Неліктен жердегі атомдар санына қарай. Атом құрылысы, изотоптары, сутегі, оттегі, күкірт және азоттың жер қыртысында таралуы

Осы уақытқа дейін атом теориясы туралы айтатын болсақ, бір-біріне әртүрлі ретпен қосылған атомдардың бірнеше түрінен мүлдем басқа заттар қалай алынатыны туралы біз ешқашан «балалық» сұрақ қойған емеспіз - атомдардың өздері қайдан пайда болды? Неліктен кейбір элементтердің атомдары көп, ал басқаларының атомдары өте аз және олар өте біркелкі таралмаған? Мысалы, бір ғана элемент (оттегі) жер қыртысының жартысын құрайды. Үш элемент (оттегі, кремний және алюминий) барлығы 85% құрайды, ал егер оларға темір, калий, натрий, калий, магний және титан қоссақ, біз жер қыртысының 99,5% аламыз. Бірнеше ондаған басқа элементтердің үлесі бар болғаны 0,5% құрайды. Жер бетіндегі ең сирек метал - рений, алтын мен платина соншалықты көп емес, сондықтан олар соншалықты қымбат. Тағы бір мысал: жер қыртысында темір атомдары мыс атомдарынан мың есе, мыс атомдары күміс атомдарынан мың есе, күміс ренийге қарағанда жүз есе көп.
Күндегі элементтердің таралуы мүлдем басқаша: ең көп сутегі (70%) және гелий (28%) және барлық басқа элементтердің тек 2% көрінетін ғалам, онда одан да көп сутегі бар. Неге бұлай? Ежелгі дәуірде және орта ғасырларда атомдардың шығу тегі туралы сұрақтар қойылмаған, өйткені олар әрқашан өзгермейтін түрде және мөлшерде өмір сүреді деп сенген (және библиялық дәстүр бойынша оларды Құдай жаратудың бір күнінде жаратқан) . Ал атом теориясы жеңіске жетіп, химия қарқынды дами бастаған кезде де, Д.И. Әрине, кейде ғалымдардың бірі батылдық танытып, өз теориясын ұсынды. Бұрын айтылғандай. 1815 жылы Уильям Проут барлық элементтер ең жеңіл элемент, сутегі атомдарынан пайда болады деп ұсынды. Прут жазғандай, сутегі ежелгі грек философтарының ең «басты заты» болып табылады. ол «конденсация» арқылы барлық басқа элементтерді берді.
20 ғасырда астрономдар мен теориялық физиктердің күшімен атомдардың шығу тегі туралы ғылыми теория жасалды, ол жалпы сызбахимиялық элементтердің шығу тегі туралы сұраққа жауап берді. Өте жеңілдетілген түрде бұл теория осылай көрінеді. Алғашында барлық заттар керемет жоғары тығыздықпен (К)*"г/см") және температурада (1027 К) бір нүктеде шоғырланған. Бұл сандар соншалықты үлкен, олар үшін атаулар жоқ. деп аталатын нәтижесінде шамамен 10 миллиард жыл бұрын үлкен жарылысбұл өте тығыз және өте ыстық нүкте тез кеңейе бастады. Физиктер жарылыстан кейін 0,01 секундтан кейін оқиғалардың қалай өрбігені туралы жақсы түсінікке ие. Бұрын болған оқиғаның теориясы әлдеқайда нашар дамыды, өйткені сол кезде болған материяның ұйығанында қазір белгілі физикалық заңдар(және не ерте - ертерекнашар). Оның үстіне, Үлкен жарылысқа дейін не болғаны туралы мәселе ешқашан қарастырылмады, өйткені уақыттың өзі ол кезде болмаған! Өйткені, материалдық дүние, яғни оқиғалар болмаса, уақыт қайдан пайда болады? Оны кім немесе не санайды? Сонымен, мәселе тез арада ұшып, суыта бастады. Температура неғұрлым төмен болса, соғұрлым әртүрлі құрылымдардың пайда болу мүмкіндігі артады (мысалы, қашан бөлме температурасымиллиондаған әртүрлі болуы мүмкін органикалық қосылыстар, +500 °C температурада - тек бірнеше, ал +1000 ° C жоғары, мүмкін, жоқ органикалық заттарболуы мүмкін емес - олардың барлығы жоғары температурада құрамдас бөліктерге бөлінеді). Ғалымдардың пікірінше, жарылыстан 3 минут өткен соң, температура миллиард градусқа дейін төмендеген кезде, нуклеосинтез процесі басталды (бұл сөз латын ядросынан - «ядро» және грекше «синтез» - «қосылма, комбинация» деген сөзден шыққан), яғни протондар мен нейтрондарды әртүрлі элементтердің ядроларына қосу процесі. Протондардан басқа – сутегі ядролары, гелий ядролары да пайда болды; бұл ядролар әлі электрондарды қосып, агомдарды құра алмады, себебі температура тым жоғары болды. Алғашқы Әлем сутегінен (шамамен 75%) және гелийден тұрды, оның ішінде келесі ең көп таралған элемент - литийдің аз мөлшері бар (оның ядросында үш протон бар). Бұл құрам шамамен 500 мың жыл бойы өзгерген жоқ. Ғалам кеңейіп, салқындап, барған сайын сиреп бара берді. Температура +3000 °C дейін төмендеген кезде электрондар ядролармен қосыла алды, бұл тұрақты сутегі мен гелий атомдарының пайда болуына әкелді.
Сутегі мен гелийден тұратын Ғалам шексіздікке дейін кеңейіп, салқындай беретін сияқты. Бірақ ол кезде басқа элементтер ғана емес, галактикалар, жұлдыздар, сондай-ақ сіз бен мен де болар едік. Ғаламның шексіз кеңеюіне күштер қарсы тұрды әмбебап ауырлық(ауырлық). Сиректелген Ғаламның әртүрлі бөліктеріндегі заттардың гравитациялық қысылуы қайталанатын күшті қызумен бірге жүрді - температура 10 миллионға жеткен газ бен шаңнан тұратын ғарыш аймақтарында шамамен 100 миллион жылға созылған массалық жұлдыздардың пайда болу кезеңі басталды градус, гелийдің термоядролық синтезі сутегі ядроларының қосылуы арқылы басталды онда сутегі жеткілікті болды, гравитацияның әсерінен жұлдыздың қысылуына «іштен басылған» сутегінің «жануы» салдарынан бұл процесс өте баяу жүреді зарядталған протондар кулондық итеру күшімен болдырмайды, сондықтан біздің жарық әлі де тағайындалған. ұзақ жылдарөмір.
