d i n g An Ea r t h S c i e n t i s t s Pe r i o d i c T a b l e o f t h e El e me n t s a n d ／ o n s J I N C h i - y u e J ／ , u a c o g e o fP r ofe s s i o n a n d T e c h n o l o g y , J i n h u a 3 2 1 0 0 7 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e r e c e n t l y p u b l i s h e d ，o v e r s e a s a c a d e mi c a l l y a t t e n t i o n- g e t ti n g p r o d u c t i o n An E a r t h S c i e n t i s t s P e r i o d i c T a b l e o f t h e E l e m e n t s a n d T h e i r I o n s ．I t c o v e r s the t a b l e s a d v a n t a g e s o v e r t h e c o n v e n t i o n a l a n alo g s ，t h e n e w the o r e t i c al b a s e s ，the ma k e u p ，the c l a s s i fi c a t i o n o f e l e me nt s a n d i o n s the r e i n ，th e i n d i c a t e d g e o c h e mi c al p a t t e rn s a n d we n d s ，the c a s e s e x e mp l i f y i n g th e m, the e x i s t i n g p r o b l e ms a n d t h e s i g ni fic a n c e f o r s c i e n t i fic r e s e a r c h a n d g e o s c i e n c e e d u c a t i o ni t h e l p s t o i n s t r u c t s c i e n t i s t s t o d e v e l o p a n alo g s i n o t h e r fi e l d s ；i t i t s e l f w i l l b e u p g r a d e d w i t h the d e v e l o p me n t s o f b o th b asi c t h e o rie s i n c h e mi s t r y a n d g e o c h e mi c al t e s t i n g i n s t r u me n t s ； i t i s a g e o c h e mi c al h o l i s t i c p r o d u c t s y n the s i z i n g n a t u r al g r o u p i n g s a n d t r e n d s i n g e o c h e mi s t r y ， ma r i n e c h e mi s t ry a n d n u t r i e n t c h e mi s t r y ， a n d r e n d e rin g g e n e r a l g e oc h e mi c al p a t t e r n s an d w e n d s a c l e a r e r mu l t i s c ale p e rsp e c t i v e ． Th u s i t i s s i g n ific a n t for t h e r e s e a r c h e s i n the o v e r all a n d s u bo r d i n a t e l e v e l s o f g e och e mi s t ry，a n d w i ll d e fi n i t e l y b e c o me a req u i r e me n t for g