Struktura atoma, izotopi, distribucija vodonika, kiseonika, sumpora i azota u zemljinoj kori. Jezgro planete Zemlje. (Opis procesa nuklearnog raspada i fuzije u jezgru planete) Područja primjene vodonika

Za geohemiju je važno razjasniti princip distribucije hemijskih elemenata u zemljinoj kori. Zašto se neki od njih često nalaze u prirodi, drugi mnogo rjeđe, a treći se čak smatraju „muzejskim raritetima“?

Moćan alat za objašnjenje mnogih geohemijskih fenomena je periodični zakon D.I. Mendeljejev. Konkretno, uz njegovu pomoć može se istražiti pitanje rasprostranjenosti hemijskih elemenata u zemljinoj kori.

Po prvi put vezu između geohemijskih svojstava elemenata i njihovog položaja u Periodnom sistemu hemijskih elemenata pokazao je D.I. Mendeljejev, V.I. Vernadsky i A.E. Fersman.

Pravila (zakoni) geohemije

Mendeljejevljevo pravilo

Godine 1869, radeći na periodičnom zakonu, D.I. Mendeljejev je formulisao pravilo: “ Elementi s malom atomskom težinom općenito su zastupljeniji od elemenata s većom atomskom težinom(vidi Dodatak 1, Periodični sistem hemijskih elemenata). Kasnije, otkrićem strukture atoma, pokazalo se da je za hemijske elemente male atomske mase broj protona približno jednak broju neutrona u jezgri njihovih atoma, odnosno omjeru ova dva količine jednake ili bliske jedinici: za kiseonik = 1,0; za aluminijum

Za manje uobičajene elemente, neutroni prevladavaju u jezgrama atoma i odnos njihovog broja prema broju protona je znatno veći od jedinice: za radij; za uranijum = 1,59.

„Pravilo Mendeljejeva“ je dalje razvijeno u radovima danskog fizičara Nielsa Bora i ruskog hemičara, akademika Akademije nauka SSSR Viktora Ivanoviča Spicina.

Viktor Ivanovič Spicin (1902-1988)

Oddoovo pravilo

Godine 1914., talijanski hemičar Giuseppe Oddo formulirao je drugačije pravilo: “ Atomske težine najčešćih elemenata izražene su brojevima koji su višestruki od četiri ili neznatno odstupaju od takvih brojeva" Kasnije je ovo pravilo dobilo određenu interpretaciju u svjetlu novih podataka o strukturi atoma: nuklearna struktura koja se sastoji od dva protona i dva neutrona je posebno jaka.

Garkinsovo pravilo

Godine 1917. američki fizikalni hemičar William Draper Garkins (Harkins) skrenuo je pažnju na činjenicu da hemijski elementi s parnim atomskim (rednim) brojevima rasprostranjeni su u prirodi nekoliko puta više nego njihovi susjedni elementi s neparnim brojevima. Proračuni su potvrdili zapažanje: od prvih 28 elemenata periodnog sistema, 14 parnih čini 86%, a neparnih samo 13,6% mase zemljine kore.

U ovom slučaju, objašnjenje može biti činjenica da hemijski elementi sa neparnim atomskim brojem sadrže čestice koje nisu vezane u helione i stoga su manje stabilne.

Postoje mnogi izuzeci od Harkinsovog pravila: na primjer, čak i plemeniti plinovi su izuzetno slabo raspoređeni, a neparni aluminij Al je rašireniji od čak i magnezijuma Mg. Međutim, postoje sugestije da se ovo pravilo ne odnosi toliko na zemljinu koru koliko na cijeli globus. Iako još nema pouzdanih podataka o sastavu dubokih slojeva zemaljske kugle, neke informacije sugeriraju da je količina magnezija u cijeloj Zemljinoj kugli dvostruko veća od aluminija. Količina helijuma He u svemiru je mnogo puta veća od njegovih zemaljskih rezervi. Ovo je možda najčešći hemijski element u svemiru.

Fersmanovo pravilo

A.E. Fersman je jasno pokazao zavisnost obilja hemijskih elemenata u zemljinoj kori od njihovog atomskog (rednog) broja. Ova zavisnost postaje posebno očigledna ako nacrtate graf u koordinatama: atomski broj - logaritam atomskog klarka. Grafikon pokazuje jasan trend: atomski klark se smanjuje sa povećanjem atomskog broja hemijskih elemenata.

Rice. . Rasprostranjenost hemijskih elemenata u zemljinoj kori

Rice. 5. Obilje hemijskih elemenata u Univerzumu

(log C – logaritmi atomskih klarka prema Fersmanu)

(podaci o broju atoma odnose se na 10 6 atoma silicija)

Puna kriva – čak i Z vrijednosti,

tačkasta – neparne Z vrijednosti

Međutim, postoje neka odstupanja od ovog pravila: neki hemijski elementi značajno premašuju očekivane vrednosti abundance (kisik O, silicijum Si, kalcijum Ca, gvožđe Fe, barijum Ba), dok drugi (litijum Li, berilijum Be, bor B) su mnogo rjeđi nego što bi se očekivalo na osnovu Fersmanovog pravila. Takvi hemijski elementi se nazivaju respektivno suvišan I oskudni.

Formulacija osnovnog zakona geohemije data je na str.

Hemijski sastav zemljine kore određen je na osnovu rezultata analize brojnih uzoraka stijena i minerala koji su izbijali na površinu zemlje tokom procesa formiranja planina, kao i uzetih iz rudarskih radova i dubokih bušotina.