Сутегі отынының берілуі тоқтаған кезде гелий синтезі бірте-бірте тоқтап, онымен бірге қуатты сәулелену де сөнеді. Гравитациялық күштер қайтадан жұлдызды қысады, температура көтеріледі және гелий ядролары бір-бірімен қосылып, көміртегі ядроларын (6 протон) және оттегін (ядрода 8 протон) түзуге мүмкіндік береді. Бұл ядролық процестер энергияның бөлінуімен де бірге жүреді. Бірақ ерте ме, кеш пе, гелий қоры таусылады. Содан кейін жұлдызды гравитациялық күштермен сығудың үшінші кезеңі басталады. Содан кейін бәрі осы кезеңдегі жұлдыздың массасына байланысты. Егер масса өте үлкен болмаса (біздің Күн сияқты), онда жұлдыз жиырылған кезде температураның жоғарылау әсері көміртегі мен оттегінің одан әрі ядролық синтез реакцияларына түсуіне жеткіліксіз болады; мұндай жұлдыз ақ ергежейлі деп аталатын жұлдызға айналады. Астрономдар қызыл алыптар деп атайтын жұлдыздарда ауыр элементтер «жасалған» - олардың массасы Күндікінен бірнеше есе көп. Бұл жұлдыздарда көміртегі мен оттегіден ауыр элементтердің синтезделу реакциялары жүреді. Астрономдар бейнелі түрде айтқандай, жұлдыздар – күлі ауыр ядролық өрттер. химиялық элементтер.
33
2- 1822
Жұлдыз өмірінің осы кезеңінде бөлінетін энергия қызыл алыптың сыртқы қабаттарын қатты «көтереді»; егер біздің Күніміз сондай жұлдызға айналса. Жер осы алып шардың ішінде болады - жердегі барлық нәрсе үшін өте жағымды перспектива емес. Жұлдыздық жел.
Қызыл алыптардың бетінен «тыныс алу» бұл алыптар синтездеген, тұмандықтарды құрайтын химиялық элементтерді ғарыш кеңістігіне тасымалдайды (олардың көпшілігі телескоп арқылы көрінеді). Қызыл алыптар салыстырмалы түрде қысқа өмір сүреді - Күннен жүздеген есе аз. Егер мұндай жұлдыздың массасы Күннің массасынан 10 есе асып кетсе, онда темірге дейінгі элементтердің синтезі үшін жағдайлар (миллиард градус тәртібінің температурасы) туындайды. Ялро темірі барлық ядролардың ең тұрақтысы болып табылады. Бұл темірден жеңіл элементтердің синтез реакциялары энергияны бөледі, ал ауыр элементтердің синтезі энергияны қажет етеді. Энергияның жұмсалуымен темірдің жеңіл элементтерге ыдырау реакциялары да жүреді. Сондықтан, дамудың «темір» кезеңіне жеткен жұлдыздарда драмалық процестер орын алады: энергияны босатудың орнына ол сіңіріледі, бұл температураның тез төмендеуімен және өте аз көлемге қысылуымен бірге жүреді; астрономдар бұл процесті гравитациялық коллапс деп атайды (латынның collapsus – «әлсіреген, құлаған» сөзінен шыққан; дәрігерлер мұны адам үшін өте қауіпті қан қысымының кенеттен төмендеуі деп бекер атамаған). Гравитациялық коллапс кезінде зарядтың болмауына байланысты бар барлық элементтердің ядроларына оңай енетін нейтрондардың үлкен саны пайда болады. Нейтрондармен аса қаныққан ядролар ерекше түрленуден өтеді (оны бета-ыдырау деп атайды), оның барысында нейтроннан протон түзіледі; нәтижесінде берілген элементтің ядросынан келесі элемент алынады, оның ядросында тағы бір протон бар. Ғалымдар мұндай процестерді жер бетіндегі жағдайларда көбейтуді үйренді; табиғи уранды (92 протон, 146 нейтрон) нейтрондармен сәулелендіру кезінде оның ядросы бір нейтронды ұстап, нептуний жасанды элементі (93 протон, 146 нейтрон) түзілетін плутоний-239 изотопының белгілі мысалы белгілі. ) және одан өте өлімге әкелетін плутоний (94 протон, 145 нейтрон) атом бомбалары. Гравитациялық коллапсқа ұшырайтын жұлдыздарда нейтронды ұстау және одан кейінгі бета-ыдырау нәтижесінде химиялық элементтердің барлық мүмкін болатын изотоптарының жүздеген әртүрлі ядролары түзіледі. Жұлдыздың ыдырауы орасан зор жарылыспен аяқталады, ол үлкен материя массасының ғарыш кеңістігіне лақтырылуымен бірге жүреді - супернова пайда болады. Периодтық жүйедегі барлық элементтерді қамтитын лақтырылған зат (және біздің денемізде дәл осындай атомдар бар!) 10 000 км/с жылдамдықпен айналаға шашырап кетеді. және өлі жұлдыз материясының кішкене қалдығы өте тығыз нейтрондық жұлдызды немесе тіпті қара тесікті қалыптастыру үшін қысылады (құлайды). Кейде мұндай жұлдыздар біздің аспанымызда жанады, ал егер жарқырау тым алыс болмаса, супернова барлық басқа жұлдыздарды жарқыратады және бұл таңқаларлық емес: супернованың жарықтығы бір галактикадан тұратын бүкіл галактиканың жарықтығынан асып кетуі мүмкін. Осы «жаңа жұлдыздардың бірі, қытай жылнамаларына сәйкес, 1054 жылы тұтанған. Қазір бұл жерде Тавр шоқжұлдызында атақты Шаян тұмандығы орналасқан, ал оның ортасында жылдам айналады (секундына 30 айналым! ) нейтрондық жұлдыз. Бақытымызға орай (жаңа элементтердің синтезі үшін емес, біз үшін) мұндай жұлдыздар әзірге алыс галактикаларда ғана жанды...
Жұлдыздардың «жануы» және суперновалардың жарылуы нәтижесінде ғарыш кеңістігібелгілі химиялық элементтердің салмағы болып шықты. Радиоактивті түрленулермен «жылынған» кеңейетін тұмандық түріндегі суперновалар қалдықтары бір-бірімен соқтығысады, тығыз түзілімдерге айналады, олардан тартылыс күштерінің әсерінен жаңа буын жұлдыздары пайда болады. Бұл жұлдыздар (соның ішінде біздің Күн) өмір сүре бастағаннан бері ауыр элементтердің қоспасынан тұрады; сол элементтер осы жұлдыздарды қоршап тұрған газ және шаң бұлттарында болады, олардан планеталар пайда болады. Сонымен, бізді қоршаған барлық заттарды, соның ішінде біздің денемізді құрайтын элементтер орасан ғарыштық процестердің нәтижесінде дүниеге келді ...
Неліктен кейбір элементтер көп, ал басқалары аз болды? Нуклеосинтез процесінде нейтрондар мен нейтрондардың аз ғана жұп санынан тұратын ядролар түзілетіні белгілі болды. Протондар мен нейтрондармен «толып кеткен» ауыр ядролардың тұрақтылығы азырақ және олар Әлемде азырақ. Жалпы ереже бар: ядроның заряды неғұрлым көп болса, соғұрлым ол ауыр болса, Әлемде мұндай ядролар аз болады. Дегенмен, бұл ереже әрқашан орындала бермейді. Мысалы, жер қыртысында литийдің (3 протон, 3 нейтрон), бордың (5 протон және 5 немесе b нейтрон) жеңіл ядролары аз. Бұл ядролар бірқатар себептерге байланысты жұлдыздардың ішектерінде пайда бола алмайды, бірақ олардың әсерінен ғарыштық сәулелерЖұлдызаралық кеңістікте жинақталған ауыр ядролардан «үзілу». Осылайша, Жердегі әртүрлі элементтердің арақатынасы Ғалам дамуының кейінгі кезеңдерінде миллиардтаған жылдар бұрын орын алған ғарыштағы турбулентті процестердің жаңғырығы болып табылады.