e o l o g y ma j o rs a n d a n i n t rod u c t o ry t o o l for s t u d y i n g g e o c h e mi s t ry， a n d a s a mo d e l for p o s t e r p r e s e n t a t i o n s i t i s a n o u t s t a n d i n g e x a mp l e o f s y n o p t i c d e s i g n． Ke y wo r d s An Ea r t h S c i e n t i s t s P e r i o d i c T a b l e o f the El e me n t s a n d Th e i r I o n s ；i o n i c p o t e n t i al； h a r d O r s o f t c a t i o n s a n d a n i o n s 引言 自从 L B ruc e R a i l s b a c k在 G e o l o gy 2 0 0 3年 9 月第3 1 卷 第 9 期 公开发表 地学元素．和离子周 期 表 即 A n e a r t h s c i e n t i s t ’ s p e r i o d i c t abl e o f the e l e m e n t s and the i r i o n s [ 】 以来 ， 这一研究成果 引起 了学界强烈反响和关注。 N a t u r e 、 S c i e n c e 、 S c i e n c e N e w s 、 The G u a r d i a n 等 1 7家美欧主流 学术期刊 、媒体 、网站都撰文评论。其 中 S c i e n c e N e w s 将它作为封 面新 闻， D i s c o v e r Ma g a z i n e 将它 收稿 日期 2 0 0 5 0 5 2 5 作者简介 金持跃 1 9 6 6 一 ， 男 ， 浙江东阳人 ， 硕士 ， 博 士结业 ， 讲师 ， 主要从事岩矿地 球化学研究 。 维普资讯 7 2 金华职业技术学院学报 2 O 0 6年 选为 2 0 0 3年 1 0 0大科学新闻之一 。作为地质学者 。 我是怀着兴奋 的心情 看完 L ． B rac e R a i l s b a c k的这 一 集大成之作 。阅后感悟不少 ； 鉴于国内尚缺乏介 绍 ， 故成此拙文 ， 以资参鉴。 1 传统 元素周期表应用于地学之弊端 ．在 L B r u c e R a i l s b a c k发表 地学元素和离子周 期表 以下一律简称 新表 之前 ， 传统元素周期 表伫 以下 一 律 简 称 旧表 在地 学 中用 处 不 大 ， 因 为 它们 不区分亲石元 素 、 亲铁元素和亲铜元 素 ． 也不 按 自然产出环境 如地幔、 海水或土壤 归类其富集 元素 。 而且生物作用过程中必需的元素也没有适 当 加以归类标 明。 所 以不能为洞察地球及其生物提供 一 个好 的框架 。旧表 的另一弱点是 是按 不带 电 的 元素形式排布周期 表 ； 而地表或近地表的大多 数物质的原子却是带电的。 1 。汉译过程中。 若 同一元素有不同价态的阳离子出 现于周期表 的不同矩形格 子中， 则不论英文原文是 否对其以不同的离子名称相 区别 如以 f e r i i c i o n与 f e r r o u s i o n分别称呼 F e 和 F e ，一律以其价态来 称呼． 如 f e r r i c i o n与 f e r r o u s i o n的汉译名称是三价 铁和二价铁 ； R e 7 与 R e 在英 文原版中的名称都是 R h e n i u m i o n 。 但由于它们 出现于周期表的不 同矩形 格子 中。故汉译版的名称分别是七价铼和 四价铼 。 由于同一元素几乎不存在不 同价态的阴离子 ． 所以 其 名称照英 文原 文直译 ；只有 H一 例外 。原文 为 H y d r o g e n ， 翻译 时按汉语习惯译 为 “ 负氢离子” 。此 外 ， 为 了节省 空间与表 面整洁 ， 原 文 中的 e ． g ． 译 为 “ 如” ，而原文中用来表示某离子存在方式的 a s ． 汉 译时用方括号f 1 来表示。例如 ， M0 6 在英文版中的名 称 为 Mo l y b d e n u m e ． g ． 