Trenutno je zemljina kora proučavana do dubine od 15-20 km. Sastoji se od hemijskih elemenata koji su dio stijena.

Najčešći elementi u zemljinoj kori su 46, od kojih 8 čine 97,2-98,8% njene mase, 2 (kiseonik i silicijum) - 75% Zemljine mase.

Prvih 13 elemenata (sa izuzetkom titana), koji se najčešće nalaze u zemljinoj kori, dio su organske tvari biljaka, učestvuju u svim vitalnim procesima i igraju važnu ulogu u plodnosti tla. Veliki broj elemenata koji sudjeluju u kemijskim reakcijama u utrobi Zemlje dovode do stvaranja širokog spektra jedinjenja. Hemijski elementi koji su najzastupljeniji u litosferi nalaze se u mnogim mineralima (od njih se uglavnom sastoje različite stijene).

Pojedinačni hemijski elementi su raspoređeni u geosferama na sledeći način: kiseonik i vodonik ispunjavaju hidrosferu; kiseonik, vodonik i ugljenik čine osnovu biosfere; kiseonik, vodonik, silicijum i aluminijum su glavne komponente gline i peska ili produkata vremenskih uticaja (oni uglavnom čine gornji deo Zemljine kore).

Hemijski elementi u prirodi nalaze se u raznim spojevima koji se nazivaju minerali. To su homogene hemijske supstance zemljine kore koje su nastale kao rezultat složenih fizičko-hemijskih ili biohemijskih procesa, na primer kamena so (NaCl), gips (CaS04*2H20), ortoklas (K2Al2Si6016).

U prirodi hemijski elementi nejednako učestvuju u formiranju različitih minerala. Na primjer, silicijum (Si) je komponenta više od 600 minerala i također je vrlo čest u obliku oksida. Sumpor stvara do 600 jedinjenja, kalcijum - 300, magnezijum -200, mangan - 150, bor - 80, kalijum - do 75, poznato je samo 10 jedinjenja litijuma, a još manje jedinjenja joda.

Među najpoznatijim mineralima u zemljinoj kori preovlađuje velika grupa feldspata sa tri glavna elementa - K, Na i Ca. U stijenama koje tvore tlo i njihovim proizvodima trošenja, feldspati zauzimaju glavnu poziciju. Feldspars postupno iztroše (raspadaju) i obogaćuju tlo K, Na, Ca, Mg, Fe i drugim pepelnim materijama, kao i mikroelementima.

Clarkov broj- brojevi koji izražavaju prosječan sadržaj hemijskih elemenata u zemljinoj kori, hidrosferi, Zemlji, kosmičkim tijelima, geohemijskim ili kosmohemijskim sistemima itd., u odnosu na ukupnu masu ovog sistema. Izraženo u % ili g/kg.

Vrste klarka

Postoje težinski (%, g/t ili g/g) i atomski (% od broja atoma) klark. Generalizaciju podataka o hemijskom sastavu različitih stijena koje čine zemljinu koru, uzimajući u obzir njihovu distribuciju do dubine od 16 km, prvi je napravio američki znanstvenik F. W. Clark (1889). Brojevi koje je dobio za procenat hemijskih elemenata u sastavu zemljine kore, koje je kasnije donekle precizirao A.E. Fersman, na predlog potonjeg, nazvani su Clarkovi brojevi ili Clarksovi brojevi.

Struktura molekula. Električna, optička, magnetska i druga svojstva molekula povezana su s valnim funkcijama i energijama različitih stanja molekula. Molekularni spektri pružaju informacije o stanjima molekula i vjerovatnoći prijelaza između njih.

Frekvencije vibracija u spektrima određene su masama atoma, njihovom lokacijom i dinamikom međuatomskih interakcija. Frekvencije u spektrima ovise o momentima inercije molekula, čije određivanje iz spektroskopskih podataka omogućava da se dobiju točne vrijednosti međuatomskih udaljenosti u molekulu. Ukupan broj linija i traka u vibracionom spektru molekula zavisi od njegove simetrije.

Elektronski prijelazi u molekulima karakteriziraju strukturu njihovih elektronskih ljuski i stanje kemijskih veza. Spektre molekula koji imaju veći broj veza karakteriziraju dugovalni apsorpcioni pojasevi koji padaju u vidljivom području. Supstance koje su izgrađene od takvih molekula karakteriše boja; Ove supstance uključuju sve organske boje.

Joni. Kao rezultat prijelaza elektrona nastaju ioni - atomi ili grupe atoma u kojima broj elektrona nije jednak broju protona. Ako ion sadrži više negativno nabijenih čestica nego pozitivno nabijenih, onda se takav ion naziva negativnim. Inače, ion se naziva pozitivnim. Joni su vrlo česti u tvarima; na primjer, nalaze se u svim metalima bez izuzetka. Razlog je taj što su jedan ili više elektrona iz svakog metalnog atoma odvojeni i kreću se unutar metala, formirajući ono što se naziva elektronski plin. Zbog gubitka elektrona, odnosno negativnih čestica, atomi metala postaju pozitivni ioni. To vrijedi za metale u bilo kojem stanju - čvrstom, tekućem ili plinovitom.

Kristalna rešetka modelira raspored pozitivnih jona unutar kristala homogene metalne supstance.