Тірі заттың элементтік құрамы және қазба отындарының ОМ

Қазба отындары тірі организмдердің затымен бірдей элементтерді қамтиды, сондықтан элементтер көміртегі, сутегі, оттегі, азот, күкірт және фосфор шақырды немесе биогенді немесе биофильді немесе органогенді.

Сутегі, көміртегі, оттегі және азоттың үлесіне тиеді 99%-дан астамбарлық тірі ағзаларды құрайтын атомдардың массасы да, саны да. Олардан басқа, олар тірі организмдерде де айтарлықтай мөлшерде шоғырлануы мүмкін.

мынау 20-22 химиялық элементтер. 12 элемент 99,29%, қалғаны 0,71% құрайды.

Кеңістікте таралуы: H, He, C, N.

50% дейін - C, 20% дейін - O, 8% дейін - H, 10-15% - N, 2-6% - P, 1% - S, 1% - K, ½% - Mg және Ca, 0 ,2% - Fe, аз мөлшерде - Na, Mn, Cu, Zn.

Атом құрылысы, изотоптары, сутегі, оттегі, күкірт және азоттың жер қыртысында таралуы

СУТЕК - ғарыштың негізгі элементі, Әлемнің ең көп таралған элементі . Chem el-t тобы 1, атом нөмірі 1, атомдық массасы 1,0079. Периодтық жүйенің қазіргі басылымдарында Н да F-дан жоғары VII топқа орналастырылған, өйткені Н-ның кейбір қасиеттері галогендердің қасиеттеріне ұқсас. Н-ның үш изотопы тұрақты екі протий 1 Н - Р (99,985%), дейтерий 2 Н - D (0,015%), ал бір радиоактивті тритий 3 Н - Т, Т 1/2 = 12,262 жыл. Тағы біреуі жасанды түрде алынды - төртінші өте тұрақсыз изотоп - 4 H. P және D бөлу кезінде табиғи жағдайларБулану негізгі рөл атқарады, алайда дүниежүзілік мұхит суларының массасы соншалықты үлкен, ондағы дейтерий мөлшері аз өзгереді. IN тропикалық елдерЖауын-шашындағы дейтерий мөлшері полярлық аймаққа қарағанда жоғары. Бос күйінде Н – түссіз, дәмсіз және иіссіз газ, барлық газдардың ішіндегі ең жеңілі, ауадан 14,4 есе жеңіл. Н -252,6°С-та сұйық, -259,1°С-та қатты болады. H - тамаша қалпына келтіретін агент. О-да жарықсыз жалынмен жанып, су түзеді. Жер қыртысында Н жұлдыздар мен Күнге қарағанда әлдеқайда аз. Оның жер қыртысындағы кларк салмағы 1% құрайды. Табиғи жағдайда химиялық қосылыстар H пішіндері иондық, коваленттіЖәне сутектік байланыстар . Сутегі байланыстары ойнайды маңызды рөлбиополимерлерде (көмірсулар, спирттер, белоктар, нуклеин қышқылдары) керогендік геополимерлердің және GI молекулаларының қасиеттері мен құрылымын анықтау. Белгілі бір жағдайларда Н атомы басқа екі атоммен бір мезгілде қосыла алады. Әдетте, олардың біреуімен күшті коваленттік байланыс, ал екіншісімен әлсіз байланыс түзеді, сондықтан оны атайды. сутектік байланыс.

