Waarom door het aantal atomen in de aarde. Vormen van het vinden van atomen van chemische elementen in de aardkorst. Waterstof vinden in de natuur
Elementaire samenstelling van levende materie en OM van brandbare fossielen
Brandbare fossielen bevatten in hun samenstelling dezelfde elementen als de substantie van levende organismen, dus de elementen - koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, zwavel en fosfor genaamd of biogeen, of biofiel, of organogeen.
Waterstof, koolstof, zuurstof en stikstof zijn goed voor meer dan 99% zowel de massa als het aantal atomen waaruit alle levende organismen bestaan. Naast hen, in aanzienlijke hoeveelheden in levende organismen, kan een ander oog worden geconcentreerd.
lo 20-22 chemische elementen. 12 elementen vormen 99,29%, de rest 0,71%
Ruimte overvloed: H, He, C, N.
Tot 50% - C, tot 20% - O, tot 8% - H, 10-15% - N, 2-6% - P, 1% - S, 1% - K, ½% - Mg en Ca, 0,2% - Fe, in sporenhoeveelheden - Na, Mn, Cu, Zn.
De structuur van het atoom, isotopen, verdeling van waterstof, zuurstof, zwavel en stikstof in de aardkorst
WATERSTOF - het belangrijkste element van de kosmos, het meest voorkomende element van het universum . Chem e-t 1 groep, atoomnummer 1, atoommassa 1.0079. In moderne edities van het periodiek systeem wordt H ook in groep VII boven F geplaatst, omdat sommige eigenschappen van H vergelijkbaar zijn met de eigenschappen van halogenen. Er zijn drie H-isotopen bekend: twee stabiele zijn protium 1 H - P (99,985%), deuterium 2 H - D (0,015%) en een radioactieve is tritium 3 H - T, T 1/2 = 12,262 jaar. Er wordt er nog een kunstmatig verkregen - de vierde extreem onstabiele isotoop - 4 H. Bij de scheiding van P en D in Natuurlijke omstandigheden de hoofdrol wordt gespeeld door verdamping, maar de massa van de wateren van de wereldoceaan is zo groot dat het gehalte aan deuterium erin enigszins verandert. In tropische landen is het deuteriumgehalte in neerslag hoger dan in de poolzone. In de vrije toestand is H een kleurloos gas, geur- en smaakloos, de lichtste van alle gassen, 14,4 keer lichter dan lucht. H wordt vloeibaar bij -252,6°C, vast bij -259,1°C. H is een uitstekend reductiemiddel. Het brandt in O met een niet-lichtgevende vlam en vormt water. In de aardkorst is H veel kleiner dan in sterren en op de zon. Zijn gewicht clarke in de aardkorst is 1%. In natuurlijke chemische verbindingen vormt H ionisch, covalent en waterstofbruggen . Waterstofbindingen spelen een belangrijke rol in biopolymeren (koolhydraten, alcoholen, eiwitten, nucleïnezuren), bepalen de eigenschappen en structuur van kerogeen-geopolymeren en GI-moleculen. Bij bepaalde voorwaarden een H-atoom kan tegelijkertijd met twee andere atomen combineren. In de regel vormt het een sterke covalente binding met een van hen, en een zwakke met de andere, die wordt genoemd waterstofbinding.
ZUURSTOF - Het meest voorkomende element van de aardkorst, het is 49,13 gew.%. O heeft serienummer 8, zit in periode 2, groep VI, atoommassa 15.9994. Drie stabiele isotopen van O zijn bekend - 16 O (99,759%), 17 O (0,0371%), 18 O (0,2039%). Er zijn geen langlevende radioactieve isotopen van O. Kunstmatig radioactieve isotoop 15 O (T 1/2 = 122 seconden). De 18 O/16 O isotopenverhouding wordt gebruikt voor geologische reconstructies, die in natuurlijke objecten met 10% varieert van 1/475 tot 1/525. Het poolijs heeft de laagste isotopencoëfficiënt, de hoogste - CO 2 van de atmosfeer. Bij het vergelijken van de isotopensamenstelling wordt de waarde gebruikt d 18 O, die wordt berekend met de formule: d 18 O= . Per standaard- de gemiddelde verhouding van deze isotopen in oceaanwater wordt genomen. Variaties in de isotopensamenstelling van O in gp, water worden bepaald door de temperatuur waarbij het proces van vorming van specifieke mineralen verloopt. Hoe lager T, hoe intensiever de isotopenfractionering zal zijn. Er wordt aangenomen dat de O-isotoopsamenstelling van de oceaan de afgelopen 500 miljoen jaar niet is veranderd. De belangrijkste factor die de isotopenverschuiving (variaties in de isotopensamenstelling in de natuur) bepaalt, is het kinetische effect dat wordt bepaald door de reactietemperatuur. O onder normale omstandigheden is het gas onzichtbaar, smaakloos, geurloos. In reacties met de overgrote meerderheid van de atomen fungeert O als oxidatiemiddel. Alleen in de reactie met F is het oxidatiemiddel F. O bestaat in biallotrope modificaties . Eerst - moleculaire zuurstof - O 2 De tweede wijziging is: ozon - O3, arr onder de werking van elektrische ontladingen in lucht en zuivere O, in radioactieve processen, door de werking van ultraviolette stralen op gewone O. In de natuur ongeveer 3 constant gevormd onder invloed van UV-stralen in bovenste lagen atmosfeer. Op een hoogte van ongeveer 30-50 km is er een "ozonscherm" dat het grootste deel van de UV-stralen vangt en de organismen van de biosfeer beschermt tegen de schadelijke effecten van deze stralen. Bij lage concentraties, ongeveer 3 aangename, verfrissende geur, maar als in de lucht meer dan 1% O 3 het is zeer giftig .