。 a s mo l y b d a t e ， 汉 译名 为“ 六 价 钼 ， 如[ 钼酸盐】 。下文只对主表作介绍 ， 对 图例和插 图不再 细述 。 2 R a i l s b a c k 新表 的解决方案 4 新表 对离子和元素的分类 新表 【 4 】 克服前述 旧表的弊端 ， 将地球化学 、 海 洋化学 、 营养化学中的 自然组合和趋势表现得清楚 明了 。 因此可对地球科学中的化学进行更普遍的综 合 ， 将从地幔到土壤到海水的地球化学联系起来认 识。 新表 在阐释地球化学型式时所用的基本概念 之一 是 硬 、 软 阳离 子表 现 出的不 同的成 键 作用 。 即 硬阳离子喜 O ， 而软阳离子喜 S 另一基本 概念是 阳离 子 有 足够 大 的 离子势 与 O 一 成 键 又 不 引 起 阳离 子之间的排斥 的程度。因此 ， 与地幔和地壳 中丰度 最高的元素氧的成键作用 和配位作 用主宰 了 许多地球化学演化趋势。 3 新表 的构成 新表 分主表、 插图和图例三部分 。主表从左 至右分六个区块 ， 即由稀有气体 区 族 、 硬阳离子 区 、 过 渡 阳离子 及 软 阳离 子 区 、 天 然 单质 元 素 区 、 阴 离子 区， 最后又 回到稀有气体区 族 。 V ． 4 ． 7版之 新 表 中有 9幅插图 ， 图例大于 3 7种。在文献[ 6 1所给 的网页还可查到用来说 明 新表 用途和应用 的 1 0 幅 附 图 ， 其 中的 三 幅 已作 为插 图放入 新 表 中 。限 于篇幅 ， 没插入 新表 的概不附上 ， 有兴趣的读者 可 自行查阅这些 网页。翻译成中文的 新表 见图表 新表 图表 1 与旧表相 比最大的不同是按地 球上 出现的天然离子或单质元素排布 。因此 ． 有 的 元素或离子出现不止一次 ， 有的多达五次 。 新表 对离子和元素的分类大体按如下原则 1 将除稀有气体族之外的元素或离子按电性 分为 阳离子 中性单质元素 和阴离子三类 ， 分别居 表的左 、 中、 右部。再按外层电子构型将阳离子分为 硬 阳离子 外层 电子构 型与稀 有气体 一致 和非硬 阳离子 外层电子构型与稀有气体不同 。 硬阳离子与 配体络合的优先顺序为 F - O 2 - N 3 - C I - B r - I - S 2 - 常 与有机配体之羧基的 O配位。非硬 阳离子再分为过 渡 阳离子 和软 阳离子 。 过 渡 阳离子 剩下一 些价 电子 ， 可 能与 S - 或 O 配位 。软 阳离 子剩 下较 多价 电子 ． 与 配体络合 的优先顺 序为 I - B r - S - C I - N ’ - 0 F 一 常与有机配体 中之 C配位 。 2 离子势就是离子电荷与离子半径之比 Z ／ r ， 就是通常所说的离子的场强。它是离子的电荷如何 紧 密排 布 的量 度 。离子 势 越 大 。 该 离子 吸 引 电性 相 反 的粒 子 或者 排 斥 电性 相 同的 粒子 的 能力 就 越强 。 与 离子 势 较小 的 阳 离子 相 比 ， 离 子 势较 大 的 阳离 子 将更容易与水分子带负 电的一端发生反应。在 新 表 的硬阳离子区块 ， 从左下往右上 ， 离子势逐渐增 大 ，硬 阳离子在水溶液中的存在形式也依次改变 。 可分为 四类 ①形成可溶性水合离子的硬 阳离子 ， 维普资讯 第 1 期 金持跃 解读 7 3 包括碱 金属离子和 除铍 之外的碱土金属离子 以及 2 价的铁离子；②形成羟基络合物的硬阳离子， 一 般在 水 中 的溶 解 性 不 好 ，包 括 H 、 B e 2 、 A l 、 F e 3 、 s c 、 T i“ 、 Y 、 z r 舢 ；③形成可溶于水的氧基或羟基络 合物的硬 阳离子 ， 如 B 3 B O H ， 或 B O H 、 c c o 、 一 』 n 1 H C O 3 或c o - 、 S i “ S i O 或S i O H 、 P P O 或H P O 、 V 、 N ； ④形成可溶于水的氧基络合物的硬阳 离子， 如N o ， 、 s 6 S O 、 C r C r O 、 M o M o O 、 w O v o 、 u C o o T 。同 理， 在非硬阳离子区 块的右 上角 ， 因其离子势较高 ， 也划分 出在水溶液中可与 。 o H 一 络合的阳离子， 包括 S O ； 、 A s 3 A s O 、 S b s S b O 、A s ’ A s O 2 、 S e S e O 、 T e T e O 、 2 - 2- 一 S e S e O 3 、 T e T e O 3 、 I 3 1 0 3 。 