ОТТЕК - Жер қыртысының ең көп таралған элементі, ол массасы бойынша 49,13% құрайды. О сериялық нөмірі 8, 2 периодта, VI топ, атомдық массасы 15,9994. О-ның үш тұрақты изотоптары белгілі – 16 O (99,759%), 17 O (0,0371%), 18 O (0,2039%). О-ның ұзақ өмір сүретін радиоактивті изотоптары жоқ. Жасанды радиоактивті изотоп 15 O (T 1/2 = 122 секунд). 18 O/16 O изотоптық қатынасы геологиялық реконструкциялар үшін пайдаланылады, ол жылы табиғи объектілер 1/475-тен 1/525-ке дейін 10%-ға өзгереді. Полярлық мұзда ең төменгі изотоптық коэффициент, ең жоғарысы CO 2 атмосферасы. Изотоптық құрамды салыстыру кезінде мәнді пайдаланыңыз d 18 O, ол формула бойынша есептеледі: d 18 О‰= . Артында стандарттыБұл изотоптардың мұхит суындағы орташа қатынасы қабылданады. Судағы O изотоптық құрамының өзгеруі ерекше минералдардың түзілуі жүретін температурамен анықталады. Т неғұрлым төмен болса, соғұрлым изотопты фракциялау қарқынды болады. Мұхиттың O изотоптық құрамы соңғы 500 миллион жыл ішінде өзгерген жоқ деп есептеледі. Изотоптардың ығысуын анықтайтын негізгі фактор (табиғаттағы изотоптық құрамның өзгеруі) реакция температурасымен анықталатын кинетикалық әсер болып табылады. O at қалыпты жағдайларгаз, көзге көрінбейтін, дәмсіз, иіссіз. Атомдардың басым көпшілігімен реакцияларда О рөлін атқарады тотықтырғыш. Тек F-мен реакцияда тотықтырғыш зат бар диалотропты модификациялар . Бірінші - молекулалық оттегі - O 2Екінші модификация - озон – O 3,ауадағы электр разрядтарының әсерінен және таза О, радиоактивті процестерде және кәдімгі О-ға ультракүлгін сәулелердің әсерінен түзіледі. Табиғатта O 3атмосфераның жоғарғы қабаттарында ультракүлгін сәулелердің әсерінен үнемі қалыптасады. Шамамен 30-50 км биіктікте ультракүлгін сәулелердің негізгі бөлігін блоктайтын, биосфера организмдерін осы сәулелердің деструктивті әсерінен қорғайтын «озон экраны» бар. Төмен концентрацияларда O 3жағымды, сергітетін иіс, бірақ ауада болса 1%-дан астам O 3, бұл өте улы .

АЗОТ - биосферада шоғырланған: атмосферада басым (салмағы бойынша 75,31%, көлем бойынша 78,7%), ал жер қыртысында ол салмағы кларк - 0,045%. V топтың химиялық элементі, период 2, атом нөмірі 7, атомдық массасы 14,0067. N-нің үш изотопы белгілі – екеуі тұрақты 14 N (99,635%) және 15 N (0,365%) және радиоактивті 13 N, T 1/2 = 10,08 мин. Арақатынас мәндерінің жалпы таралуы 15 N/ 14 Nкішкентай . Мұнай 15N изотопымен байытылған, ал ілеспе табиғи газдар онда таусылады. Мұнай тақтатастары да ауыр изотоппен байытылған N 2 түссіз, дәмсіз және иіссіз газ. Н O айырмашылығы тыныс, қоспаны қолдамайды Н c O біздің планетамыздың тұрғындарының көпшілігінің тыныс алуына қолайлы. N химиялық белсенді емес. Ол барлық организмдердің тіршілік заттарының бөлігі болып табылады. Азоттың төмен химиялық белсенділігі оның молекуласының құрылымымен анықталады. Көптеген газдар сияқты, инерттілерден басқа, молекула Некі атомнан тұрады. Әрбір атомның сыртқы қабықшасының 3 валенттік электрондары олардың арасындағы байланысты түзуге қатысады, үш ковалентті химиялық байланыс беретін ең тұрақты барлық белгілі екі атомды молекулалардың. «Формальды» валенттілік -3-тен +5-ке дейін, «шын» валенттілік 3. Күшті қалыптастыру коваленттік байланыстар O, H және C-мен ол күрделі иондардың құрамына кіреді: - , - , + , оңай еритін тұздар береді.

Күкірт – эл-т ZK,мантияда (ультрабазиялық жыныстарда) литосфераға қарағанда 5 есе аз. Кларк ЗК - 0,1%. VI топтың химиялық el-t, 3 период, атомдық нөмірі 16, атомдық массасы 32,06. Электртерістігі жоғары, металл емес қасиеттерді көрсетеді. Сутегі мен оттегі қосылыстарында әртүрлі иондарда кездеседі. Қышқыл және тұз. Құрамында күкірт бар көптеген тұздар суда аз ериді. S валенттіліктері болуы мүмкін: (-2), (0), (+4), (+6), олардың біріншісі мен соңғысы ең сипатты. Иондық және коваленттік байланыстар тән. Табиғи процестер үшін бірінші кезекте күрделі ион – 2 S – металл емес, химиялық белсенді элемент маңызды. S тек Au және Pt-мен әрекеттеспейді. Бейорганикалық қосылыстардың ішінен сульфаттардан, сульфидтерден және H2SO4-тен басқа жер бетінде ең көп таралған оксидтер SO 2 – атмосфераны қатты ластайтын газ және SO 3 (қатты зат), сонымен қатар күкіртсутек. Elementary S тән үш аллотропты сорт : S ромбты (ең тұрақты), S моноклиникалық (циклдік молекула - сегіз мүшелі сақина S 8) және пластикалық S 6 - бұл алты атомнан тұратын сызықтық тізбектер. Табиғатта S-тің 4 тұрақты изотоптары белгілі: 32 S (95,02%), 34 S (4,21%), 33 S (0,75%), 36 S (0,02%). Жасанды радиоактивті изотоп 35 S Т 1/2 = 8,72 күн. S стандартты ретінде қабылданады троилит(FeS) Диабло каньоны метеоритінен (32 S/ 34 S = 22,22) Тотығу және тотықсыздану реакциялары изотоп алмасуын тудыруы мүмкін, бұл изотоптың ығысуы ретінде көрсетіледі. Табиғатта - бактериялық, бірақ термиялық жағынан да мүмкін. Табиғатта бүгінгі күнге дейін жер қыртысының S-ның 2 топқа – биогендікке бөлінуі байқалды. сульфидтер және жеңіл изотоппен байытылған газдар 32 S, және сульфаттар, мұхит суының тұздарына кіретін ежелгі буланулардың, гипс құрамында 34 S. Мұнай кен орындарымен бірге жүретін газдар изотоптық құрамы бойынша өзгереді және мұнайлардан айтарлықтай ерекшеленеді.

Сутегі (Н) өте жеңіл химиялық элемент, оның мөлшері жер қыртысында салмағы бойынша 0,9%, суда 11,19%.

Сутегінің сипаттамасы

Ол жеңілдігі бойынша газдар арасында бірінші болып табылады. Қалыпты жағдайда ол дәмсіз, түссіз және мүлдем иіссіз. Ол термосфераға түскенде салмағы аз болғандықтан ғарышқа ұшып кетеді.