Poznato je da su u čvrstom stanju svi metali kristali. Joni svih metala su raspoređeni na uredan način, formirajući kristalnu rešetku. U rastopljenim i isparenim (gasovitim) metalima nema uređenog rasporeda jona, ali elektronski plin i dalje ostaje između jona.

Izotopi- varijeteti atoma (i jezgara) hemijskog elementa koji imaju isti atomski (redni) broj, ali u isto vrijeme različite masene brojeve. Naziv je dobio zbog činjenice da su svi izotopi jednog atoma smješteni na istom mjestu (u jednoj ćeliji) periodnog sistema. Hemijska svojstva atoma zavise od strukture elektronske ljuske, koja je, zauzvrat, određena uglavnom nabojem jezgra Z (to jest, brojem protona u njemu), i gotovo ne ovise o njegovoj masi broj A (to jest, ukupan broj protona Z i neutrona N) . Svi izotopi istog elementa imaju isti nuklearni naboj, razlikuju se samo po broju neutrona. Obično se izotop označava simbolom hemijskog elementa kojem pripada, uz dodatak gornjeg lijevog sufiksa koji označava maseni broj. Također možete napisati ime elementa praćeno crticom masenog broja. Neki izotopi imaju tradicionalna vlastita imena (na primjer, deuterijum, aktinon).

U centru planete Zemlje nalazi se jezgro, odvojeno je od površine slojevima kore, magme i prilično tankim slojem od pola gasovite supstance, pola tečnosti. Ovaj sloj djeluje kao lubrikant i omogućava da se jezgro planete rotira gotovo nezavisno od svoje glavne mase.
Gornji sloj jezgre sastoji se od vrlo guste ljuske. Možda je ova tvar po svojim svojstvima bliska metalima, vrlo jaka i duktilna, a možda ima i magnetna svojstva.
Površina jezgra planete - njegova tvrda ljuska - je vrlo vruća do značajnih temperatura; nakon kontakta s njom, magma prelazi gotovo u plinovito stanje.
Ispod čvrste ljuske, unutarnja tvar jezgra nalazi se u stanju komprimirane plazme, koja se uglavnom sastoji od elementarnih atoma (vodika) i produkata nuklearne fisije - protona, elektrona, neutrona i drugih elementarnih čestica koje nastaju kao rezultat reakcija. nuklearne fuzije i nuklearnog raspada.

Zone nuklearne fuzije i reakcije raspada.
U jezgru planete Zemlje odvijaju se reakcije nuklearne fuzije i raspada, što uzrokuje stalno oslobađanje velike količine topline i drugih vrsta energije (elektromagnetni impulsi, različita zračenja), a unutarnju tvar jezgra održava stalno u stanje plazme.

Zona Zemljinog jezgra - reakcije nuklearnog raspada.
Reakcije nuklearnog raspada dešavaju se u samom centru jezgra planete.
To se događa na sljedeći način - teški i superteški elementi (koji nastaju u zoni nuklearne fuzije), budući da imaju veću masu od svih čeličnih elemenata, kao da se utapaju u tekućoj plazmi i postepeno tonu u samo središte jezgra planete. , gdje dobijaju kritičnu masu i ulaze u reakciju nuklearnog raspada oslobađajući velike količine energije i produkata nuklearnog raspada. U ovoj zoni teški elementi djeluju do stanja elementarnih atoma - atoma vodika, neutrona, protona, elektrona i drugih elementarnih čestica.
Ovi elementarni atomi i čestice, zbog oslobađanja velike energije pri velikim brzinama, odlijeću iz središta jezgre na njegovu periferiju, gdje ulaze u reakciju nuklearne fuzije.

Zona Zemljinog jezgra - reakcije nuklearne fuzije.
Elementarni atomi vodika i elementarne čestice, koje nastaju kao rezultat reakcije nuklearnog raspada u središtu Zemljinog jezgra, dopiru do vanjske čvrste ljuske jezgra, gdje se u njenoj neposrednoj blizini odvijaju reakcije nuklearne fuzije, u sloju. nalazi ispod tvrde ljuske.
Protoni, elektroni i elementarni atomi, ubrzani do velikih brzina reakcijom nuklearnog raspada u centru jezgra planete, susreću se s raznim atomima koji se nalaze na periferiji. Vrijedi napomenuti da mnoge elementarne čestice ulaze u reakcije nuklearne fuzije na svom putu do površine jezgre.
Postepeno, u zoni nuklearne fuzije, formira se sve više i više težih elemenata, gotovo cijeli periodni sistem, neki od njih imaju najtežu masu.
U ovoj zoni postoji posebna podjela atoma tvari prema njihovoj težini zbog svojstava same vodikove plazme, sabijene ogromnim pritiskom, koja ima ogromnu gustinu, zbog centrifugalne sile rotacije jezgra, i zbog na centripetalnu silu gravitacije.
Kao rezultat dodavanja svih ovih sila, najteži metali potonu u plazmu jezgra i padaju u njegovo središte kako bi dalje održavali kontinuirani proces nuklearne fisije u središtu jezgra, a lakši elementi teže ili napuštaju jezgro. jezgra ili se talože na njegovom unutrašnjem dijelu - tvrdoj ljusci jezgra.
Kao rezultat toga, atomi iz čitavog periodnog sistema postepeno ulaze u magmu, koja zatim ulazi u hemijske reakcije iznad površine jezgra, formirajući složene hemijske elemente.

