Struttura atomica, isotopi, distribuzione di idrogeno, ossigeno, zolfo e azoto nella crosta terrestre. Il nucleo del pianeta Terra. (Descrizione dei processi di decadimento e fusione nucleare nel nucleo del pianeta) Aree di applicazione dell'idrogeno

Per la geochimica è importante chiarire il principio di distribuzione degli elementi chimici nella crosta terrestre. Perché alcuni di essi si trovano spesso in natura, altri molto meno comuni e altri addirittura considerati “rarità da museo”?

Un potente strumento per spiegare molti fenomeni geochimici è la Legge Periodica di D.I. Mendeleev. In particolare, con il suo aiuto è possibile indagare sulla prevalenza degli elementi chimici nella crosta terrestre.

Per la prima volta, la connessione tra le proprietà geochimiche degli elementi e la loro posizione nella tavola periodica degli elementi chimici fu mostrata da D.I. Mendeleev, V.I. Vernadsky e A.E. Fersmann.

Regole (leggi) della geochimica

La regola di Mendeleev

Nel 1869, mentre lavorava alla legge periodica, D.I. Mendeleev formulò la regola: “ Gli elementi con pesi atomici bassi sono generalmente più abbondanti degli elementi con pesi atomici più elevati"(vedi Appendice 1, Tavola periodica degli elementi chimici). Successivamente, con la scoperta della struttura dell'atomo, si dimostrò che negli elementi chimici con piccola massa atomica il numero di protoni è approssimativamente uguale al numero di neutroni nei nuclei dei loro atomi, cioè il rapporto tra questi due quantità è uguale o prossima all'unità: per l'ossigeno = 1,0; per alluminio

Per gli elementi meno comuni, i neutroni predominano nei nuclei degli atomi e il rapporto tra il loro numero e il numero di protoni è significativamente maggiore dell'unità: per il radio; per l'uranio = 1,59.

La “regola di Mendeleev” fu ulteriormente sviluppata nei lavori del fisico danese Niels Bohr e del chimico russo, accademico dell’Accademia delle Scienze dell’URSS Viktor Ivanovich Spitsyn.

Viktor Ivanovic Spitsyn (1902-1988)

Regola di Oddo

Nel 1914, il chimico italiano Giuseppe Oddo formulò una regola diversa: “ I pesi atomici degli elementi più comuni sono espressi in numeri multipli di quattro, o si discostano leggermente da tali numeri" Successivamente, questa regola ha ricevuto qualche interpretazione alla luce di nuovi dati sulla struttura degli atomi: una struttura nucleare composta da due protoni e due neutroni è particolarmente forte.

La regola di Garkins

Nel 1917, il chimico fisico americano William Draper Garkins (Harkins) attirò l'attenzione su questo fatto gli elementi chimici con numeri atomici (ordinali) pari sono distribuiti in natura molte volte di più rispetto agli elementi vicini con numeri dispari. I calcoli hanno confermato l'osservazione: dei primi 28 elementi della tavola periodica, 14 pari costituiscono l'86% e quelli dispari solo il 13,6% della massa della crosta terrestre.

In questo caso la spiegazione potrebbe essere il fatto che gli elementi chimici con numeri atomici dispari contengono particelle che non sono legate agli eli e sono quindi meno stabili.

Ci sono molte eccezioni alla regola di Harkins: ad esempio, anche i gas nobili sono estremamente scarsamente distribuiti, e l'alluminio dispari Al è più diffuso persino del magnesio Mg. Tuttavia, ci sono suggerimenti secondo cui questa regola si applica non tanto alla crosta terrestre quanto all’intero globo. Anche se non esistono ancora dati attendibili sulla composizione degli strati profondi del globo, alcune informazioni suggeriscono che la quantità di magnesio nell’intero globo è doppia rispetto a quella di alluminio. La quantità di elio He nello spazio è molte volte maggiore delle sue riserve terrestri. Questo è forse l'elemento chimico più comune nell'Universo.

Regola di Fersman

A.E. Fersman dimostrò chiaramente la dipendenza dell’abbondanza di elementi chimici nella crosta terrestre dal loro numero atomico (ordinale). Questa dipendenza diventa particolarmente evidente se si traccia un grafico in coordinate: numero atomico - logaritmo del clarke atomico. Il grafico mostra una tendenza chiara: i numeri atomici diminuiscono con l'aumentare del numero atomico degli elementi chimici.

