Поняття про кларк речовини
Головна особливість поширеності елементів – це величезна контрастність кларків. Майже половина твердої земної кори складається з одного елемента О (кларк 47%). На другому місці стоїть Si (29,5), на третьому – Al (8,05). У сумі вони становлять 84,55%. Якщо до цього додати Fe (4,65), Са (2,96), Na (2,50), К (2,50), Mg (1,87), Ti (0,45), то отримаємо 99 ,48%, тобто. майже всю земну кору. Інші 80 елементів займають менше 1%. Кларки більшості елементів не перевищують 0,01 - 0,0001%. Це рідкісні (U, Sn, Mo та інших.) і рідкісні розсіяні (Br, In, Ra, J, Hf, Re, Sc та інших.) елементи. Наприклад, у U і Br кларки майже однакові (2,5.10-4 і 2,1.10-4 %), але U просто рідкісний елемент, оскільки відомо багато уранових мінералів, різноманітні родовища, а Br – рідкісний розсіяний, оскільки він майже не концентрується у земній корі і відомий лише один власний мінерал цього елемента. У геохімії використовується також термін "мікроелементи", під якими розуміються елементи, що містяться в цій системі в малих кількостях (порядку 0,01% і менше). Так, Al – мікроелемент в організмах та макроелемент у силікатних породах.
Розподіл хімічних елементів у земній корі. Звичайні уявлення, почерпнуті з повсякденного досвіду, не завжди збігаються з даними геохімії. Наприклад, Zn та Cu широко поширені у побуті та техніці, а Zr (цирконій) для нас – “рідкісний елемент”. Разом з тим, Zr у земній корі майже в 4 рази більше, ніж Cu. "Рідкість" Zr пояснюється труднощами вилучення з руд. Коли було встановлено середній склад земної кори, природно, постало питання – у чому причина такої нерівномірної поширеності елементів, чому одних багато, інших мало? Цю причину почали шукати особливостях будови атомів. Атоми складаються з ядра таелектронної оболонки, причому електрони, що найбільш віддалені від ядра, визначають хімічні властивості елемента. Звісно, з'явилося припущення, що кларки елементів пов'язані зі своїми хімічними властивостями, тобто. залежить від будови зовнішніх електронних орбіт атомів (числа валентних електронів тощо.). Однак виявилось, що це не так. Наприклад, лужні метали – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr у хімічному відношенні близькі один до одного – одновалентні (на зовнішній орбіті один електрон), утворюють їдкі луги, легкорозчинні солі тощо. Кларки ж їх різко різні Na і К в земній корі багато (2,50%), Rb мало (1,5 10-2), Li ще менше (3,2 10-3), Cs дуже рідкісний (3 ,7∙10-4), а Fr відсутня та був отриманий штучно. Аналогічно різко різні кларки у таких хімічно близьких елементів, як галогени (F, Cl, Br, J, At), Si (29,5) і Ge (1,4 10-4), Ba (6,5 10 -2) та Ra (2∙10-10). З іншого боку, різні елементи мають близькі кларки - метал Mn (0,1) і типовий неметал Р (0,093), лужний метал Rb (1,5 10-2) і Cl (1,7 10-2). Тому кларкине залежать від хімічних властивостей елементівабо, точніше,в основномуне залежать. Тоді думка дослідників звернулася до іншої частини атома - саме ядру, що складається з протонів і нейтронів. Виявилося, що у земній корі переважають легкі атоми, що займають початкові клітини періодичної системи, ядра яких містять невелику кількість протонів і нейтронів. Після Fe (№ 26) немає жодного елемента з великим кларком. Іншу особливість поширеності елементів встановили італійський вчений Оддо і американський - Гаркінс, які відзначили, що в земній корі переважають елементи з парними порядковими номерами і парними атомними масами, тобто. у яких атомні ядра містять парне число протонів та нейтронів. Серед сусідніх елементів упарних кларки майже завжди вищі, ніж у непарних. Для перших за поширеністю дев'ять елементів кларки парних становлять у сумі 86,43, а кларки непарних – лише 13,03 %.