Бүкіл ғаламда бұл ең көп химиялық элемент (заттардың жалпы массасының 75%). Ғарыш кеңістігіндегі көптеген жұлдыздар толығымен одан жасалған. Мысалы, Күн. Оның негізгі компоненті - сутегі. Ал жылу мен жарық материалдың ядролары қосылған кезде энергияның бөлінуінің нәтижесі болып табылады. Сондай-ақ ғарышта оның молекулаларының әртүрлі өлшемдегі, тығыздықтағы және температурадағы тұтас бұлттары бар.

Физикалық қасиеттері

Жоғары температура мен қысым оның сапасын айтарлықтай өзгертеді, бірақ қалыпты жағдайда ол:

Басқа газдармен салыстырғанда оның жылу өткізгіштігі жоғары,

Уытты емес және суда нашар ериді,

Тығыздығы 0,0899 г/л 0°C және 1 атм.,

-252,8°С температурада сұйықтыққа айналады

-259,1°C температурада қатты болады,

Меншікті жану жылуы 120,9,106 Дж/кг.

Ол сұйық немесе қатты күйге айналу үшін жоғары қысымды және өте төмен температураны қажет етеді. Сұйытылған күйде ол сұйық және жеңіл.

Химиялық қасиеттері

Қысым астында және салқындату кезінде (-252,87 градус С) сутегі сұйық күйге ие болады, оның салмағы кез келген аналогқа қарағанда жеңіл. Онда ол алады аз орынгаз тәрізді күйге қарағанда.

Бұл әдеттегі металл емес. Зертханаларда металдарды (мысалы, мырыш немесе темір) сұйылтылған қышқылдармен әрекеттесу арқылы өндіріледі. Қалыпты жағдайда ол белсенді емес және тек белсенді бейметалдармен әрекеттеседі. Сутегі оттегін оксидтерден ажыратады, ал металдарды қосылыстардан тотықсыздандырады. Ол және оның қоспалары белгілі бір элементтермен сутектік байланыс түзеді.

Газ этанолда және көптеген металдарда, әсіресе палладийде жақсы ериді. Күміс оны ерітпейді. Сутегі оттегіде немесе ауада жану кезінде және галогендермен әрекеттескенде тотығуы мүмкін.

Ол оттегімен қосылса, су пайда болады. Температура қалыпты болса, онда реакция баяу жүреді, егер ол 550 ° C-тан жоғары болса, ол жарылады (жарылғыш газға айналады);

Табиғатта сутекті табу

Біздің планетамызда сутегі көп болғанымен, оның таза күйінде табу оңай емес. Жанартау атқылауы кезінде, мұнай өндіру кезінде және органикалық заттардың ыдырауы кезінде аздап табуға болады.

Жалпы мөлшердің жартысынан көбі сумен бірге композицияда. Ол сондай-ақ мұнайдың, әртүрлі саздардың, жанғыш газдардың, жануарлар мен өсімдіктердің құрылымына кіреді (әрбір тірі жасушада атомдар саны бойынша 50% болуы).

Табиғаттағы сутегі айналымы

Жыл сайын су қоймалары мен топырақта өсімдік қалдықтарының орасан зор мөлшері (миллиарддаған тонна) ыдырайды және бұл ыдырау атмосфераға сутегінің орасан зор массасын бөледі. Ол сондай-ақ бактериялардан туындаған кез келген ашыту, жану кезінде шығарылады және оттегімен бірге су айналымына қатысады.

Сутегі қолданбалары

Элементті адамзат өз қызметінде белсенді пайдаланады, сондықтан біз оны алуды үйрендік өнеркәсіптік масштабҮшін:

Метеорология, химиялық өндіріс;

маргарин өндіру;

Зымыран отыны ретінде (сұйық сутегі);

Электр генераторларын салқындату үшін электр энергетикасы;

Металдарды пісіру және кесу.

Сутегінің көп мөлшері синтетикалық бензин (сапасыз отынның сапасын жақсарту үшін), аммиак, хлорсутек, спирттер және басқа материалдар өндірісінде қолданылады. Ядролық энергия өзінің изотоптарын белсенді пайдаланады.

«Сутегі асқын тотығы» препараты металлургияда кеңінен қолданылады, электроника өнеркәсібі, целлюлоза-қағаз өндірісінде, зығыр және мақта маталарын ағартуда, шаш бояғыштары мен косметика, полимерлер өндірісінде және жараларды емдеуге арналған медицинада.

Бұл газдың «жарылғыш» табиғаты өлімге әкелетін қаруға айналуы мүмкін - сутегі бомбасы. Оның жарылысы радиоактивті заттардың көп мөлшерінің бөлінуімен бірге жүреді және барлық тіршілік иелері үшін жойқын.

Сұйық сутегі мен теріге тию қатты және ауыр аязды тудыруы мүмкін.

Геохимия үшін химиялық элементтердің жер қыртысында таралу принципін нақтылау маңызды. Неліктен олардың кейбіреулері табиғатта жиі кездеседі, басқалары әлдеқайда сирек кездеседі, ал басқалары тіпті «мұражайдың сирек кездесетін жерлері» болып саналады?

Көптеген геохимиялық құбылыстарды түсіндірудің қуатты құралы Д.И.периодтық заңы болып табылады. Менделеев. Атап айтқанда, оның көмегімен жер қыртысында химиялық элементтердің таралуы туралы мәселені зерттеуге болады.

Алғаш рет элементтердің геохимиялық қасиеттері мен олардың химиялық элементтердің периодтық жүйесіндегі орны арасындағы байланысты Д.И. Менделеев, В.И. Вернадский мен А.Е. Ферсман.

Геохимияның ережелері (заңдары).

Менделеев ережесі

1869 жылы периодтық заңмен жұмыс істегенде Д.И. Менделеев ережені тұжырымдаған: « Атомдық салмағы төмен элементтер атомдық салмағы жоғары элементтерге қарағанда көбірек болады(1-қосымшаны, Химиялық элементтердің периодтық кестесін қараңыз). Кейінірек атомның құрылымының ашылуымен химиялық элементтердің кіші екені көрсетілді атомдық массасыпротондар саны шамамен олардың атомдарының ядроларындағы нейтрондар санына тең, яғни бұл екі шаманың қатынасы бірлікке тең немесе бірлікке жақын: оттегі үшін = 1,0; алюминий үшін

Аз таралған элементтер үшін атомдар ядроларында нейтрондар басым болады және олардың санының протондар санына қатынасы бірліктен айтарлықтай үлкен: радий үшін; уран үшін = 1,59.