3 新表 还用不 同颜色和符号的图例 区别标 示 了以下不同产状的离子或元素类别 通常在残 留 土壤和残留沉积物中富集的离子 ； 在深海锰铁质结 核中比在海水 中相对富集的离子 ； 形成地壳过程 中 地幔里亏损最少的离子 ； 岩浆岩中进入早期晶相 的 离子 ； 岩浆岩 中进入晚期晶相的离子 ； 海水 中丰度 最高的前 2 2种 的溶质 平均河水 丰度最高 的前 8 种的溶质 可作为在细菌生长过程 中起 限制作用 的 营养素的溶质 海洋中可作为起限制作用的营养素 的溶质 ； 陆地上常量营养素溶 质 ； 陆地上微量营养 素溶质 ；一些脊椎动物营养作用所必需的离子 ； 地 球大气 中 8种丰度最高的组成 形成简单氟化物矿 物的阳离子 ； 形 成简单 氧化物 矿物的阳离子 ； 形成 简单硫化物矿物的阳离子 形成简单溴化物或碘化 物矿 物 的 阳离 子 ；形 成含 氧 酸盐 矿 物 的 阳离 子 ； 各 自与 C u 、 A g 、 Au 形 成 矿物 的阴离 子 ；与 、 N a 形 成矿物的阴离子 ；与 M d 形成矿物的阴离子 ； 与 A l 、 T i “ 、 Z r 舢 形成矿物的阴离子 与 S i “ 形成矿物的 阴离子 ；分别在古代 、从 中世纪至 1 8 6 2年和 1 9 6 3 年后就被认识以天然单质矿物出现 的元素 分别与 F e 、 C u 、 O s 、 P t 、 A u形成天然矿物合金的元素 ； 可能与 S或 O构成地核大部的元素。 5 新表 揭示的地球化学型式与趋势 总的来说 ， 靠 新表 左侧 的粒种 英文原 词为 s p e c i e s ， 有的译为核素 、 物类 、 物种 ， 为元素的表现形 式离子和单质原子或分子． 是 氧化产物 。 而靠 右侧 的粒种是还原产物。如在表的左侧 。 硫和氮的 形式分别是硫酸盐中的 和硝酸盐 中的 N ．而在 右端却是 和 N 。在 阳离子 中。呈最高氧化态的 T i n 、 M0 “ 、 U “ 在最左端的区块 ，而 T i 、 M0 “ 、 U 较 右而落于过渡 阳离子 区块 。更为有意义 的对 照是 。 从空 间上思考 ， 表左侧是 “ 地球表 面的氧化态” 。 右 侧是 “ 地球 内部的还原态” ； 从时间上思考 ， 左侧是 “ 从现代至晚元古代” 。 右侧是 “ 从前 太 阳系至太 古 代至早元 古代” 。虽然这是一种带有许 多例外的大 概括 ， 但对通过看表来理解某些地球 化学和宇宙化 学规律性是有用的。 1 离子 势介 于 3至 1 0之 间 的许多硬 阳离子 和过渡阳离子形成氧化物矿物 。它们集 中于土壤 、 锰铁质结核和进入岩浆岩 的早期 晶相 ． 在地幔中亏 损最少 ， 在 新表 中以红棕色 图例符 号标 志 ， 从 而 构成一条红棕色带。在此带中硬阳离子形成的氧化 物熔点最高 ， 溶解度最低 ， 硬度最大， 总模量最大。 2 离子 势小 于 4的硬 阳离 子形 成氟化 物矿 物 ， 有的在河水或海水 中丰富 ， 有 的为重要 的营养 素。离子势大于 8的阳离子或在海水中丰富 。 或且、 为重要 的营养素 ， 或且形成象硫 酸盐、 砷酸盐那样 的含氧酸盐。这两类 阳离子在 新表 中以蓝色或绿 色图例符号标志 。 从而构 成蓝绿色带 。之中的硬 阳 离子与亲石元素重叠 ， 而过渡及软阳离子在 总体上 与亲铁元素和亲铜元素重叠。 3 离子势等值线从硬阳离子 区延伸至过渡 阳 离子 区，红棕色带也随此延伸 ．因为离子势介于 3 至 8之间的过渡 阳离子也形成氧化物矿物 。 集 中于 土壤 、 锰铁结核和进入岩浆岩的早期 晶相， 等等。而 最低的离子势等值线 1 ～ 2 圈 出了软 阳离子 ， 它们 包 括 造 币金 属 C u 、 A 暑 、 A u ， 形 成 以 黄 色 方块 标 志 形成硫化物 、 溴化物和碘化物矿物 的离子 为特征 的 区域 的 中心 。 4 新表 揭示的最普遍的认识是 地 球表 面 的化学风化作用与地球将地幔与地壳相分离 的演 化从地球化学 的角度上来看是大致相同的过程 ． 即 都是 将具有低离子势或高离子势的硬 阳离子和过 渡阳离子与具有中等离子势的阳离子相分离的过 程。其结果是①许多具中等离子势的阳离子在地幔 和地球表面土壤里的集中 表中的红棕色带 ； ②具 有低 离子势或高离子势的硬阳离子和过渡 阳离子 最终被排到大洋中 表中的蓝色带 。