Magnetno polje jezgra planete.
Magnetno polje jezgra nastaje zbog reakcije nuklearnog raspada u središtu jezgra zbog činjenice da elementarni produkti nuklearnog raspada, koji izlaze iz centralne zone jezgra, nose tokove plazme u jezgru, formirajući snažne vrtložne tokove koji se uvijaju oko glavnih linija sile magnetskog polja. Budući da ovi tokovi plazme sadrže elemente s određenim nabojem, nastaje jaka električna struja koja stvara vlastito elektromagnetno polje.
Glavna vrtložna struja (tok plazme) nalazi se u zoni termonuklearne fuzije jezgra; sva unutrašnja materija u ovoj zoni se kreće ka rotaciji planete u krug (duž ekvatora jezgra planete), stvarajući moćnu elektromagnetnu polje.

Rotacija jezgra planete.
Rotacija jezgra planete ne poklapa se sa ravninom rotacije same planete; os rotacije jezgra nalazi se između ose rotacije planete i ose koja povezuje magnetne pluse.

Ugaona brzina rotacije jezgra planete veća je od ugaone brzine rotacije same planete i ispred nje je.

Ravnoteža nuklearnog raspada i procesa fuzije u jezgru planete.
Procesi nuklearne fuzije i nuklearnog raspada na planeti su u principu uravnoteženi. Ali, prema našim zapažanjima, ova ravnoteža može biti poremećena u jednom ili drugom smjeru.
U zoni nuklearne fuzije jezgra planete može se postepeno akumulirati višak teških metala, koji onda, padajući u centar planete u većim količinama nego inače, mogu izazvati intenziviranje reakcije nuklearnog raspada, kao rezultat čime se oslobađa znatno više energije nego inače, što će uticati na seizmičku aktivnost u područjima podložnim potresima, kao i na vulkansku aktivnost na površini Zemlje.
Prema našim zapažanjima, s vremena na vrijeme dolazi do mikro-rupture čvrste vjeverice Zemljinog jezgra, što dovodi do ulaska plazme jezgra u magmu planete, a to dovodi do naglog povećanja njene temperature u ovoj mjesto. Iznad ovih mjesta moguć je nagli porast seizmičke aktivnosti i vulkanske aktivnosti na površini planete.
Možda su periodi globalnog zagrijavanja i globalnog hlađenja povezani s ravnotežom nuklearne fuzije i procesa nuklearnog raspada unutar planete. Promjene u geološkim epohama također su povezane sa ovim procesima.

U našem istorijskom periodu.
Prema našim zapažanjima, sada dolazi do povećanja aktivnosti jezgra planete, povećanja njegove temperature i kao rezultat toga do zagrijavanja magme koja okružuje jezgro planete, kao i povećanja globalne temperature svoju atmosferu.
To indirektno potvrđuje ubrzanje drifta magnetnih polova, što ukazuje da su se procesi unutar jezgra promijenili i prešli u drugu fazu.
Smanjenje jačine Zemljinog magnetnog polja povezano je sa akumulacijom u magmi planete tvari koje ekraniziraju Zemljino magnetsko polje, što će, naravno, utjecati i na promjene režima nuklearnih reakcija u jezgri planete.