Riso. . La prevalenza di elementi chimici nella crosta terrestre

Riso. 5. L'abbondanza di elementi chimici nell'Universo

(log C – logaritmi di Clarkes atomici secondo Fersman)

(i dati sul numero di atomi si riferiscono a 10 6 atomi di silicio)

Curva solida – anche valori Z,

punteggiato – valori Z dispari

Tuttavia, ci sono alcune deviazioni da questa regola: alcuni elementi chimici superano significativamente i valori di abbondanza attesi (ossigeno O, silicio Si, calcio Ca, ferro Fe, bario Ba), mentre altri (litio Li, berillio Be, boro B) sono molto meno comuni di quanto ci si aspetterebbe in base alla regola di Fersman. Tali elementi chimici sono chiamati rispettivamente ridondante E scarso.

La formulazione della legge fondamentale della geochimica è riportata a p.

La composizione chimica della crosta terrestre è stata determinata sulla base dei risultati dell'analisi di numerosi campioni di rocce e minerali venuti alla superficie della terra durante i processi di formazione delle montagne, nonché prelevati da miniere e pozzi profondi.

Attualmente la crosta terrestre è stata studiata fino ad una profondità di 15-20 km. È costituito da elementi chimici che fanno parte delle rocce.

Gli elementi più comuni nella crosta terrestre sono 46, di cui 8 costituiscono il 97,2-98,8% della sua massa, 2 (ossigeno e silicio) - il 75% della massa terrestre.

I primi 13 elementi (ad eccezione del titanio), più spesso presenti nella crosta terrestre, fanno parte della sostanza organica delle piante, partecipano a tutti i processi vitali e svolgono un ruolo importante nella fertilità del suolo. Un gran numero di elementi che partecipano alle reazioni chimiche nelle viscere della Terra portano alla formazione di un'ampia varietà di composti. Gli elementi chimici più abbondanti nella litosfera si trovano in molti minerali (da essi sono costituite per lo più rocce diverse).

I singoli elementi chimici sono distribuiti nelle geosfere come segue: ossigeno e idrogeno riempiono l'idrosfera; ossigeno, idrogeno e carbonio costituiscono la base della biosfera; ossigeno, idrogeno, silicio e alluminio sono i principali componenti delle argille e delle sabbie o prodotti del disfacimento (costituiscono principalmente la parte superiore della crosta terrestre).

Gli elementi chimici in natura si trovano in una varietà di composti chiamati minerali. Si tratta di sostanze chimiche omogenee della crosta terrestre che si sono formate a seguito di complessi processi fisico-chimici o biochimici, ad esempio salgemma (NaCl), gesso (CaS04*2H20), ortoclasio (K2Al2Si6016).

In natura gli elementi chimici partecipano in modo diseguale alla formazione dei diversi minerali. Ad esempio, il silicio (Si) è un componente di oltre 600 minerali ed è molto comune anche sotto forma di ossidi. Lo zolfo forma fino a 600 composti, calcio - 300, magnesio -200, manganese - 150, boro - 80, potassio - fino a 75, sono noti solo 10 composti di litio e ancora meno composti di iodio.

Tra i minerali più conosciuti della crosta terrestre predomina un folto gruppo di feldspati con tre elementi principali: K, Na e Ca. Nelle rocce che formano il suolo e nei loro prodotti di alterazione, i feldspati occupano una posizione importante. I feldspati si deteriorano gradualmente (si disintegrano) e arricchiscono il terreno con K, Na, Ca, Mg, Fe e altre sostanze di cenere, nonché microelementi.

Numero di Clark- numeri che esprimono il contenuto medio di elementi chimici nella crosta terrestre, nell'idrosfera, nella Terra, nei corpi cosmici, nei sistemi geochimici o cosmochimici, ecc., in relazione alla massa totale di questo sistema. Espresso in % o g/kg.

Tipi di Clark

Ci sono Clark di peso (%, g/t o g/g) e atomici (% del numero di atomi). Una generalizzazione dei dati sulla composizione chimica delle varie rocce che compongono la crosta terrestre, tenendo conto della loro distribuzione a una profondità di 16 km, fu fatta per la prima volta dallo scienziato americano F. W. Clark (1889). I numeri da lui ottenuti per la percentuale di elementi chimici nella composizione della crosta terrestre, successivamente alquanto perfezionati da A.E. Fersman, su suggerimento di quest'ultimo, furono chiamati numeri di Clark o Clarks.