此过程在大洋 中还在继续 。 表现为具有 中等离子势的阳离子被分 维普资讯 7 4 金华职业技术学院学报 2 0 0 6 年 离进入锰铁结核。 并且在海水中的居留期较短。 5 地球 的另一大作 用即生物作 用也 与此相 仿 。因为生命的开始和大部分进化在水溶液中进 行 ，并且化学物质必须溶解后才能穿透细胞膜 ， 所 以生命一直在利用并依赖着可溶性的化学形态 。因 此生命必需的营养质 表 中的绿色符号 与 自然水 体里溶解 的化学物质类型 表 中的蓝色符 号 相重 合。一些生命体在走向陆地的进化中将己置身于由 化学风化带走这些营养素的土壤环境。这结果对喜 水植物来说是个谜 富含营养素的土壤在没有风化 作用带走营养素的干旱地区相当常见 ， 而具有对生 物有利的湿润条件的土壤却 以淋滤走营养素为特 征。 举例阐释这个进化难题的是动植物都利用 1价 的离子 现代农 民普遍都施含钾肥料促植物生长 ， 脊椎动物经常光顾盐碱地来补钠离子 。 前现代社会 将 N a C I 作为珍贵品买卖。现代人仍然继续这一趋 势 用加 I _ 食盐 ， 喝加 F 一 水 ； 饮含 K 的运 动饮料 ， 甚 至服 I _ i 药丸。 6 新表 应用举例 6 ． 1不 同类型 阳离子的特性举例 C a “ 等一些硬阳离子存在天然氧化物与硫酸盐 矿物却不存在硫化物矿物 。 而铂族离子存在天然硫 化物矿物却不存在天然氧化物。硬 、 软阳离子的区 别也表现在插图 3和 6中 具中等离子势的阳离子 的氧化物熔点从硬 阳离子 至过渡性 阳离子 至软 阳 离子降低 。插图 8表明可以从区分硬 、 软 阳离子来 推测 卤化物溶解度 的相对大小 。 即 硬 阳离子 卤化 物的溶解度从 r至 I - ／ ／ D ，软阳离子 卤化物的溶解 度从 r至 I ． 减少。 软阳离子 C u 和硬阳离子 N a 的电 价与半径几乎一致 ， 故离子势很相近 ， 但 C u 不能在 斜长石中与 O 成键置换 N a ； 软阳离子 1 1 和硬阳离 子 K 的电价一致、 离子势相近 ， 但 ，I 1 不能置换 K 。 6 ． 2硅 的特殊性 硅 的独特性是指它丰度高 地壳 中丰度第二 高 ， 离子势处于临界位 ， 即介于相对不溶的中等离 子势的 阳离 子与形 成可溶性 基团的高离子势 的阳 离子之间。具体表现在三方面 1 S i “ 既在风化残留物 如砂 、砂质土和高岭 土 中富集 ， 又在 自然水体中富集 ， 如在河水中硅 的 溶解量在所有溶解物质中排在第二位高 。 在海水 中 排在 第 1 1 位 。 2 在岩浆岩岩石学中也有重要意义 。大多数 岩浆 成因矿物是硅酸盐 ， 但 其中最先结 晶相 如尖 晶石和铬铁矿 不含一点硅 。在最先结 晶的硅酸盐 矿物 橄榄 石 Mg S i 和钙长石 C a A l S i 中 S i 4 也 不 占多数 ；只有在晚期结 晶相 S i “ 才在阳离子中占 多数。只有在鲍文反应系列的末端在不相容元素进 入固相后 ， S i O 才以石英生成。在硅酸盐岩浆结 晶 过程中 ， S i 4 具有轻微 的不相容性是 因为 S i 4 处于形 成稳定氧化物之离子势上部边界。实际上 ， 与 S i “ 仅 相隔一步的 C “ 、 N 、 在岩浆岩中都是不相容的。 3 植物生理学上 的有趣特征。 S i “ 丰度很高 。 又 在溶液里可溶 溶质为 S i O H 而被植物根系吸 收 ， 但在植物湿组织里却溶解度太低而积淀 出被叫 作植物岩的蛋 白石硅团。 6 ． 3金的极端性质 金 的极 端性是指其含量极 端稀少 。 A u 离子势 极端低 ， A u 在硬软 阳离子谱 系 中是极端软的 阳离 子。因此 ， A u不形成氧化物矿物 ， A u单独也不形成 硫化物 ； 唯一 可与假想 的 A u s 2 对等 的是两个 A u T e 2 矿物和一个 A u B i 矿物。 Au对大阴离子的喜好也表 现于在溶液 中广泛与 C l 潞 合 正是靠这种络合形式 来大量运移金才形成了金矿床 。另一方面 ， A u对氧 的冷淡是人类视之 为贵重 的原 因之一一尽管几个 世纪暴露于 O 中它却依然闪闪发亮。 6 ． 4 F e 、 Mn 、 C e作为古氧化还原指示元素 新表 中对 阳离子的区分和对离子势的考量 说明了一些 阳离子为何被广泛用来估算古氧化还 原条件。F e 、 Mn是可形成非硬 阳离子的丰度最高的 元素。F e 的性状与参与成壤和形成氧化物矿物的 A l 。 