STIKSTOF - geconcentreerd in de biosfeer: het overheerst in de atmosfeer (75,31% van het gewicht, 78,7% van het volume), en in de aardkorst gewicht clark - 0,045%. Scheikundig element van groep V, 2 perioden atoomnummer 7, atoommassa 14.0067. Er zijn drie N-isotopen bekend - twee stabiel 14 N (99,635%) en 15 N (0,365%) en radioactief 13 N, T1/2 = 10,08 min. Algemene spreiding van verhoudingswaarden 15 N/ 14 N klein . De oliën zijn verrijkt in de 15 N isotoop, en de bijbehorende natuurlijke gassen door hen verarmd. Olieschalie is ook verrijkt met zwaar isotoop N 2 kleurloos gas, smaak- en geurloos. N in tegenstelling tot O ondersteunt de ademhaling niet, het mengsel N met O is het meest acceptabel voor de adem van de meeste bewoners van onze planeet. N is chemisch inactief. Het maakt deel uit van de GI van alle organismen. De lage chemische activiteit van stikstof wordt bepaald door de structuur van het molecuul. Zoals de meeste gassen, behalve inerte gassen, is het molecuul N bestaat uit twee atomen. Bij de vorming van een binding daartussen nemen 3 valentie-elektronen van de buitenste schil van elk atoom deel, waardoor drievoudige covalente chemische binding , wat geeft de meest stabiele van alle bekende diatomische moleculen. "Formele" valentie van -3 tot +5, "echte" valentie 3. Het vormt sterke covalente bindingen met O, H en C en maakt deel uit van de complexe ionen: -, -, +, die gemakkelijk oplosbare zouten geven.
ZWAVEL - e-t ZK, in de mantel (ultrabasische gesteenten) is het 5 keer minder dan in de lithosfeer. Clark in ZK - 0,1%. Chemische elementengroep VI, 3 perioden, atoomnummer 16, atoommassa 32.06. Zeer elektronegatieve el-t, vertoont niet-metalen eigenschappen. In waterstof- en zuurstofverbindingen zit het in de samenstelling van verschillende ionen. Arr zuur en zout. Veel zwavelhoudende zouten zijn slecht oplosbaar in water. S kan valenties hebben: (-2), (0), (+4), (+6), waarvan de eerste en de laatste het meest kenmerkend zijn. Zowel ionische als covalente bindingen zijn kenmerkend. Belangrijkste waarde voor natuurlijke processen heeft een complex ion - 2 S - niet-metaal, chemisch actief element. Alleen met Au en Pt S heeft geen interactie. Van de anorganische verbindingen komen naast sulfaten, sulfiden en H2SO4, oxiden van SO 2 - een gas dat de atmosfeer sterk vervuilt, en SO 3 (vast), evenals waterstofsulfide, veel voor op aarde. Elementaire S wordt gekenmerkt door drie allotrope variëteiten : S rhombisch (meest stabiel), S monokliene (cyclische molecule - achtledige ring S 8) en plastic S 6 zijn lineaire ketens van zes atomen. In de natuur zijn 4 stabiele isotopen van S bekend: 32S (95,02%), 34S (4,21%), 33S (0,75%), 36S (0,02%). Kunstmatige radioactieve isotoop 35 S c T 1/2 = 8,72 dagen. S wordt standaard geaccepteerd. troilite(FeS) van de Canyon Diablo meteoriet (32 S/ 34 S= 22,22) Oxidatie- en reductiereacties kunnen isotopenuitwisseling veroorzaken, wat zich uit in een isotopenverschuiving. In de natuur is het bacterieel, maar thermisch kan ook. In de natuur is er tot op heden een duidelijke verdeling van de S van de aardkorst in 2 groepen - biogeen sulfiden en gassen verrijkt in de lichte isotoop 32 S, en sulfaten, opgenomen in de zouten van oceanisch water van oude evaporieten, gips met 34 S. De gassen die verband houden met olieafzettingen variëren in isotopensamenstelling en verschillen aanzienlijk van oliën.
De chemische samenstelling van de aardkorst werd bepaald aan de hand van de analyse van talrijke monsters van gesteenten en mineralen die naar de oppervlakte van de aarde komen tijdens bergbouwprocessen, evenals uit mijnbouwwerken en diepe boorgaten.
Momenteel is de aardkorst bestudeerd tot een diepte van 15-20 km. Het bestaat uit chemische elementen die deel uitmaken van de rotsen.
De meest voorkomende in de aardkorst zijn 46 elementen, waarvan 8 97,2-98,8% van zijn massa uitmaken, 2 (zuurstof en silicium) - 75% van de massa van de aarde.
De eerste 13 elementen (met uitzondering van titanium), die het meest voorkomen in de aardkorst, maken deel uit van de organische stof van planten, nemen deel aan alle vitale processen en spelen een belangrijke rol bij de bodemvruchtbaarheid. Een groot aantal van elementen die betrokken zijn bij chemische reacties in de ingewanden van de aarde, leidt tot de vorming van een grote verscheidenheid aan verbindingen. Chemische elementen, die het meest in de lithosfeer voorkomen, maken deel uit van veel mineralen (ze bestaan voornamelijk uit verschillende gesteenten).
Afzonderlijke chemische elementen zijn als volgt in de geosferen verdeeld: zuurstof en waterstof vullen de hydrosfeer; zuurstof, waterstof en koolstof vormen de basis van de biosfeer; zuurstof, waterstof, silicium en aluminium zijn de belangrijkste componenten van klei en zand of verweringsproducten (ze vormen meestal het bovenste deel van de aardkorst).
Chemische elementen in de natuur worden aangetroffen in een verscheidenheid aan verbindingen die mineralen worden genoemd. Dit zijn homogene chemicaliën van de aardkorst, die zijn gevormd als gevolg van complexe fysisch-chemische of biochemische processen, bijvoorbeeld steenzout (NaCl), gips (CaS04 * 2H20), orthoklaas (K2Al2Si6016).
In de natuur spelen chemische elementen een ongelijke rol bij de vorming van verschillende mineralen. Zo komt silicium (Si) voor in meer dan 600 mineralen en komt het ook veel voor in de vorm van oxiden. Zwavel vormt tot 600 verbindingen, calcium-300, magnesium -200, mangaan-150, boor - 80, kalium - tot 75, er zijn slechts 10 lithiumverbindingen bekend en zelfs minder jodium.
Een van de bekendste mineralen in de aardkorst wordt gedomineerd door een grote groep veldspaat met drie hoofdelementen - K, Na en Ca. In bodemvormende gesteenten en hun verweringsproducten nemen veldspaten de belangrijkste plaats in. Veldspaten verweren geleidelijk (ontbinden) en verrijken de bodem met K, Na, Ca, Mg, Fe en andere asstoffen, evenals sporenelementen.
Clarke-nummer:- getallen die het gemiddelde gehalte aan chemische elementen in de aardkorst, hydrosfeer, aarde, ruimtelichamen, geochemische of kosmochemische systemen, enz., in verhouding tot de totale massa van dit systeem. Uitgedrukt in % of g/kg.