«Менделеев ережесі» дат физигі Нильс Бор мен орыс химигі, КСРО Ғылым академиясының академигі Виктор Иванович Спицынның еңбектерінде одан әрі дамыды.

Виктор Иванович Спицын (1902-1988)

Оддо ережесі

1914 жылы итальяндық химик Джузеппе Оддо басқа ережені тұжырымдады: « Ең көп таралған элементтердің атомдық салмақтары төртке еселік сандармен көрсетіледі немесе мұндай сандардан сәл ауытқиды" Кейінірек бұл ереже атомдардың құрылымы туралы жаңа деректер аясында біршама түсіндірме алды: екі протон мен екі нейтроннан тұратын ядролық құрылым ерекше күшті.

Гаркинс ережесі

1917 жылы американдық физик-химигі Уильям Дрейпер Гаркинс (Харкинс) мына фактіге назар аударды: атомдық (реттік) сандары жұп химиялық элементтер табиғатта көршілес тақ сандары бар элементтерге қарағанда бірнеше есе көп таралған.Есептеулер бақылауды растады: периодтық жүйенің алғашқы 28 элементінің 14-і жұптары 86%, ал тақтары жер қыртысының массасының тек 13,6% құрайды.

Бұл жағдайда тақ атомдық нөмірлері бар химиялық элементтердің құрамында гелиондармен байланыспаған бөлшектердің болуы, сондықтан тұрақтылығы азырақ болуы мүмкін.

Харкинс ережесінен көптеген ерекшеліктер бар: мысалы, тіпті асыл газдар өте нашар таралған, ал тақ алюминий Al тіпті магний Mg қарағанда кең таралған. Дегенмен, бұл ереже жер қыртысына ғана емес, бүкіл жер шарына қатысты деген ұсыныстар бар. Жер шарының терең қабаттарының құрамы туралы нақты деректер әлі жоқ болса да, кейбір мәліметтер бүкіл жер шарындағы магний мөлшері алюминийден екі есе көп екенін көрсетеді. Ғарыштағы гелий Хе мөлшері оның жердегі қорларынан бірнеше есе көп. Бұл әлемдегі ең көп таралған химиялық элемент болуы мүмкін.

Ферсман ережесі

А.Е. Ферсман жер қыртысындағы химиялық элементтердің көптігінің олардың атомдық (реттік) санына тәуелділігін анық көрсетті. Бұл тәуелділік әсіресе координаталардағы графикті құрастырғанда айқын болады: атомдық нөмір – атомдық кларктың логарифмі. График нақты трендті көрсетеді: химиялық элементтердің атомдық санының өсуімен атомдық кларктар азаяды.

Күріш. . Жер қыртысында химиялық элементтердің таралуы

Күріш. 5. Әлемдегі химиялық элементтердің көптігі

(лог С – Ферсман бойынша атомдық кларктардың логарифмдері)

(атомдар саны туралы деректер 10 6 кремний атомына жатады)

Қатты қисық – тіпті Z мәндері,

нүктелі – тақ Z мәндері

Дегенмен, бұл ережеден кейбір ауытқулар бар: кейбір химиялық элементтер күтілетін молшылық мәндерінен (оттегі O, кремний Si, кальций Ca, темір Fe, барий Ba) айтарлықтай асып түседі, ал басқалары (литий Li, бериллий Be, бор B) Ферсман ережесі бойынша күтілгеннен әлдеқайда аз таралған. Мұндай химиялық элементтер сәйкесінше аталады артықЖәне тапшы.

Геохимияның негізгі заңының тұжырымы б.

Жер планетасының ортасында жер қыртысының, магманың және жартысының өте жұқа қабатының бетінен бөлінген ядро ​​бар. газ тәрізді зат, жарты сұйықтық. Бұл қабат майлаушы ретінде әрекет етеді және планетаның ядросының негізгі массасынан тәуелсіз дерлік айналуына мүмкіндік береді.
Ядроның үстіңгі қабаты өте тығыз қабықтан тұрады. Мүмкін бұл зат өзінің қасиеттері бойынша металдарға жақын, ол өте берік және икемді, мүмкін магниттік қасиеттер.
Планетаның ядросының беті - оның қатты қабығы - онымен байланыста болған кезде өте ыстық, магма дерлік газ күйіне өтеді;
Қатты қабық астында ядроның ішкі заты сығылған плазма күйінде болады, ол негізінен элементар атомдардан (сутегі) және ядролық ыдырау өнімдерінен – протондардан, электрондардан, нейтрондардан және реакциялар нәтижесінде түзілетін басқа да элементар бөлшектерден тұрады. ядролық синтез және ядролық ыдырау.

Ядролық синтез және ыдырау реакцияларының аймақтары.
Жер планетасының өзегінде ядролық синтез және ыдырау реакциялары жүреді, ол көп мөлшерде жылу мен басқа да энергия түрлерінің (электромагниттік импульстар, әртүрлі сәулелер) үнемі бөлінуін тудырады, сонымен қатар ядроның ішкі затын тұрақты түрде ұстап тұрады. плазмалық күй.

Жердің ядролық аймағы – ядролық ыдырау реакциялары.
Ядролық ыдырау реакциялары планета ядросының дәл ортасында жүреді.
Ол келесідей болады - ауыр және аса ауыр элементтер (ядролық синтез аймағында пайда болады), өйткені олардың массасы барлық болат элементтерінен үлкен, сұйық плазмаға батып, бірте-бірте планета ядросының дәл ортасына батып кетеді. , мұнда олар критикалық массаға ие болады және көп мөлшерде энергия мен ядролық ыдырау өнімдерін бөлетін ядролық ыдырау реакциясына түседі. Бұл аймақта ауыр элементтер элементар атомдардың күйіне әсер етеді - сутегі атомы, нейтрондар, протондар, электрондар және басқа элементар бөлшектер.
Бұл элементар атомдар мен бөлшектер жоғары жылдамдықпен жоғары энергияның бөлінуіне байланысты ядроның центрінен оның шеткі бөлігіне ұшып кетеді де, ядролық синтез реакциясына түседі.