相似 ， 但 F e 的性状 与可风化 、 可溶解 的 Mg 2 相 似。C e的丰度不如 F e 、 Mn高。C e 3 的水溶性 比 C e “ 好。C 可形成氟化物矿物 ， 此性质与 、 N a 类似 ； 而 C e “ 可形成氧化物矿物 ， 此性质与 A l 、 S c 类似 。 6 ． 5铀 、 钍及 测年问题 铀系法放射性测年是对年龄小于 5 0万年的物 质定年的一种有用方法。但此法的一个 问题是在地 ， 表 U以 U 存在 ， 所以形成可溶性的氧络合物 U O 2～； 相反 以 “ 出现 ， 是不可溶的。因此 。 母体 U通 常从矿物 中丢失而子体 却保存下来 。从而给出 不 正 确 的偏 老 的年 龄 。这 个 问题 从 旧表看 不 明 显 ， 但在 新 表 中却可 以预测 ， 因为 U 落在具高离子 势 、 相对可溶的硬阳离子构成的兰绿色带内。 而 “ 落在具中等离子势、 相对不溶的离子构成的红棕色 维普资讯 第 1 期 金持跃 解读 7 5 带 内 。 6 ． 6从硅酸盐 到硒酸盐 沿着 Z ／ r 8的离子势等值线从 S i “ 到 V 到 Mo “ 到 s e “， 不管是硬 阳离子还是非硬阳离子 ， 都与 S i 4 ． 一 样离子势处 于临界位 ， 既有氧化物矿物又有含氧 酸盐矿物 ， 并且是脊椎动物的必需营养素 。 但 S 唧 不同 ， 它大致处于 Z ／ r 1 6的离子势等值线上 ， 因而 与 P 、 S 似 ，有含氧酸盐矿物 ，也是重要的营养 素， 但不形成氧化物矿物。 6 - 7氯的奇特作 用 杂而不精 C I - -, E 地壳中的丰度没有 r高 ，但在大多数 自然 水体里 C l 一 的丰度比 晡。造成这一悖论的原因可从 新表 中窥出端倪。C r 占据 新表 右侧阴离子的中 间位 ， 所以它与硬 阳离子配位形成可溶性的矿物 ， 如 石盐和钾盐 ； 也与软阳离子形成相对稀少的矿物， 如 氯银矿 A l 。 相比之下， P与硬阳离子构成强键来形 成如萤石这样不溶性的矿物 ， 而隔离于其中， 所 以在 自然水体里丰度相对较低。而 C r 与硬阳离子与软阳 离子都不构成强键 ， 只能形成相对可溶性的矿物 ， 所 以它在 自然水体里丰度相对高 ，并且只有当它和与 其成弱键的 N a 达到饱和时才析出石盐。 7 新表 问世的意义 1 目前对元素周期表的改进方案多如牛毛 ， 它 们都从表面排布与美观的角度出发的。 象 地学元素 及离子周期表这样从某个学科实用 的角度 出发而 作 的较少17 1 。 因此 ， 其他学科也可能受启发 、 研制出类 似的较综合的图表 ， 如 月球或火星元素和离子周期 参 考文 献 表 、 生物学或材料科学元素和离子周期表 等。 2 软硬 酸碱 理论与离子势的概念是 新表 的 两大基础。因此化学基础学科 的进一步发展 如软 硬酸碱的定 量标 度 必将带 动 地学元 素及 离子周 期表 进阶。而进阶后 的 地学元素及离子周期表 应尽可能多地解释上述与以后新出现的的例外 。 3 现有 的地球 化学 测试结果是 新表 的事实 基础 。而 目前 的许多测试都不是高温高压下的现场 测试 ， 故与实际之间可能有较大的偏差。因此 ， 随着 测试手段的完善 ， 新表 也将进一步改进。 4 新表 的诞生对地质学、 特别是地球化学科 研与教学有重大 的指导意义。它是对地球化学 、 海 洋化学 、营养化学中的 自然组合和趋势的综合 ， 是 地球化学整体论 的成果 ， 所以它对地球化学总体及 更低层次分学科的研究都有指导意义。它必将成为 地质学的必修内容和地球化学的入门工具。它是作 为挂 图模式 的纲要视 图的杰出案例圈 。它给地球化 学普遍 型式 与趋 势一种更 清澈 的多维标度 下的透 视。目前的大学教育太偏重片面的知识 ， 特别是“ 摩 登” 的知识 ， 却忽略整体性 、 历史性的科学架构。 新 表 为我们克服这一弱点做了好榜样。 鸣谢 作者对 地学元素和离子周期表 汉译 得 到其原作者美 国左治 亚大学地质 系教授 L B r u c e R a i l s b a c k的同意和支持 以及英 文版版权所有 方美 国地质调查 局发行部 主任 J o n O l s e n先生 的默许 。 R a i l s b a c k教授不但给作者赠送 了英文版 地学元素 和离子周期表的巨幅挂 图以及提供 v ． 4 ． 9版本的 底稿 ． 而且解 释了作者对 版权的疑虑和翻译过程 中 遇到的问题 。