Soorten clarks
Er zijn gewicht (in %, in g/t of in g/g) en atomaire (in % van het aantal atomen) clarks. Generalisatie van gegevens over chemische samenstelling van verschillende gesteenten waaruit de aardkorst bestaat, rekening houdend met hun verspreiding tot een diepte van 16 km, werd voor het eerst gemaakt door de Amerikaanse wetenschapper F.W. Clark (1889). De door hem verkregen getallen voor het percentage chemische elementen in de samenstelling van de aardkorst, later enigszins verfijnd door A.E. Fersman, werden op voorstel van laatstgenoemde Clark-getallen of clarks genoemd.
De structuur van het molecuul. Elektrische, optische, magnetische en andere eigenschappen van moleculen zijn gerelateerd aan golffuncties en energieën van verschillende toestanden van moleculen. Informatie over de toestanden van moleculen en de waarschijnlijkheid van overgang daartussen wordt geleverd door moleculaire spectra.
De trillingsfrequenties in de spectra worden bepaald door de massa's van de atomen, hun rangschikking en de dynamiek van interatomaire interacties. De frequenties in de spectra hangen af van de traagheidsmomenten van de moleculen, waarvan de bepaling uit spectroscopische gegevens het mogelijk maakt om exacte waarden interatomaire afstanden in een molecuul. Het totale aantal lijnen en banden in het trillingsspectrum van een molecuul hangt af van zijn symmetrie.
Elektronische overgangen in moleculen karakteriseren de structuur van hun elektronenschillen en de toestand van chemische bindingen. De spectra van moleculen met een groter aantal bindingen worden gekenmerkt door absorptiebanden met een lange golflengte die in het zichtbare gebied vallen. Stoffen die uit dergelijke moleculen zijn opgebouwd, worden gekenmerkt door kleur; dergelijke stoffen omvatten alle organische kleurstoffen.
Ionen. Als gevolg van elektronenovergangen worden ionen gevormd - atomen of groepen atomen waarin het aantal elektronen niet gelijk is aan het aantal protonen. Als een ion meer negatief geladen deeltjes bevat dan positief geladen deeltjes, dan wordt zo'n ion negatief genoemd. Anders wordt het ion positief genoemd. Ionen komen heel vaak voor in stoffen, ze zitten bijvoorbeeld in alle metalen zonder uitzondering. De reden is dat een of meer elektronen van elk atoom van het metaal worden gescheiden en in het metaal bewegen, waardoor het zogenaamde elektronengas wordt gevormd. Het is vanwege het verlies van elektronen, dat wil zeggen negatieve deeltjes, dat metaalatomen positieve ionen worden. Dit geldt voor metalen in elke staat - vast, vloeibaar of gasvormig.
Het kristalrooster modelleert de rangschikking van positieve ionen in het kristal van een homogene metallische substantie.
Het is bekend dat in vaste toestand alle metalen kristallen zijn. De ionen van alle metalen zijn op een ordelijke manier gerangschikt en vormen een kristalrooster. In gesmolten en verdampte (gasvormige) metalen is er geen geordende rangschikking van ionen, maar blijft het elektronengas tussen de ionen.
isotopen- variëteiten van atomen (en kernen) van een chemisch element die hetzelfde atoomnummer (ordinaal) hebben, maar verschillende massagetallen. De naam is te danken aan het feit dat alle isotopen van één atoom op dezelfde plaats (in één cel) van het periodiek systeem zijn geplaatst. De chemische eigenschappen van een atoom hangen af van de structuur van de elektronenschil, die op zijn beurt voornamelijk wordt bepaald door de lading van de kern Z (dat wil zeggen, het aantal protonen erin), en zijn bijna niet afhankelijk van zijn massa getal A (dat wil zeggen, het totale aantal protonen Z en neutronen N) . Alle isotopen van hetzelfde element hebben dezelfde kernlading en verschillen alleen in het aantal neutronen. Gewoonlijk wordt een isotoop aangeduid met het symbool van het chemische element waartoe het behoort, met toevoeging van een index linksboven die het massagetal aangeeft. U kunt de naam van het element ook met een koppelteken schrijven. Sommige isotopen hebben traditionele eigennamen (bijvoorbeeld deuterium, actinon).
Tot nu toe, sprekend over de atoomtheorie, over hoe stoffen die totaal van elkaar verschillen, worden verkregen uit verschillende soorten atomen die in een andere volgorde met elkaar zijn verbonden, hebben we nooit de "kinderachtige" vraag gesteld - waar kwamen de atomen zelf Komt van? Waarom zijn er veel atomen van sommige elementen, en heel weinig van andere, en ze zijn erg ongelijk verdeeld. Slechts één element (zuurstof) vormt bijvoorbeeld de helft van de aardkorst. Drie elementen (zuurstof, silicium en aluminium) zijn in totaal al goed voor 85%, en als we daar ijzer, kalium, natrium, kalium, magnesium en titanium aan toevoegen, krijgen we 99,5% van de aardkorst. Het aandeel van enkele tientallen andere elementen bedraagt slechts 0,5%. Het zeldzaamste metaal op aarde is rhenium, en er is niet zo veel goud met platina, het is niet voor niets dat ze zo duur zijn. En hier is nog een voorbeeld: er zijn ongeveer duizend keer meer ijzeratomen in de aardkorst dan koperatomen, duizend keer meer koperatomen dan zilveratomen, en honderd keer meer zilver dan reniumatomen.
De elementen op de zon zijn op een heel andere manier verdeeld: er is de meeste waterstof (70%) en helium (28%) en slechts 2% van alle andere elementen.Als we het hele zichtbare heelal nemen, dan is er zelfs meer waterstof erin. Waarom is dat? In de oudheid en in de middeleeuwen werden geen vragen gesteld over de oorsprong van atomen, omdat ze geloofden dat ze altijd in een onveranderde vorm en hoeveelheid bestonden (en volgens de bijbelse traditie werden ze door God geschapen op één dag van de schepping ). En zelfs toen de atomistische theorie won en de chemie zich snel begon te ontwikkelen, en D.I. Mendelejev zijn beroemde systeem van elementen creëerde, bleef de kwestie van de oorsprong van atomen als lichtzinnig worden beschouwd. Natuurlijk verzamelde een van de wetenschappers af en toe de moed en stelde zijn theorie voor. Zoals al genoemd. In 1815 suggereerde William Prout dat alle elementen afkomstig zijn van atomen van het lichtste element, waterstof. Zoals Prout schreef, is waterstof dezelfde 'eerste materie' van de oude Griekse filosofen. die door te "condenseren" alle andere elementen gaf.