Жердің ядролық аймағы – ядролық синтез реакциялары.
Жер ядросының ортасында ядролық ыдырау реакциясы нәтижесінде түзілетін элементар сутегі атомдары мен элементар бөлшектер ядроның сыртқы қатты қабығына жетеді, онда ядролық синтез реакциялары оған тікелей жақын жерде, бір қабатта жүреді. қатты қабықтың астында орналасқан.
Планета ядросының орталығындағы ядролық ыдырау реакциясының әсерінен жоғары жылдамдыққа дейін үдетілген протондар, электрондар және элементар атомдар шеткі жағында орналасқан әртүрлі атомдармен кездеседі. Айта кететін жайт, көптеген элементар бөлшектер ядро ​​бетіне шыққанда ядролық синтез реакцияларына түседі.
Бірте-бірте ядролық синтез аймағында көбірек ауыр элементтер пайда болады, бүкіл дерлік периодтық кесте, олардың кейбіреулері ең ауыр массаға ие.
Бұл аймақта сутегі плазмасының өзіне тән, орасан қысыммен сығылған, орасан тығыздығы бар, өзек айналуының центрден тепкіш күшінің әсерінен зат атомдарының салмағына қарай ерекше бөлінуі байқалады. центрге тартқыш ауырлық күшіне.
Осы күштердің барлығының қосылуы нәтижесінде ең ауыр металдар ядроның плазмасына батып, ядроның центрінде ядролық бөлінудің үздіксіз процесін одан әрі сақтау үшін оның орталығына түседі, ал жеңілірек элементтер ядроның плазмасынан кетуге бейім. ядро немесе оның ішкі бөлігінде орналасады - ядроның қатты қабығы.
Нәтижесінде бүкіл периодтық жүйедегі атомдар бірте-бірте магмаға енеді, содан кейін олар кіреді химиялық реакцияларядро бетінің үстінде күрделі химиялық элементтер түзеді.

Планета ядросының магнит өрісі.
Ядроның магнит өрісі ядро ​​ыдырауының элементар өнімдерінің ядроның орталық аймағынан шығып, ядродағы плазма ағындары бойымен жүруіне байланысты ядроның ортасында ядролық ыдырау реакциясы нәтижесінде пайда болады, негізгі күш сызықтарының айналасында айналатын күшті құйынды ағындарды қалыптастыру магнит өрісі. Бұл плазмалық ағындарда белгілі бір заряды бар элементтер болғандықтан, өзінің электромагниттік өрісін жасайтын күшті электр тогы пайда болады.
Негізгі құйынды ток (плазма ағыны) ядроның термоядролық синтез аймағында орналасқан, бұл аймақтағы барлық ішкі заттар планетаның айналуына қарай (планета ядросының экваторы бойымен) күшті электромагниттік жасайды; өріс.

Планета ядросының айналуы.
Планетаның ядросының айналуы планетаның айналу жазықтығымен сәйкес келмейді ядроның айналу осі планетаның айналу осі мен магниттік плюстерді қосатын ось арасында орналасқан;

Планета ядросының айналуының бұрыштық жылдамдығы үлкенірек бұрыштық жылдамдықпланетаның айналуының өзі және одан алда.

Планетаның ядросындағы ядролық ыдырау мен синтез процестерінің тепе-теңдігі.
Ғаламшардағы ядролық синтез және ядролық ыдырау процестері негізінен теңдестірілген. Бірақ біздің байқауымызша, бұл тепе-теңдік бір бағытта бұзылуы мүмкін.
Планета ядросының ядролық синтез аймағында артық ауыр металдар, содан кейін ол планетаның орталығына түседі Көбірек, әдеттегіден гөрі ядролық ыдырау реакциясының күшеюін тудыруы мүмкін, нәтижесінде әдеттегіден әлдеқайда көп энергия бөлінеді, бұл жер сілкінісі қаупі бар аймақтардағы сейсмикалық белсенділікке, сондай-ақ жер бетіндегі жанартаулық белсенділікке әсер етеді.
Біздің бақылауларымыз бойынша, мезгіл-мезгіл Жер ядросының қатты тиінінің микро-жарылуы орын алады, бұл ядро ​​плазмасының планетаның магмасына енуіне әкеледі және бұл оның температурасының күрт жоғарылауына әкеледі. орын. Бұл жерлерден жоғарыда планета бетіндегі сейсмикалық белсенділіктің және вулкандық белсенділіктің күрт артуы мүмкін.
Жаһандық жылыну және жаһандық салқындау кезеңдері планетадағы ядролық синтез мен ядролық ыдырау процестерінің тепе-теңдігімен байланысты болуы мүмкін. Геологиялық дәуірлердегі өзгерістер де осы процестермен байланысты.

Біздің тарихи кезеңде.
Біздің бақылауларымыз бойынша, қазір планета ядросының белсенділігінің артуы, оның температурасының жоғарылауы және нәтижесінде планетаның өзегін қоршап тұрған магманың қызуы, сонымен қатар ғаламдық температураның жоғарылауы байқалады. оның атмосферасы.
Бұл дрейфтің үдеуін жанама түрде растайды магниттік полюстер, бұл ядро ​​ішіндегі процестердің өзгеріп, басқа фазаға өткенін көрсетеді.
Жердің магнит өрісі күшінің төмендеуі планетаның магмасында Жердің магнит өрісін экрандайтын заттардың жинақталуымен байланысты, бұл, әрине, планетаның ядросындағы ядролық реакциялар режимдерінің өзгеруіне де әсер етеді.