Uzimajući u obzir našu planetu i sve procese na njoj, mi u našim istraživanjima i prognozama obično operišemo ili fizičkim ili energetskim konceptima, ali u nekim slučajevima povezivanje jedne i druge strane će omogućiti bolje razumijevanje opisanih tema.
Konkretno, u kontekstu opisanih budućih evolucijskih procesa na Zemlji, kao i perioda ozbiljnih kataklizmi širom planete, njenog jezgra, procesa u njoj i sloju magme, kao i odnosa sa površinom, biosferom i atmosfera. Ovi procesi su razmatrani i na nivou fizike i na nivou energetskih odnosa.
Pokazalo se da je struktura Zemljinog jezgra prilično jednostavna i logična sa stanovišta fizike; to je općenito zatvoreni sistem s dva dominantna termonuklearna procesa u različitim dijelovima, koji se harmonično nadopunjuju.
Prije svega, mora se reći da je jezgro u kontinuiranom i vrlo brzom kretanju, ova rotacija također podržava procese u njemu.
Sam centar jezgra naše planete je izuzetno teška i sabijena složena struktura čestica, koje se zbog centrifugalne sile, sudara ovih čestica i konstantne kompresije, u određenom trenutku dijele na lakše i elementarnije pojedinačne elemente. Ovo je proces termonuklearnog raspada - u samoj sredini jezgra planete.
Oslobođene čestice se prenose na periferiju, gde se nastavlja opšte brzo kretanje unutar jezgra. U tom dijelu čestice još više zaostaju jedna za drugom u prostoru; sudarajući se pri velikim brzinama, ponovno formiraju teže i složenije čestice koje se centrifugalnom silom povlače natrag u sredinu jezgra. Ovo je proces termonuklearne fuzije - na periferiji Zemljinog jezgra.
Ogromne brzine kretanja čestica i pojava opisanih procesa dovode do konstantnih i kolosalnih temperatura.
Ovdje je vrijedno razjasniti neke stvari - prvo, kretanje čestica se događa oko ose rotacije Zemlje i duž njenog kretanja - u istom smjeru, ovo je komplementarna rotacija - same planete sa svojom cjelokupnom masom i česticama u svojoj srži. Drugo, treba napomenuti da je brzina kretanja čestica u jezgri jednostavno ogromna, mnogo je puta veća od brzine rotacije same planete oko svoje ose.
Za održavanje ovog sistema na trajnoj osnovi koliko god želite, ne treba vam mnogo, dovoljno je da bilo koja kosmička tela povremeno udare u Zemlju, neprestano povećavajući masu naše planete uopšte i jezgra u posebno, dok dio njegove mase odlazi s toplotnom energijom i plinovima kroz tanke dijelove atmosfere u svemir.
Generalno, sistem je prilično stabilan, postavlja se pitanje - koji procesi mogu dovesti do ozbiljnih geoloških, tektonskih, seizmoloških, klimatskih i drugih katastrofa na površini?
S obzirom na fizičku komponentu ovih procesa, pojavljuje se sljedeća slika: s vremena na vrijeme, iz perifernog dijela jezgra u magmu, neki tokovi ubrzanih čestica koje učestvuju u termonuklearnoj fuziji „pucaju“ ogromnom brzinom; ogroman sloj magme u koje padaju, kao da sami gase te "pucnje", njihovu gustoću, viskoznost, nižu temperaturu - oni se ne dižu na površinu planete, ali ona područja magme gdje se takve emisije naglo zagrijavaju, počinju se kretati, šire, vrše veći pritisak na zemljinu koru, što dovodi do oštrih pomeranja geoloških ploča, rasjeda kore, temperaturnih fluktuacija, a da ne spominjemo zemljotrese i vulkanske erupcije. To također može dovesti do potonuća kontinentalnih ploča u okeane i podizanja novih kontinenata i otoka na površinu.
Razlozi tako manjih emisija iz jezgra u magmu mogu biti previsoke temperature i pritisak u opštem sistemu jezgra planete, ali kada su u pitanju evolucijski determinisani katastrofalni događaji svuda na planeti, o čišćenju žive svesne Zemlje od ljudske agresije i smeća, onda govorimo o svjesnom namjernom činu živog svjesnog bića.
Sa stanovišta energije i ezoterizma, planeta daje namjerne impulse od centra-svijesti-jezgra do tijela-magme-nižeg sloja Čuvara, odnosno, uslovno, Titana, da izvedu akcije čišćenja teritorije na površinu. Ovdje je vrijedno spomenuti određeni sloj između jezgra i plašta, samo na nivou fizike to je sloj rashladne tvari, s jedne strane koji odgovara karakteristikama jezgra, s druge - magme, što omogućava energetske informacije teku u oba smjera. Sa energetskog stanovišta, ovo je nešto poput primarnog „nervnog provodnog polja“, izgleda kao kruna Sunca tokom potpunog pomračenja, to je veza svesti planete sa prvim i najdubljim i najvećim slojem Čuvari Zemlje, koji prenose impuls dalje - manjim i mobilnim zonskim Čuvarima koji sprovode ove procese na površini. Istina, u periodu teških kataklizmi, uspona novih kontinenata i prekrajanja sadašnjih kontinenata, pretpostavlja se djelomično učešće samih Titana.
Ovdje je također vrijedno napomenuti još jedan važan fizički fenomen vezan za strukturu jezgra naše planete i procese koji se u njemu odvijaju. Ovo je formiranje Zemljinog magnetnog polja.
Magnetno polje nastaje kao rezultat velike brzine kretanja čestica u orbiti unutar Zemljinog jezgra, a možemo reći da je vanjsko magnetsko polje Zemlje svojevrsni hologram koji jasno pokazuje termonuklearne procese koji se odvijaju unutar jezgra planete.
Što se magnetsko polje dalje proteže od centra planete, to je razrijeđenije; unutar planete, u blizini jezgra, ono je redove veličine jače, ali unutar samog jezgra je monolitno magnetsko polje.

Vodonik (H) je vrlo lagan hemijski element, sa sadržajem od 0,9% masenog udjela u Zemljinoj kori i 11,19% u vodi.

Karakteristike vodonika

Prvi je među gasovima po lakoći. U normalnim uslovima je bez ukusa, boje i apsolutno bez mirisa. Kada uđe u termosferu, odleti u svemir zbog svoje male težine.

U cijelom svemiru, to je najbrojniji kemijski element (75% ukupne mase tvari). Toliko da su mnoge zvijezde u svemiru u potpunosti napravljene od njega. Na primjer, Sunce. Njegova glavna komponenta je vodonik. A toplina i svjetlost su rezultat oslobađanja energije kada se jezgra materijala stapaju. Takođe u svemiru postoje čitavi oblaci njegovih molekula različitih veličina, gustina i temperatura.

Fizička svojstva

Visoka temperatura i pritisak značajno menjaju njegove kvalitete, ali u normalnim uslovima:

Ima visoku toplotnu provodljivost u poređenju sa drugim gasovima,

Netoksičan i slabo rastvorljiv u vodi,

Sa gustinom od 0,0899 g/l na 0°C i 1 atm.,

Pretvara se u tečnost na temperaturi od -252,8°C

Postaje tvrdo na -259,1°C,

Specifična toplota sagorevanja 120.9.106 J/kg.

Za pretvaranje u tečnost ili čvrstu materiju potreban je visok pritisak i veoma niske temperature. U tečnom stanju je tečan i lagan.

Hemijska svojstva

Pod pritiskom i hlađenjem (-252,87 stepeni C), vodonik dobija tečno stanje, koje je lakše po težini od bilo kog analoga. U njemu zauzima manje prostora nego u gasovitom obliku.

