地壳中都存在有哪些“自然元素”(即元素单质)矿物?

例如自然金、自然硫之类的。
要求是矿物哟,气体液体什么的不算~

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可能是我描述得不清楚,我想问的其实是元素单质啦
T^T

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7个答案
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老猫分子生物学准博士,天文爱好者

2014-03-03 18:58

这个可就有得说了,正好@fu-80 刚刚在@黏液菌 的帖子里提到了类似的问题,一并回答一下吧:

我打算按照元素的性质相似性,按照类群来来说这事儿,当然我也会尽量先从比较常见的开始说。

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最广为人知的应该是元素周期表上的Ib族元素,也叫做铜族元素,它们是一族过渡元素,组成这族的金属元素化学性质均不甚活跃,因此在地球上有很多该族自然金属存在。该族元素包括铜、银、金,再楼下的人工元素就不去管它啦~

铜是该族元素中最活泼的一员,但是因为储量大,所以自然铜是相对最常见的;而金虽然非常稳定,而且大部分以自然金状态存在,但是因为丰度太低,所以该族元素中自然金是最罕见的:

自左向右依次是自然铜、自然银与自然金。

当然,除了这三种元素之外,铜与金、银与金之间会形成很多种合金,这些合金按照一定比例组成也会形成新的矿物,

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不过就我看来,更土豪的是铂系元素(PGEs),或者叫铂系金属(PGMs)。VIIIb族元素分成楼上楼下两群,楼上那群后面再说,楼下的六枚“NB闪闪”的就是这里要说的铂系元素了。这六位土豪依次是钌、铑、钯、锇、铱、铂,它们性质都非常稳定,熔点高且几乎不与酸反应,只有碰到王水这样变态的东西才会勉强缴械投降,因此在自然界里大部分都是以单质形式存在的。

不过有一个问题是这六兄弟长得太像了,以致成矿的时候总是抱团。自然界比较纯净的矿物只有自然铂,自然锇有类似晶体的状态存在,但是往往也混进去了比较多的铱和钌,至于自然铑、自然钯、自然铱,则往往是含有一定量的铂或者锇或者其他PGE,而且总是以分散的不成形粒状存在,几乎没有晶体。当然,这些金属有时候也会和单质金“搞”在一起形成各种合金,也就把事情搞得更复杂了。

从左向右依次是自然锇、自然铱、自然铂。

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最值钱的元素?不,不是自然金,不是自然铂,而是一种晶体状的自然碳,是的,它就是金刚石,或者打磨切割好叫做钻石。除了金刚石之外,自然界存在的碳元素矿物还有石墨、蓝丝黛尔石和蜡石,甚至有人认为足球一样的富勒烯也存在天然的晶体——当然它的存在与否还充满争议。

碳所在的IVa族并不是碳一个人在战斗,天然硅、天然锡、天然铅都是存在的,自然界还没有发现天然锗的矿物形式存在。IVa族元素是一个从典型的非金属到金属过渡的族,作为非金属,硅的反应活性较碳强出许多,以致虽然是地壳中第二丰富的元素,但是以单质形态存在的天然硅非常稀有,天然锡、天然铅的金属活性较铜、银、金活泼,甚至可以与水反应,置换出水中的氢气,因此也远没有前面提到的三种金属常见。天然铅比天然锡常见,天然硅我甚至一时都找不到图片资料。

从左向右依次是自然碳(金刚石形式)、自然锡与自然铅。

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讲完IVa,我们来讲讲奇葩的VIa族元素,也就是氧族元素。本来氧元素的化学火星特别强,很容易与碳或者其他元素结合,形成二氧化碳之类的气体(参考太阳系其他星球的大气层),但是地球上的植物将氧气作为废气排出,导致地球大气层里出现了大量的这种活泼的气体,荼毒着各种本来有可能形成自然元素的矿物……(呀扯远了)

气体自然不能是矿物,但是楼下的一系列非金属(最底楼的金属是人工元素,咱不理他)却很争气地和氧气相比不那么活泼,因此都有自然矿物存在,包括自然硫、自然硒和自然碲。自然硫有着亮黄的颜色,而且晶体生长也快(当然长成完美的大晶体也不是那么容易),所以一直是饱受关注的矿物(其实主要是用处大),我曾经就在新西兰的Wai-O-Tapu火山地质公园里看见了正在生成的自然硫晶体:在一个火山出气口——那个出气口就叫做硫磺洞——的洞顶上,随着热气的冷凝凝结了很多针状的自然硫晶体。(哎呀好像扯得更远了)自然硒和自然碲更少见一些,因为这两种元素在地壳中的丰都远没有硫高,而且成矿条件也更苛刻一些。