In de 20e eeuw is door de inspanningen van astronomen en theoretische natuurkundigen een wetenschappelijke theorie ontstaan over de oorsprong van atomen, die in in algemene termen beantwoordde de vraag over de oorsprong van chemische elementen. Op een zeer vereenvoudigde manier ziet deze theorie er als volgt uit. In het begin was alle materie op één punt geconcentreerd met een ongelooflijk hoge dichtheid (K) * "g / cm") en temperatuur (1027 K). Deze aantallen zijn zo groot dat er geen namen voor zijn. Ongeveer 10 miljard jaar geleden, als gevolg van de zogenaamde oerknal, begon deze superdichte en superhete plek snel uit te breiden. Natuurkundigen hebben een redelijk goed beeld van hoe de gebeurtenissen zich 0,01 seconde na de explosie ontwikkelden. De theorie van wat er eerder gebeurde was veel slechter ontwikkeld, omdat in het toen bestaande klontje materie de nu bekende natuurkundige wetten slecht werden waargenomen (en hoe eerder, hoe erger). Bovendien werd de vraag wat er vóór de oerknal gebeurde eigenlijk niet eens overwogen, aangezien er toen zelf geen tijd was! Immers, als er geen materiële wereld is, dat wil zeggen geen gebeurtenissen, waar komt de tijd dan vandaan? Wie of wat zal het tellen? Dus de materie begon zich snel te verspreiden en af te koelen. Hoe lager de temperatuur, hoe meer mogelijkheden voor de vorming van verschillende structuren (bijvoorbeeld bij kamertemperatuur kunnen miljoenen verschillende organische verbindingen bestaan, bij +500 ° C - slechts enkele, en boven +1000 ° C, waarschijnlijk geen organische stoffen kunnen bestaan, - Bij hoge temperaturen vallen ze allemaal uiteen in hun samenstellende delen. Volgens wetenschappers begon 3 minuten na de explosie, toen de temperatuur tot een miljard graden daalde, het proces van nucleosynthese (dit woord komt van de Latijnse kern - "kern" en het Griekse "synthese" - "verbinding, combinatie"), d.w.z. het verbindingsproces protonen en neutronen in de kernen van verschillende elementen. Naast protonen - waterstofkernen, verschenen ook heliumkernen; deze kernen konden nog geen elektronen hechten en agoms vormen door too hoge temperatuur. Het primaire heelal bestond uit waterstof (ongeveer 75%) en helium, met een kleine hoeveelheid van het op een na grootste element, lithium (de kern heeft drie protonen). Deze samenstelling is al ongeveer 500 duizend jaar niet veranderd. Het universum bleef uitdijen, afkoelen en steeds ijler worden. Toen de temperatuur daalde tot +3000 "C. kregen de elektronen de kans om te combineren met de kernen, wat leidde tot de vorming van stabiele waterstof- en heliumatomen.
Het lijkt erop dat het heelal, bestaande uit waterstof en helium, zou moeten blijven uitdijen en tot in het oneindige afkoelen. Maar dan zouden er niet alleen andere elementen zijn, maar ook sterrenstelsels, sterren en ook wij. De krachten van universele zwaartekracht (zwaartekracht) gingen de oneindige uitdijing van het heelal tegen. De zwaartekrachtscontractie van materie in verschillende delen van het ijle heelal ging gepaard met herhaalde sterke verwarming - het stadium van massavorming van sterren begon, die ongeveer 100 miljoen jaar duurde.In die gebieden van de ruimte bestaande uit gas en stof, waar de temperatuur bereikte 10 miljoen graden begon het proces van thermonucleaire fusie van helium door fusie van waterstofkernen. Deze kernreacties gingen gepaard met het vrijkomen van een enorme hoeveelheid energie die werd uitgestraald in de omringende ruimte: zo lichtte een nieuwe ster op. zolang er voldoende waterstof in zat, ging straling die "van binnenuit" de samendrukking van de ster onder invloed van de zwaartekracht tegenwerkte. Ook onze zon schijnt door de "verbranding" van waterstof. Dit proces gaat erg langzaam, aangezien de toenadering van twee positief geladen protonen wordt verhinderd door de Coulomb-afstotingskracht, dus ons licht is voorbestemd voor nog vele jaren van leven.
Wanneer de toevoer van waterstofbrandstof stopt, stopt de synthese van helium geleidelijk, en daarmee vervaagt de krachtige straling. De zwaartekrachten drukken de ster weer samen, de temperatuur stijgt en het wordt mogelijk dat heliumkernen met elkaar versmelten tot koolstofkernen (6 protonen) en zuurstof (8 protonen in de kern). Deze nucleaire processen gaan ook gepaard met het vrijkomen van energie. Maar vroeg of laat komt er een einde aan de heliumvoorraden. En dan komt de derde fase van samendrukking van de ster door de zwaartekracht. En dan hangt alles af van de massa van de ster in dit stadium. Als de massa niet erg groot is (zoals onze zon), dan zal het effect van de temperatuurstijging tijdens de samentrekking van de ster niet voldoende zijn voor koolstof en zuurstof om verdere kernfusiereacties aan te gaan; zo'n ster wordt een zogenaamde witte dwerg. Zwaardere elementen worden 'gefabriceerd' in sterren die astronomen rode reuzen noemen - hun massa is meerdere malen groter dan die van de zon. In deze sterren vinden de synthesereacties van zwaardere elementen uit koolstof en zuurstof plaats. Zoals astronomen zich figuurlijk uitdrukken, zijn sterren kernvuren, waarvan de as zware chemische elementen zijn.
33
2- 1822
De energie die vrijkomt in dit stadium van het leven van een ster "blaast" de buitenste lagen van de rode reus enorm op; als onze zon zo'n ster was. De aarde zou in deze gigantische bal zijn - het vooruitzicht voor alles op aarde is niet het meest aangename. Stellaire wind.