To je tipičan nemetal. U laboratorijima se proizvodi reakcijom metala (kao što su cink ili željezo) s razrijeđenim kiselinama. U normalnim uslovima je neaktivan i reaguje samo sa aktivnim nemetalima. Vodik može odvojiti kisik od oksida i reducirati metale iz spojeva. On i njegove mješavine stvaraju vodikove veze s određenim elementima.

Gas je visoko rastvorljiv u etanolu i mnogim metalima, posebno paladijumu. Srebro ga ne rastvara. Vodonik se može oksidirati tokom sagorijevanja u kisiku ili zraku, te pri interakciji sa halogenima.

Kada se spoji sa kiseonikom, nastaje voda. Ako je temperatura normalna, onda reakcija teče sporo; ako je iznad 550°C, eksplodira (pretvara se u detonirajući plin).

Pronalaženje vodonika u prirodi

Iako na našoj planeti ima puno vodonika, nije ga lako pronaći u čistom obliku. Malo se može naći tokom vulkanskih erupcija, tokom proizvodnje nafte i gde se organska materija raspada.

Više od polovine ukupne količine je u sastavu sa vodom. Takođe je uključen u strukturu ulja, raznih glina, zapaljivih gasova, životinja i biljaka (prisustvo u svakoj živoj ćeliji je 50% po broju atoma).

Ciklus vodonika u prirodi

Svake godine, kolosalna količina (milijarde tona) biljnih ostataka se razgrađuje u vodenim tijelima i tlu, a ova razgradnja oslobađa ogromnu masu vodika u atmosferu. Oslobađa se i tokom svake fermentacije uzrokovane bakterijama, sagorijevanjem i zajedno s kisikom sudjeluje u ciklusu vode.

Primjena vodonika

Čovječanstvo aktivno koristi element u svojim aktivnostima, pa smo naučili da ga dobijemo u industrijskoj mjeri za:

Meteorologija, hemijska proizvodnja;

Proizvodnja margarina;

Kao raketno gorivo (tečni vodonik);

Elektroprivreda za hlađenje električnih generatora;

Zavarivanje i rezanje metala.

Mnogo se vodika koristi u proizvodnji sintetičkog benzina (za poboljšanje kvaliteta nekvalitetnog goriva), amonijaka, hlorovodonika, alkohola i drugih materijala. Nuklearna energija aktivno koristi svoje izotope.

Lijek "vodikov peroksid" ima široku primjenu u metalurgiji, elektronskoj industriji, proizvodnji celuloze i papira, za izbjeljivanje lanenih i pamučnih tkanina, za proizvodnju boja za kosu i kozmetiku, polimera i u medicini za liječenje rana.

"Eksplozivna" priroda ovog gasa može postati smrtonosno oružje - hidrogenska bomba. Njegova eksplozija je praćena oslobađanjem ogromne količine radioaktivnih tvari i destruktivna je za sva živa bića.

Kontakt tekućeg vodika i kože može uzrokovati teške i bolne promrzline.