在此深表谢意 【 1 】 L B r u c e R a i l s b a c k ． A n e a r t h s c i e n t i s t ’ s p e ri o d i c t a b l e o f t h e e l e m e n ts a n d the i r i o n s [ J ] ． G e o l o g y ， 2 0 0 3 ， 3 1 9 7 3 7 - 7 4 0 ． [ 2 ] C o u r t n e y A ．A e f h i s t o r y o f the d e v e l o p me n t of the peri o d i c t a b l e[ E B ／ O L ] ．h t t p ／ ／ W W W ．W O U ． e d u ／ l a s ／ p h y s c i ／ c h 4 1 2 ／ pe r h i s t ． h t m ， 1 9 9 9 ． 【 3 ] L B r u c e R a i l s b a c k ．S o u r c e s o f i n f o r ma ti o n u s e d i n c o n s t r u c ti n g t a b l e ，and r e l a t e d n o t e s G S A D a t a R e p o s i t o r y i t e m 2 0 0 3 1 0 9 [ E O L ] ． w w w ． g e o s o c i e t y ．o r e , ／p u b s ／ f t 2 0 0 3 ． h t m． 2 0 0 3 ． 【 4 】 L B r u c e R a i l s b a c k ．th e n e w v e r s i o n o f T h e E a r t h S c i e n ti s t s P e ri odi c T a b l e o f the E l e m e n ts and T h e i r I o n s w i t l l pop - u p s [ E B ／ O L ] ．h t t p ／ ／ w w w． g l y ． u g a ． e d u ／ r a i l s b a c k ／ P l Po p u p s 2 ．h t m l ， 2 0 0 4 ． 【 5 】 L B r u c e R a i l s b a c k ． A c c o m p any i n g t e x t t o a n E a r t h Sci e n t i s t s P e ri odi c T abl e o f th e E l e m e n t s and T h e i r I o n s [ M】 ． C , e o l o c M S o c i e t y o f A m e ri c a n Ma p and C h a r t S e r i e s MC H 0 9 2 ， 2 0 0 4 ． [ 6 ] L B r u c e R a i l s b a c k ．A n e a r t h s c i e n t i s t ’ S p e ri odi c t a b l e o f th e e l e m e n ts a n d the i r i o n s [ E B ／ O U．h t t p ／ ／ w w w ． g l y ． u g a ． e d u ／ r a il s b a c k ／ P T．h t ml ， 2 0 0 5 ． [ 7 】 A l e x a n d r a G o h o ．A t t e m p ts t o c h a n g e t h e per i odi c t a b l e r a i s e e y e b r o w s[ E B ／ O U． h t t p ／ ／ w w w ．sci e n c e n e w s ． o r g ／ a r t i c l e s ／ 2 0 0 3 1 0 2 5 ／ b o b 9．a s p v v， 2 0 0 3 ． [ 8 】 R h ode s D D ，A o w s m i th J R． The S y n o p ti c V i e w a s a Mode l f o r P o s t e r P r e sen t