从左向右依次是自然硫、自然硒、自然碲。

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被IVa和VIa夹着的Va家族其实最重要,因为这里分布着自然Sb(大雾)。自然氮都在大气里;磷太过活跃会被空气中的氧气荼毒,只在1903年的一个孤例中报道过,而且还是在陨石中钻孔时发现的,之后就没有类似的传闻了;再楼下的元素都有自然单质状态,自然砷还有两个同素异形体。

三种自然元素都不是特别稀有,但是长得都特丑,还总是不好好长出晶体来,只是长成一块儿一块的,以至于这个家族我不知道有什么可说的。对了,还是提一句,下图中的自然Sb并不是来自中国,而是来自加拿大。


从左向右依次是自然砷、自然锑、自然铋。

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在自然元素中,IIIa族是一个很没有存在感的族。非金属自然硼存在,不过只在月球上发现过,剩下的金属不是太少,就是太过活泼了……等等,你说什么?活泼?活泼不是问题!在阿塞拜疆、俄罗斯、中国、意大利都发现了自然铝,当然,据说月球上也发现了(能不总记挂着月球吗?!);低熔点的金属镓连自己的矿物都没有,制取它们只能从隔壁闪锌矿或者楼上铝矾土矿里找,自己的单质就别想了;同样的事情发生在了铊身上;自然铟是存在的,不过也非常稀有。

至于图片么,为了证明这个族没有存在感,所以就不提供了╮(╯▽╰)╭

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土豪PGM族的楼上是铁族元素,住着性质非常类似的铁、钴、镍三兄弟。和楼下的有钱人不同,这三种元素相对而言非常活泼,比之前提到的锡和铅都活泼,就不用说水了,因此它们的单质在自然界分布非常稀少。不过咱还有铝垫背呢,怕什么!所以虽然少,自然铁、钴、镍理论上都是有可能存在的!

事实上,俄罗斯的确有自然铁产出,新喀里多尼亚有自然镍,但是自然钴却至今没有被确认——确切地说是有人提交过,但是IMA认为有问题,被否了。不过如果把陨铁算进来的话自然铁会更多,不过其实那是不科学的……


如假包换的俄罗斯铁——绝对不是陨铁,而是包裹在玄武岩中的自然铁。

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除了上面这些家族,其他过渡元素也有可能形成自然元素,这些自然元素绝大部分产量稀少,因此也往往被认为不那么重要。为了偷懒,我下面也就大概列举一下吧:

IIIb:无;
IVb:钛;
Vb:钒,(自然铌、钽有发表,铌已被否决,钽尚未通过);
VIb:铬、钨,(自然钼已发表,但尚未通过);
VIIb:无,(锰与铼被否决);
IIb:锌、镉、汞。

嗯,大概就是这样了。

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什么?你说Ia和IIa到哪儿去了?还有VIIa?
喂喂清醒一些好吗?

对了,话说,自然碘倒是的确有人提过的,但是IMA目前对其持观望态度。

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橡树村科学松鼠会成员,化学博士

2014-02-28 16:17

只看单质的话,在地壳中以零价存在也有不少,算上合金的话有

碳,铝,硅,硫,钛,铬,锰,铁,钴,镍,铜,锌,砷,硒,钼,钌,铑,钯,银,镉,铟,锡,锑,碲,钽,钨,铼,锇,铱,铂,金,汞,铅,铋。

不过常见的只是铜、银、金以及铂族金属,当然有开采价值的还有钻石。




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初中化学课本里说,自然界中只有金、铂和少量的银三种金属能以游离态存在。今天算是长见识了,还有那么多其他金属啊。
可是,为什么课本上只说着三种,难道只是因为要学生与金属活动性顺序相互印证吗?
还有,想铁那么易生锈的、铝那么活泼的金属,在地壳中是怎么存在如此长时间的,是怎么形成的?

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铁可能没有能长期存在的单质,但是陨铁来的太容易了,没多少年就出一块大的,一整就是好几吨啊...要是天上能掉下来几吨大小的金子就好了

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溶液怎么依数爱数学 应用化学本科生

2014-03-05 11:04

IMA是哪个机构?

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看元素周期表吧,只要不是人造元素,都有的

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