Do sada, govoreći o atomskoj teoriji, o tome kako se iz nekoliko vrsta atoma povezanih međusobno u različitim redoslijedom, dobivaju potpuno različite tvari, nikada nismo postavljali "djetinjasto" pitanje - odakle su sami atomi došli? Zašto ima mnogo atoma nekih elemenata, a vrlo malo drugih, a oni su vrlo neravnomjerno raspoređeni? Na primjer, samo jedan element (kiseonik) čini polovinu zemljine kore. Tri elementa (kiseonik, silicijum i aluminijum) ukupno čine već 85%, a ako im dodamo gvožđe, kalijum, natrijum, kalijum, magnezijum i titan, već dobijamo 99,5% zemljine kore. Udio nekoliko desetina ostalih elemenata čini samo 0,5%. Najrjeđi metal na Zemlji je renijum, a zlata i platine nema toliko, zbog čega su tako skupi. Evo još jednog primjera: ima oko hiljadu puta više atoma željeza u zemljinoj kori nego atoma bakra, hiljadu puta više atoma bakra nego atoma srebra i stotinu puta više srebra od renijuma.
Raspodjela elemenata na Suncu je potpuno drugačija: ima najviše vodonika (70%) i helijuma (28%), a svih ostalih elemenata - samo 2%.Ako uzmete cijeli vidljivi Univerzum, onda ima još više vodonika u tome. Žašto je to? U antičko doba i srednjem vijeku nisu se postavljala pitanja o porijeklu atoma, jer su vjerovali da su uvijek postojali u nepromijenjenom obliku i količini (a prema biblijskoj tradiciji, stvoreni su od Boga jednog dana stvaranja) . Čak i kada je teorija atoma pobijedila i hemija se počela ubrzano razvijati, a D.I. Mendeljejev stvorio svoj poznati sistem elemenata, pitanje porijekla atoma i dalje se smatralo neozbiljnim. Naravno, povremeno se neki od naučnika ohrabrio i predložio svoju teoriju. Kao što je već rečeno. 1815. William Prout je predložio da svi elementi potiču od atoma najlakšeg elementa, vodonika. Kao što je Prout napisao, vodonik je sama „primarna materija“ starogrčkih filozofa. koji je kroz “kondenzaciju” dao sve ostale elemente.
U 20. veku, trudom astronoma i teorijskih fizičara, stvorena je naučna teorija o poreklu atoma, koja je uopšteno odgovorila na pitanje porekla hemijskih elemenata. Na vrlo pojednostavljen način, ova teorija izgleda ovako. U početku je sva materija bila koncentrisana u jednoj tački sa neverovatno velikom gustinom (K)*"g/cm") i temperaturom (1027 K). Ovi brojevi su toliko veliki da za njih nema imena. Prije otprilike 10 milijardi godina, kao rezultat takozvanog Velikog praska, ovo super gusto i supervruće mjesto počelo je brzo da se širi. Fizičari imaju prilično dobru ideju o tome kako su se događaji odvijali 0,01 sekundu nakon eksplozije. Teorija onoga što se ranije dogodilo bila je mnogo slabije razvijena, jer su u zgrudku materije koji je postojao u to vrijeme slabo ispunjeni (i što ranije, to gore) sada poznati fizički zakoni. Štaviše, pitanje šta se dogodilo prije Velikog praska u suštini nikada nije razmatrano, jer samo vrijeme tada nije postojalo! Uostalom, ako nema materijalnog svijeta, tj. nema događaja, odakle onda dolazi vrijeme? Ko ili šta će to odbrojati? Dakle, stvar je počela brzo da se raspada i hladi. Što je temperatura niža, to je veća mogućnost za formiranje različitih struktura (npr. na sobnoj temperaturi mogu postojati milioni različitih organskih jedinjenja, na +500°C - samo nekoliko, a iznad +1000°C, verovatno nema organskih jedinjenja). supstance mogu postojati – sve se one raspadaju na sastavne dijelove na visokim temperaturama). Prema naučnicima, 3 minute nakon eksplozije, kada je temperatura pala na milijardu stepeni, započeo je proces nukleosinteze (ova riječ dolazi od latinskog nucleus - "jezgro" i grčkog "sinteza" - "spoj, kombinacija"), tj. proces povezivanja protona i neutrona u jezgra raznih elemenata. Pored protona - jezgra vodika, pojavila su se i jezgra helijuma; ova jezgra još nisu mogla vezati elektrone i formirati agome jer je temperatura bila previsoka. Primordijalni univerzum se sastojao od vodonika (otprilike 75%) i helijuma, sa malom količinom sljedećeg najzastupljenijeg elementa, litijuma (ima tri protona u svom jezgru). Ovaj sastav se nije mijenjao otprilike 500 hiljada godina. Univerzum se nastavio širiti, hladiti i postajati sve rijeđi. Kada je temperatura pala na +3000 °C, elektroni su se mogli spojiti sa jezgrama, što je dovelo do stvaranja stabilnih atoma vodika i helijuma.
Činilo bi se da će se svemir, koji se sastoji od vodonika i helijuma, nastaviti širiti i hladiti do beskonačnosti. Ali tada bi postojali ne samo drugi elementi, već i galaksije, zvezde, a takođe i ti i ja. Beskonačno širenje Univerzuma suprotstavljeno je silama univerzalne gravitacije (gravitacije). Gravitaciono sabijanje materije u različitim dijelovima razrijeđenog Univerzuma praćeno je opetovanim jakim zagrijavanjem – započela je faza masovnog formiranja zvijezda, koja je trajala oko 100 miliona godina.U onim područjima svemira koji se sastoje od plina i prašine gdje je temperatura dostizala 10 miliona godina. stepeni, proces termonuklearne fuzije helijuma započeo je fuzijom jezgri vodika.Ove nuklearne reakcije bile su praćene oslobađanjem ogromne količine energije, koja je zračila u okolni prostor: tako je svijetlila nova zvijezda. kako je u njemu bilo dovoljno vodonika, kompresiju zvijezde pod utjecajem gravitacije suprotstavilo je zračenje koje je "pritiskalo iznutra". I naše Sunce sija zbog "sagorijevanja" vodonika. Ovaj proces teče vrlo sporo, jer Približavanje dva pozitivno naelektrisana protona sprečeno je silom Cooleyeve odbijanja, tako da će naša svetiljka još imati mnogo godina života.