"ademen" van het oppervlak van rode reuzen, brengt de chemische elementen naar de ruimte die door deze sterren worden gesynthetiseerd, die nevels vormen (veel ervan zijn zichtbaar door een telescoop). Rode reuzen leven relatief kort - honderden keren minder dan de zon. Als de massa van zo'n ster 10 keer groter is dan de massa van de zon, ontstaan er omstandigheden (temperatuur in de orde van een miljard graden) voor de synthese van elementen tot aan ijzer. Yalro-ijzer is de meest stabiele van alle kernen. Dit betekent dat de synthesereacties van elementen die lichter zijn dan ijzer voortgaan met het vrijkomen van energie, terwijl de synthese van zwaardere elementen energie vereist. Met het verbruik van energie treden ook reacties op van de ontleding van ijzer in lichtere elementen. Daarom vinden in sterren die het "ijzeren" ontwikkelingsstadium hebben bereikt dramatische processen plaats: in plaats van energie vrij te geven, wordt het geabsorbeerd, wat gepaard gaat met een snelle temperatuurdaling en compressie tot een zeer klein volume; astronomen noemen dit proces gravitationele ineenstorting (van het Latijnse woord collapsus - "verzwakt, gevallen"; het is niet voor niets dat artsen een plotselinge bloeddrukdaling noemen, wat erg gevaarlijk is voor mensen). Tijdens de ineenstorting van de zwaartekracht wordt een groot aantal neutronen gevormd, die door de afwezigheid van een lading gemakkelijk in de kernen van alle beschikbare elementen doordringen. Kernen die oververzadigd zijn met neutronen ondergaan een speciale transformatie (bèta-verval genaamd), waarbij uit een neutron een proton wordt gevormd; als resultaat wordt het volgende element verkregen uit de kern van dit element, in de kern waarvan zich al een proton meer bevindt. Wetenschappers hebben geleerd dergelijke processen in terrestrische omstandigheden te reproduceren; Mooi zo beroemd voorbeeld- synthese van de isotoop plutonium-239, wanneer, wanneer natuurlijk uranium (92 protonen, 146 neutronen) wordt bestraald met neutronen, de kern ervan één neutron vangt en een kunstmatig element neptunium (93 protonen, 146 neutronen) wordt gevormd, en daaruit - hetzelfde dodelijke plutonium (94 protonen, 145 neutronen), dat wordt gebruikt in atoombommen. In sterren die zwaartekracht instorten ondergaan, als gevolg van neutronenvangst en daaropvolgende bètaverval, worden honderden verschillende kernen van alle mogelijke isotopen van chemische elementen gevormd. De ineenstorting van een ster eindigt met een grandioze explosie, vergezeld van de uitstoot van een enorme massa materie in de ruimte - er wordt een supernova gevormd. De uitgestoten stof, met daarin alle elementen uit het periodiek systeem (en ons lichaam bevat diezelfde atomen!), Verstrooit zich met een snelheid tot 10.000 km/sec. en een klein overblijfsel van de materie van de dode ster krimpt (stort in) en vormt een superdichte neutronenster of zelfs een zwart gat. Af en toe flitsen zulke sterren aan onze hemel, en als de uitbarsting niet te ver weg is, overtreft de supernova alle andere sterren in helderheid. En geen wonder: de helderheid van een supernova kan de helderheid van een heel sterrenstelsel bestaande uit een miljard sterren! Een van deze "nieuwe" sterren, volgens de Chinese kronieken, vlamde op in 1054. Nu is op deze plaats de beroemde Krabnevel in het sterrenbeeld Stier, en in het midden ervan is er een snel draaiende (30 omwentelingen per seconde! ) Neutronenster Gelukkig (voor ons, en niet voor de synthese van nieuwe elementen), zijn dergelijke sterren tot nu toe alleen in verre sterrenstelsels opgelaaid ...
Als gevolg van het "verbranden" van sterren en de explosie van supernova's, bleken alle bekende chemische elementen in de ruimte te zijn. De overblijfselen van supernova's in de vorm van uitdijende nevels, "verwarmd" door radioactieve transformaties, botsen met elkaar, condenseren tot dichte formaties, waaruit nieuwe generatie sterren ontstaan onder invloed van zwaartekracht. Deze sterren (inclusief onze zon) bevatten vanaf het allereerste begin van hun bestaan een mengsel van zware elementen in hun samenstelling; dezelfde elementen bevinden zich in de gas- en stofwolken die deze sterren omringen, waaruit de planeten worden gevormd. Dus de elementen waaruit alle dingen om ons heen bestaan, inclusief ons lichaam, zijn geboren als resultaat van grootse kosmische processen ...
Waarom worden sommige elementen veel gevormd en andere een beetje? Het blijkt dat in het proces van nucleosynthese, met de grootste waarschijnlijkheid, kernen worden gevormd, bestaande uit een klein even aantal schuteons en neutronen. Zware kernen, die 'overlopen' van protonen en neutronen, zijn minder stabiel en er zijn er minder in het heelal. Bestaat algemene regel: hoe groter de lading van de kern, hoe zwaarder deze is, hoe minder dergelijke kernen in het heelal. Deze regel wordt echter niet altijd gevolgd. Zo zijn er weinig lichte kernen van lithium (3 protonen, 3 neutronen) en boor (5 protonen en 5 of 6 neutronen) in de aardkorst. Er wordt aangenomen dat deze kernen om een aantal redenen niet kunnen worden gevormd in het binnenste van sterren, maar onder invloed van kosmische straling "afbreken" van zwaardere kernen die zich in de interstellaire ruimte hebben opgehoopt. De verhouding van verschillende elementen op aarde is dus een echo van de turbulente processen in de ruimte die miljarden jaren geleden plaatsvonden, in de latere stadia van de ontwikkeling van het heelal.
Antwoorden op vragen,
onderworpen aan het examen in de discipline "Fysische en chemische processen in omgeving» voor derdejaarsstudenten van de specialiteit "Environmental Management and Audit in Industry"
De overvloed aan atomen in de omgeving. Clarke-elementen.
element clark - een numerieke schatting van de gemiddelde inhoud van een element in de aardkorst, hydrosfeer, atmosfeer, de aarde als geheel, verschillende soorten gesteenten, ruimtevoorwerpen, enz. De clarke van een element kan worden uitgedrukt in eenheden van massa (% , g / t), of in atoom%. Geïntroduceerd door Fersman, genoemd naar Frank Unglisort, een Amerikaanse geochemicus.