Біздің планетамызды және ондағы барлық процестерді ескере отырып, біз өз зерттеулерімізде және болжамдарымызда әдетте физикалық немесе энергетикалық ұғымдармен жұмыс істейміз, бірақ кейбір жағдайларда бір және екінші жағы арасындағы байланыс жақсырақ түсінусипатталған тақырыптар.
Атап айтқанда, жер бетіндегі сипатталған болашақ эволюциялық процестер, сондай-ақ бүкіл планетадағы күрделі катаклизмдер кезеңі, оның өзегі, ондағы және магма қабатындағы процестер, сонымен қатар жер бетімен, биосферамен байланысы контексінде. және атмосфера қарастырылды. Бұл процестер физика деңгейінде де, энергетикалық қатынастар деңгейінде де қарастырылды.
Жер ядросының құрылымы физика тұрғысынан өте қарапайым және қисынды болып шықты, ол негізінен бір-бірін үйлесімді толықтыратын оның әртүрлі бөліктерінде екі басым термоядролық процессі бар жабық жүйе;
Ең алдымен, ядроның үздіксіз және өте жылдам қозғалыста екенін айту керек, бұл айналу ондағы процестерді де қолдайды.
Біздің планетамыздың ядросының дәл орталығы - бұл бөлшектердің өте ауыр және сығылған күрделі құрылымы, олар орталықтан тепкіш күштің, осы бөлшектердің соқтығысуы мен тұрақты қысылуының арқасында белгілі бір сәтте жеңілірек және қарапайым жеке элементтерге бөлінеді. Бұл термоядролық ыдырау процесі - планета ядросының дәл ортасында.
Шығарылған бөлшектер периферияға тасымалданады, онда өзек ішіндегі жалпы жылдам қозғалыс жалғасады. Бұл бөлікте бөлшектер жоғары жылдамдықпен соқтығысқан кеңістікте бір-бірінен одан әрі артта қалады, олар қайтадан ауыр және күрделі бөлшектерді құрайды, олар орталықтан тепкіш күшпен кері тартылады. Бұл термоядролық синтез процесі - Жер ядросының перифериясында.
Бөлшектердің орасан зор қозғалыс жылдамдығы және сипатталған процестердің пайда болуы тұрақты және орасан зор температураларды тудырады.
Мұнда кейбір тармақтарды нақтылаған жөн - біріншіден, бөлшектердің қозғалысы Жердің айналу осінің айналасында және оның қозғалысы бойымен жүреді - бір бағытта, бұл қосымша айналуы - планетаның бүкіл массасы мен бөлшектерімен бірге. оның өзегінде. Екіншіден, ядродағы бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы өте үлкен екенін атап өткен жөн, ол планетаның өз осінің айналасында айналу жылдамдығынан бірнеше есе жоғары.
Бұл жүйені тұрақты негізде қалағаныңызша ұстау үшін сізге көп нәрсе қажет емес, кез келген ғарыштық денелер, жалпы планетамыздың және атап айтқанда ядроның массасын үнемі ұлғайту, ал оның массасының бір бөлігі жылу энергиясы мен газдарды атмосфераның жұқа бөліктері арқылы тастайды. ашық кеңістік.
Жалпы алғанда, жүйе айтарлықтай тұрақты, сұрақ туындайды - жер бетінде қандай процестер ауыр геологиялық, тектоникалық, сейсмологиялық, климаттық және басқа да апаттарға әкелуі мүмкін?
Осы процестердің физикалық құрамдас бөлігін ескере отырып, келесі сурет пайда болады: мезгіл-мезгіл ядроның шеткі бөлігінен магмаға термоядролық синтезге қатысатын жеделдетілген бөлшектердің ағындары үлкен жылдамдықпен магманың үлкен қабатын «атады». олар осы «атуларды» өздері сөндіргендей, олардың тығыздығы, тұтқырлығы, төмен температурасы - олар планетаның бетіне көтерілмейді, бірақ мұндай шығарындылар пайда болатын магма аймақтары күрт қызып, қозғала бастайды, кеңейту, жер қыртысына көбірек қысым жасау, бұл жер сілкінісі мен жанартау атқылауын айтпағанда, геологиялық плиталардың күрт қозғалысына, жер қыртысының бұзылыстарына, температураның ауытқуына әкеледі. Бұл сондай-ақ континенттік тақталардың мұхиттарға батып кетуіне және жаңа материктер мен аралдардың жер бетіне шығуына әкелуі мүмкін.
Ядродан магмаға мұндай аздаған шығарындылардың себептері шамадан тыс температура мен қысым болуы мүмкін. ортақ жүйепланетаның өзегі, бірақ біз планетаның барлық жерінде эволюциялық жолмен анықталған апатты оқиғалар туралы, тірі саналы Жерді адамның агрессиясы мен қоқыстарынан тазарту туралы айтатын болсақ, онда біз тірі саналы болмыстың саналы қасақана әрекеті туралы айтамыз.
Энергия және эзотерицизм тұрғысынан планета орталықтан хабардарлық-ядродан дене-магма-төменгі қабатқа гвардияшыларға, яғни шартты түрде титандарға қасақана импульс береді. жер бетіндегі аумақтар. Бұл жерде ядро ​​мен мантия арасындағы белгілі бір қабатты айта кеткен жөн, дәл физика деңгейінде бұл салқындатқыш заттың қабаты, бір жағынан ядроның сипаттамаларына сәйкес келетін, екінші жағынан - магма, энергия ақпараты екі бағытта да жүреді. Энергетикалық тұрғыдан алғанда, бұл бастапқы «жүйке өткізгіш өріс» сияқты нәрсе, ол толық тұтылу кезінде Күннің тәжіне ұқсайды, бұл планетаның санасының бірінші және ең терең және ең үлкен қабатымен байланысы. Импульсті әрі қарай жіберетін Жер күзетшілері - бұл процестерді жер бетінде жүзеге асыратын кішірек және мобильді аймақтық сақшыларға. Рас, ауыр катаклизмдер кезеңінде жаңа континенттердің көтерілуі және қазіргі континенттерді қайта сызу, титандардың ішінара қатысуы болжанады.
Бұл жерде айта кететін тағы бір маңызды жайт физикалық құбылыс, планетамыздың ядросының құрылымымен және онда болып жатқан процестермен байланысты. Бұл Жердің магнит өрісінің пайда болуы.
Нәтижесінде магнит өрісі пайда болады жоғары жылдамдықЖер ядросының ішіндегі орбитадағы бөлшектердің қозғалысы және Жердің сыртқы магнит өрісі планетаның ядросында болып жатқан термоядролық процестерді анық көрсететін голограмма түрі деп айта аламыз.
Магнит өрісі планетаның ортасынан неғұрлым ұзағырақ болса, ол планетаның ішінде, ядроның жанында неғұрлым сирек кездеседі, ол күштірек, бірақ ядроның өзінде ол монолитті магнит өрісі болып табылады;