Kada se opskrba vodoničnim gorivom završi, sinteza helijuma postepeno prestaje, a zajedno s njom nestaje i snažno zračenje. Gravitacijske sile ponovo komprimiraju zvijezdu, temperatura raste i postaje moguće da se jezgra helijuma stapaju jedno s drugim i formiraju jezgra ugljika (6 protona) i kisika (8 protona u jezgri). Ovi nuklearni procesi su također praćeni oslobađanjem energije. Ali prije ili kasnije, zalihe helijuma će nestati. I tada počinje treća faza kompresije zvijezde gravitacijskim silama. A onda sve zavisi od mase zvezde u ovoj fazi. Ako masa nije jako velika (kao naše Sunce), onda efekat povećanja temperature kako se zvijezda skuplja neće biti dovoljan da dopusti ugljiku i kisiku da uđu u daljnje reakcije nuklearne fuzije; takva zvijezda postaje takozvani bijeli patuljak. Teži elementi su "fabricirani" u zvijezdama koje astronomi nazivaju crvenim divovima - njihova masa je nekoliko puta veća od Sunčeve. U tim zvijezdama se odvijaju reakcije sinteze težih elemenata iz ugljika i kisika. Kao što su astronomi slikovito rekli, zvijezde su nuklearne vatre, čiji su pepeo teški kemijski elementi.
33
2- 1822
Energija oslobođena u ovoj fazi života zvijezde uvelike "naduvava" vanjske slojeve crvenog diva; kad bi naše Sunce postalo takva zvijezda. Zemlja bi završila unutar ove džinovske lopte - nije baš prijatna perspektiva za sve na zemlji. Zvezdani vetar.
“disanje” sa površine crvenih divova, nosi u svemir hemijske elemente koje sintetiziraju ovi divovi, koji formiraju magline (mnoge od njih su vidljive kroz teleskop). Crveni divovi žive relativno kratko - stotine puta manje od Sunca. Ako masa takve zvijezde premašuje masu Sunca za 10 puta, tada nastaju uslovi (temperatura reda milijarde stepeni) za sintezu elemenata do željeza. Yalro željezo je najstabilnije od svih jezgara. To znači da reakcije sinteze elemenata koji su lakši od željeza oslobađaju energiju, dok je za sintezu težih elemenata potrebna energija. Sa utroškom energije javljaju se i reakcije razgradnje gvožđa na lakše elemente. Stoga se kod zvijezda koje su dostigle „gvozdenu“ fazu razvoja dešavaju dramatični procesi: umjesto oslobađanja energije, ona se apsorbira, što je praćeno brzim smanjenjem temperature i kompresijom na vrlo mali volumen; astronomi ovaj proces nazivaju gravitacijskim kolapsom (od latinske riječi collapsus - "oslabljen, pao"; nije bez razloga što liječnici to nazivaju naglim padom krvnog tlaka, što je vrlo opasno za ljude). Prilikom gravitacionog kolapsa nastaje ogroman broj neutrona koji zbog nedostatka naboja lako prodiru u jezgra svih postojećih elemenata. Jezgra prezasićena neutronima prolaze kroz posebnu transformaciju (naziva se beta raspad), tokom koje se iz neutrona formira proton; kao rezultat, iz jezgra datog elementa se dobija sljedeći element, u čijem jezgru već postoji još jedan proton. Naučnici su naučili da reprodukuju takve procese u zemaljskim uslovima; dobro poznat primjer je sinteza izotopa plutonijum-239, kada se prirodni uranijum (92 protona, 146 neutrona) ozrači neutronima, njegovo jezgro zarobi jedan neutron i formira se veštački element neptunijum (93 protona, 146 neutrona). ), a iz njega i onaj vrlo smrtonosni plutonijum (94 protona, 145 neutrona), koji se koristi u atomskim bombama. U zvijezdama koje prolaze kroz gravitacijski kolaps, kao rezultat hvatanja neutrona i kasnijih beta raspada, formiraju se stotine različitih jezgara svih mogućih izotopa kemijskih elemenata. Kolaps zvijezde završava se grandioznom eksplozijom, praćenom izbacivanjem ogromne mase materije u svemir - formira se supernova. Izbačena tvar, koja sadrži sve elemente iz periodnog sistema (a naše tijelo sadrži te iste atome!), raspršuje se okolo brzinom do 10.000 km/s. a mali ostatak materije iz mrtve zvijezde se komprimuje (kolapsira) da bi se formirala super-gusta neutronska zvijezda ili čak crna rupa. Povremeno, takve zvijezde buknu na našem nebu, a ako se bljesak dogodi nedaleko, supernova zasjaji sve druge zvijezde po sjaju. I nije iznenađujuće: sjaj supernove može premašiti sjaj cijele galaksije koja se sastoji od milijardu zvijezda! Jedna od ovih “novih” zvijezda, prema kineskim kronikama, planula je 1054. godine. Sada se na ovom mjestu nalazi poznata Rakova maglina u sazviježđu Bika, au njenom centru se brzo rotiraju (30 okretaja u sekundi). !) neutronska zvijezda.Nasreću (za nas, a ne za sintezu novih elemenata), takve zvijezde su do sada planule samo u udaljenim galaksijama...
Kao rezultat "sagorevanja" zvijezda i eksplozije supernova, mnogi poznati hemijski elementi pronađeni su u svemiru. Ostaci supernova u obliku maglina koje se šire, "zagrijane" radioaktivnim transformacijama, sudaraju se jedni s drugima, kondenziraju u guste formacije, iz kojih pod utjecajem gravitacijskih sila nastaju zvijezde nove generacije. Ove zvijezde (uključujući naše Sunce) sadrže primjesu teških elemenata od samog početka svog postojanja; isti elementi sadržani su u oblacima plina i prašine koji okružuju ove zvijezde, od kojih se formiraju planete. Dakle, elementi koji čine sve stvari oko nas, uključujući i naše tijelo, rođeni su kao rezultat grandioznih kosmičkih procesa...
Zašto je formirano mnogo nekih elemenata, a malo drugih? Ispostavlja se da u procesu nukleosinteze najvjerojatnije nastaju jezgre koje se sastoje od malog parnog broja neutrona i neutrona. Teška jezgra, "preplavljena" protonima i neutronima, manje su stabilna i manje ih je u Univerzumu. Postoji opšte pravilo: što je jezgro veće naelektrisanje, što je teže, to je manje takvih jezgara u Univerzumu. Međutim, ovo pravilo se ne poštuje uvijek. Na primjer, u zemljinoj kori postoji nekoliko lakih jezgara litijuma (3 protona, 3 neutrona), bora (5 protona i 5 ili b neutrona). Pretpostavlja se da se ova jezgra, iz više razloga, ne mogu formirati u dubinama zvijezda, te se pod utjecajem kosmičkih zraka „odcjepljuju“ od težih jezgara nakupljenih u međuzvjezdanom prostoru. Dakle, odnos različitih elemenata na Zemlji je eho turbulentnih procesa u svemiru koji su se dogodili prije više milijardi godina, u kasnijim fazama razvoja Univerzuma.