De kwantitatieve verdeling van chemische elementen in de aardkorst werd voor het eerst vastgesteld door Clark. Hij nam ook de hydrosfeer en atmosfeer op in de aardkorst. De massa van de hydrosfeer is echter enkele % en de atmosfeer is honderdsten van % van de massa van de vaste aardkorst, dus de Clark-getallen weerspiegelen voornamelijk de samenstelling van de vaste aardkorst. Dus in 1889 werden clarks berekend voor 10 elementen, in 1924 - voor 50 elementen.
Moderne radiometrische, neutronenactivering, atomaire absorptie en andere analysemethoden maken het mogelijk om het gehalte aan chemische elementen in gesteenten en mineralen met grote nauwkeurigheid en gevoeligheid te bepalen. Ideeën over Clarks zijn veranderd. N-r: Ge in 1898 beschouwde Fox de clark gelijk aan n * 10 -10%. Ge was slecht bestudeerd en had geen praktische waarde. In 1924 werd de Clark voor hem berekend als n * 10 -9% (Clark en G. Washington). Later werd Ge gevonden in kolen en de clarke nam toe tot 0,n%. Ge wordt gebruikt in radiotechniek, het zoeken naar germaniumgrondstoffen, een gedetailleerde studie van de geochemie van Ge toonde aan dat Ge niet zo zeldzaam is in de aardkorst, zijn clarke in de lithosfeer is 1,4 * 10 -4%, bijna hetzelfde als die van Sn, As, zit het veel meer in de aardkorst dan Au, Pt, Ag.
De overvloed aan atomen in
Vernadsky introduceerde het concept van de verstrooide toestand van chemische elementen, en het werd bevestigd. Alle elementen zijn overal, we kunnen alleen praten over het gebrek aan gevoeligheid van de analyse, waardoor het niet mogelijk is om de inhoud van een of ander element in de bestudeerde omgeving te bepalen. Deze bepaling over de algemene verspreiding van chemische elementen wordt de wet van Clark-Vernadsky genoemd.
Gebaseerd op het gekraak van elementen in de vaste aardkorst (ongeveer Vinogradova), bestaat bijna ½ van de vaste aardkorst uit O, dat wil zeggen, de aardkorst is een "zuurstofbol", een zuurstofsubstantie.
De clarks van de meeste elementen zijn niet groter dan 0,01-0.0001% - dit zijn zeldzame elementen. Als deze elementen een zwak concentratievermogen hebben, worden ze scherp verstrooid genoemd (Br, In, Ra, I, Hf).
NR: Voor U en Br zijn de clarke-waarden respectievelijk ≈ 2.5*10 -4 , 2.1* 10-4, maar U is slechts een zeldzaam element omdat zijn afzettingen zijn bekend, en Br is een zeldzame verspreide, omdat. het is niet geconcentreerd in de aardkorst. Sporenelementen - elementen in dit systeem in kleine hoeveelheden (≈ 0,01% of minder). Al is dus een sporenelement in organismen en een macro-element in silicaatgesteenten.
Classificatie van elementen volgens Vernadsky.
In de aardkorst gedragen elementen die verband houden met het periodiek systeem zich anders - ze migreren op verschillende manieren naar de aardkorst. Vernadsky hield rekening met de belangrijkste momenten in de geschiedenis van elementen in de aardkorst. Het grootste belang werd gehecht aan fenomenen en processen als radioactiviteit, omkeerbaarheid en onomkeerbaarheid van migratie. Mogelijkheid om mineralen te leveren. Vernadsky identificeerde 6 groepen elementen:
edelgassen (He, Ne, Ar, Kr, Xe) - 5 elementen;
edele metalen (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) - 7 elementen;
cyclische elementen (deelnemen aan complexe cycli) - 44 elementen;
verspreide elementen - 11 elementen;
sterk radioactieve elementen (Po, Ra, Rn, Ac, Th, Pa, U) - 7 elementen;
elementen van zeldzame aarden - 15 elementen.
Elementen van de 3e groep naar massa overheersen in de aardkorst; ze bestaan voornamelijk uit rotsen, water en organismen.
Representaties uit de dagelijkse ervaring komen niet overeen met de echte gegevens. Dus Zn, Cu zijn wijdverbreid in het dagelijks leven en de technologie, en Zr (zirkonium) en Ti zijn zeldzame elementen voor ons. Hoewel Zr in de aardkorst 4 keer meer is dan Cu, en Ti - 95 keer. De "zeldzaamheid" van deze elementen wordt verklaard door de moeilijkheid om ze uit ertsen te extraheren.
Chemische elementen reageren niet op elkaar in verhouding tot hun massa, maar in overeenstemming met het aantal atomen. Daarom kunnen clarks niet alleen in massa% worden berekend, maar ook in% van het aantal atomen, d.w.z. rekening houdend met atoommassa's (Chirvinsky, Fersman). Tegelijkertijd nemen de klaveren van zware elementen af, terwijl die van lichte elementen toenemen.
Bijvoorbeeld:De berekening van het aantal atomen geeft een contrastrijker beeld van de overvloed aan chemische elementen - een nog grotere overheersing van zuurstof en de zeldzaamheid van zware elementen.
Toen de gemiddelde samenstelling van de aardkorst werd vastgesteld, rees de vraag naar de reden voor de ongelijke verdeling van elementen. Deze zwermen worden geassocieerd met de structurele kenmerken van atomen.
Overweeg de relatie tussen de waarde van clarks en de chemische eigenschappen van elementen.
Dus alkalimetalen Li, Na, K, Rb, Cs, Fr liggen chemisch dicht bij elkaar - één valentie-elektron, maar de clarke-waarden verschillen - Na en K - ≈ 2,5; Rb - 1,5 * 10 -2; Li - 3.2 * 10 -3; Cs - 3.7 * 10 -4; Fr - een kunstmatig element. Clarke-waarden voor F en Cl, Br en I, Si (29,5) en Ge (1,4*10 -4), Ba (6,5*10 -2) en Ra (2*10 -10) lopen sterk uiteen.
Aan de andere kant hebben chemisch verschillende elementen vergelijkbare clarks - Mn (0,1) en P (0,093), Rb (1,5 * 10 -2) en Cl (1,7 * 10 -2).
Fersman plotte de afhankelijkheid van de waarden van atomaire clarks voor even en oneven elementen van het periodiek systeem op het rangtelwoord van het element. Het bleek dat met de complicatie van de structuur van de atoomkern (zwaarder), de klaveren van de elementen afnemen. Deze afhankelijkheden (curven) bleken echter doorbroken.
Fersman trok een hypothetische middenlijn, die geleidelijk afnam naarmate het atoomnummer van het element toenam. De elementen die zich boven de middelste lijn bevinden en pieken vormen, noemde de wetenschapper overmaat (O, Si, Fe, enz.), En die zich onder de lijn bevinden - deficiënt (inerte gassen, enz.). Uit de verkregen afhankelijkheid volgt dat lichte atomen de boventoon voeren in de aardkorst en de oorspronkelijke cellen van het periodiek systeem bezetten, waarvan de kernen een kleine hoeveelheid protonen en neutronen bevatten. Inderdaad, na Fe (nr. 26) is er geen enkel gemeenschappelijk element meer.
Verder Oddo (Italiaanse wetenschapper) en Harkins (Amerikaanse wetenschapper) in 1925-1928. een ander kenmerk van de overvloed aan elementen werd vastgesteld. De aardkorst wordt gedomineerd door elementen met even getallen en atoommassa's. Onder aangrenzende elementen zijn de clarkes van even elementen bijna altijd hoger dan die van oneven. Voor de 9 meest voorkomende elementen (8 O, 14 Si, 13 Al, 26 Fe, 20 Ca, 11 Na, 19 K, 12 Mg, 22 Ti), tellen de massa van even enen op tot 86,43%, en oneven - 13,05% De clarks van elementen waarvan de atoommassa deelbaar is door 4 zijn bijzonder groot, dit zijn O, Mg, Si, Ca.
Volgens het onderzoek van Fersman vormen kernen van het 4q-type (q is een geheel getal) 86,3% van de aardkorst. Minder vaak zijn 4q+3-kernen (12,7%) en zeer weinig 4q+1- en 4q+2-kernen (1%).
Van de even elementen, beginnend met He, heeft elke zesde de grootste clarks: O (Nr. 8), Si (Nr. 14), Ca (Nr. 20), Fe (Nr. 26). Voor oneven elementen - een vergelijkbare regel (beginnend met H) - N (Nr. 7), Al (Nr. 13), K (Nr. 19), Mg (Nr. 25).
In de aardkorst overheersen dus kernen met een klein en even aantal protonen en neutronen.
Clarks zijn in de loop van de tijd veranderd. Door radioactief verval was er dus minder U en Th, maar meer Pb. Processen als de afvoer van gassen, neerslag van meteorieten speelden ook een rol bij het veranderen van de waarden van clarks of elements.
De belangrijkste trends van chemische veranderingen in de aardkorst. Grote circulatie van materie in de aardkorst.
CIRCULATIE VAN STOFFEN. De substantie van de aardkorst is continu in beweging, veroorzaakt door een verscheidenheid aan redenen die verband houden met het fysieke. eigenschappen van materie, planetair, geologisch, geografisch en biologisch. aardse omstandigheden. Deze beweging vindt onveranderlijk en continu plaats gedurende de geologische tijd, niet minder dan anderhalf en blijkbaar niet meer dan drie miljard jaar. BIJ afgelopen jaren een nieuwe wetenschap van de geologische cyclus is gegroeid - geochemie, die de taak heeft om chemie te bestuderen. elementen die onze planeet vormen. Het belangrijkste onderwerp van zijn studie zijn de bewegingen van chemicaliën. elementen van de substantie van de aarde, ongeacht de oorzaak van deze bewegingen. Deze bewegingen van elementen worden chemische migraties genoemd. elementen. Onder de migraties zijn er die waarin de chem. het element keert na langere of kortere tijd onvermijdelijk terug naar zijn oorspronkelijke staat; de geschiedenis van een dergelijke chemie. elementen in de aardkorst kunnen zo worden gereduceerd. tot een omkeerbaar proces en wordt gepresenteerd in de vorm van een circulair proces, circulatie. Dit soort migratie is niet typisch voor alle elementen, maar voor een aanzienlijk aantal ervan, waaronder de overgrote meerderheid van chemische elementen. elementen die plantaardige of dierlijke organismen en de omgeving om ons heen vormen - oceanen en wateren, rotsen en lucht. Voor dergelijke elementen bevinden alle of de overgrote meerderheid van hun atomen zich in de circulatie van stoffen, terwijl voor andere slechts een onbeduidend deel ervan door cycli wordt gedekt. Ongetwijfeld is de meeste materie van de aardkorst tot een diepte van 20-25 km bedekt met gyres. Voor de volgende chem. elementen van circulaire processen zijn kenmerkend en dominant onder hun migraties (de figuur geeft het rangnummer aan). H, Be4, B5, C', N7, 08, P9, Nan, Mg12, Aha, Sii4, Pi5, Sie, Cli7, K19, Ca2o, Ti22, V23, Cr24, Mn25, Fe2e, Co27, Ni28, Cu29, Zn30 , Ge32, As33, Se34, Sr38, Mo42, Ag47, Cd48, Sn50, Sb51, Te62, Ba56) W74, Au79, Hg80, T]81, Pb82, Bi83. Deze elementen kunnen op deze basis als cyclische of organogene elementen van andere elementen worden gescheiden. Dat. cycli kenmerken 42 elementen van de 92 die zijn opgenomen in het Mendelejev-systeem van elementen, en dit aantal omvat de meest voorkomende dominante aardse elementen.
Laten we stilstaan bij de K. van de eerste soort, waaronder biogene migraties. Deze klimaten vangen de biosfeer (d.w.z. de atmosfeer, hydrosfeer en verweringkorst). Onder de hydrosfeer vangen ze een basaltschelp die de oceaanbodem nadert. Onder land, in een opeenvolging van depressies, omarmen ze de dikte van sedimentaire gesteenten (stratosfeer), metamorfe en granieten schelpen en gaan ze de basaltschelp binnen. Vanuit de diepten van de aarde die achter de basaltschil liggen, valt de materie van de aarde niet in de waargenomen K. Het valt er ook niet van bovenaf in vanwege de grenzen van de bovenste delen van de stratosfeer. Dat. chemische cycli. elementen zijn oppervlakteverschijnselen die in de atmosfeer voorkomen tot een hoogte van 15-20 km (niet hoger), en in de lithosfeer niet dieper dan 15-20 km. Elke K. vereist, om voortdurend te worden vernieuwd, een instroom van externe energie. Er zijn twee belangrijke en ongetwijfeld. bron van dergelijke energie: 1) kosmische energie - straling van de zon (biogene migratie hangt er bijna volledig van af) en 2) atoomenergie geassocieerd met het radioactieve verval van elementen "78 van de reeks uranium, thorium, kalium, rubidium. Met een minder nauwkeurigheid, kan mechanische energie worden geïsoleerd, geassocieerd met de beweging (vanwege de zwaartekracht) van de massa's van de aarde, en waarschijnlijk kosmische energie die van bovenaf binnendringt (Hess-stralen).
De cycli, die verschillende aardse schelpen vangen, gaan langzaam, met stops en zijn alleen in geologische tijd te zien. Vaak beslaan ze meerdere geologische perioden. Ze worden veroorzaakt door geologen, land- en oceaanverplaatsingen. Delen van K. kunnen snel gaan (bv. biogene migratie).
" |
Waterstof (H) is een zeer licht chemisch element, met een gehalte van 0,9 massa% in de aardkorst en 11,19% in water.
Karakterisering van waterstof
In termen van lichtheid is het de eerste onder de gassen. Onder normale omstandigheden is het smaakloos, kleurloos en absoluut geurloos. Wanneer het de thermosfeer binnengaat, vliegt het de ruimte in vanwege het lage gewicht.
In het hele universum is het het meest talrijke chemische element (75% van de totale massa aan stoffen). Zozeer zelfs dat veel sterren in de ruimte er volledig uit zijn samengesteld. Bijvoorbeeld de zon. Het belangrijkste bestanddeel is waterstof. En warmte en licht zijn het resultaat van het vrijkomen van energie tijdens de fusie van de kernen van het materiaal. Ook in de ruimte zijn er hele wolken van zijn moleculen van verschillende groottes, dichtheden en temperaturen.
Fysieke eigenschappen
Hoge temperatuur en druk veranderen de eigenschappen aanzienlijk, maar onder normale omstandigheden:
Het heeft een hoge thermische geleidbaarheid in vergelijking met andere gassen,
Niet giftig en slecht oplosbaar in water
Met een dichtheid van 0,0899 g/l bij 0°C en 1 atm.,
Verandert in een vloeistof bij -252,8°C
Wordt vast bij -259.1°C.,
De soortelijke verbrandingswarmte is 120,9.106 J/kg.
Om in een vloeibare of vaste toestand te veranderen, hoge druk en erg lage temperaturen. Wanneer vloeibaar gemaakt, is het vloeibaar en licht.
Chemische eigenschappen
Onder druk en koeling (-252,87 gr. C) verkrijgt waterstof een vloeibare toestand, die lichter is dan welke analoog dan ook. Daarin neemt hij minder ruimte dan in gasvorm.
Hij is een typische non-metal. In laboratoria wordt het verkregen door metalen (zoals zink of ijzer) te laten reageren met verdunde zuren. Onder normale omstandigheden is het inactief en reageert het alleen met actieve niet-metalen. Waterstof kan zuurstof scheiden van oxiden en metalen uit verbindingen verminderen. Het en zijn mengsels vormen waterstofbruggen met bepaalde elementen.
Het gas is zeer goed oplosbaar in ethanol en in veel metalen, vooral palladium. Zilver lost het niet op. Waterstof kan worden geoxideerd tijdens verbranding in zuurstof of lucht, en bij interactie met halogenen.
In combinatie met zuurstof wordt water gevormd. Als de temperatuur normaal is, is de reactie traag, indien boven 550 ° C - met een explosie (verandert in explosief gas).
Waterstof vinden in de natuur
Er is weliswaar veel waterstof op onze planeet, maar in Zuivere vorm het is niet gemakkelijk om hem te vinden. Er is weinig te vinden tijdens vulkaanuitbarstingen, tijdens oliewinning en op de plaats van afbraak van organisch materiaal.
Meer dan de helft van de totale hoeveelheid zit in de samenstelling met water. Het is ook opgenomen in de structuur van olie, verschillende kleisoorten, brandbare gassen, dieren en planten (de aanwezigheid in elke levende cel is 50% van het aantal atomen).
Waterstofkringloop in de natuur
Elk jaar ontbindt een enorme hoeveelheid (miljarden tonnen) plantenresten in waterlichamen en bodem, en deze ontbinding spat een enorme massa waterstof in de atmosfeer. Het komt ook vrij bij elke fermentatie veroorzaakt door bacteriën, verbranding en neemt, samen met zuurstof, deel aan de waterkringloop.
Toepassingen voor waterstof
Het element wordt door de mensheid actief gebruikt in haar activiteiten, dus we hebben geleerd hoe we het op industriële schaal kunnen krijgen voor:
Meteorologie, chemische productie;
productie van margarine;
Als brandstof voor raketten (vloeibare waterstof);
Energie-industrie voor het koelen van elektrische generatoren;
Lassen en snijden van metalen.
De massa waterstof wordt gebruikt bij de productie van synthetische benzine (om de kwaliteit van brandstof van lage kwaliteit te verbeteren), ammoniak, waterstofchloride, alcoholen en andere materialen. Kernenergie maakt actief gebruik van zijn isotopen.
Het preparaat "waterstofperoxide" wordt veel gebruikt in de metallurgie, de elektronica-industrie, de pulp- en papierproductie, bij het bleken van linnen en katoenen stoffen, bij de vervaardiging van haarkleurmiddelen en cosmetica, polymeren en in de geneeskunde voor de behandeling van wonden.
De "explosieve" aard van dit gas kan een dodelijk wapen worden - een waterstofbom. De explosie gaat gepaard met het vrijkomen van een enorme hoeveelheid radioactieve stoffen en is schadelijk voor alle levende wezens.
Het contact van vloeibare waterstof en de huid dreigt ernstige en pijnlijke bevriezingen.
- Normen en snip van gastoevoer Wat voor soort gasleiding voor woongebouwen?
- Strijdkrachten van de Russische Federatie: bewoners van een flatgebouw hebben niet het recht om de gastenparkeerplaats op de binnenplaats van het huis te gebruiken voor het permanent parkeren van hun auto's
- Gevorderde opleiding in huisvesting en gemeentelijke diensten Cursussen in huisvesting en gemeentelijke diensten
- Laten we het kind kennis laten maken met kleding in het Engels