Struttura della molecola. Le proprietà elettriche, ottiche, magnetiche e altre proprietà delle molecole sono legate alle funzioni d'onda e alle energie dei vari stati delle molecole. Gli spettri molecolari forniscono informazioni sugli stati delle molecole e sulla probabilità di transizione tra di loro.

Le frequenze di vibrazione negli spettri sono determinate dalle masse degli atomi, dalla loro posizione e dalla dinamica delle interazioni interatomiche. Le frequenze negli spettri dipendono dai momenti di inerzia delle molecole, la cui determinazione da dati spettroscopici consente di ottenere valori accurati delle distanze interatomiche nella molecola. Il numero totale di linee e bande nello spettro vibrazionale di una molecola dipende dalla sua simmetria.

Le transizioni elettroniche nelle molecole caratterizzano la struttura dei loro gusci elettronici e lo stato dei legami chimici. Gli spettri delle molecole che hanno un maggior numero di legami sono caratterizzati da bande di assorbimento a onda lunga che cadono nella regione del visibile. Le sostanze costituite da tali molecole sono caratterizzate dal colore; Queste sostanze includono tutti i coloranti organici.

Ioni. Come risultato delle transizioni elettroniche, si formano ioni: atomi o gruppi di atomi in cui il numero di elettroni non è uguale al numero di protoni. Se uno ione contiene più particelle caricate negativamente rispetto a quelle caricate positivamente, tale ione viene chiamato negativo. Altrimenti lo ione si dice positivo. Gli ioni sono molto comuni nelle sostanze; ad esempio, si trovano in tutti i metalli senza eccezioni. Il motivo è che uno o più elettroni di ciascun atomo di metallo vengono separati e si muovono all'interno del metallo, formando quello che viene chiamato gas di elettroni. È a causa della perdita di elettroni, cioè di particelle negative, che gli atomi metallici diventano ioni positivi. Questo vale per i metalli in qualsiasi stato: solido, liquido o gassoso.

Il reticolo cristallino modella la disposizione degli ioni positivi all'interno di un cristallo di una sostanza metallica omogenea.

È noto che allo stato solido tutti i metalli sono cristalli. Gli ioni di tutti i metalli sono disposti in modo ordinato, formando un reticolo cristallino. Nei metalli fusi ed evaporati (gassosi), non esiste una disposizione ordinata degli ioni, ma il gas di elettroni rimane ancora tra gli ioni.

Isotopi- varietà di atomi (e nuclei) di un elemento chimico che hanno lo stesso numero atomico (ordinale), ma allo stesso tempo numeri di massa diversi. Il nome è dovuto al fatto che tutti gli isotopi di un atomo sono collocati nello stesso posto (in una cella) della tavola periodica. Le proprietà chimiche di un atomo dipendono dalla struttura del guscio elettronico, che, a sua volta, è determinato principalmente dalla carica del nucleo Z (cioè dal numero di protoni in esso contenuti) e quasi non dipende dalla sua massa numero A (cioè il numero totale di protoni Z e neutroni N) . Tutti gli isotopi dello stesso elemento hanno la stessa carica nucleare, differendo solo per il numero di neutroni. Tipicamente un isotopo è designato con il simbolo dell'elemento chimico a cui appartiene, con l'aggiunta di un suffisso in alto a sinistra che indica il numero di massa. Puoi anche scrivere il nome dell'elemento seguito da un numero di massa con trattino. Alcuni isotopi hanno nomi propri tradizionali (ad esempio deuterio, actinone).

Al centro del pianeta Terra c'è un nucleo, è separato dalla superficie da strati di crosta, magma e uno strato piuttosto sottile di sostanza metà gassosa e metà liquida. Questo strato agisce come un lubrificante e consente al nucleo del pianeta di ruotare quasi indipendentemente dalla sua massa principale.
Lo strato superiore del nucleo è costituito da un guscio molto denso. Forse questa sostanza è vicina nelle sue proprietà ai metalli, molto forte e duttile, e forse ha proprietà magnetiche.
La superficie del nucleo del pianeta - il suo guscio duro - è molto calda fino a temperature significative, al contatto con esso il magma passa quasi allo stato gassoso.
Sotto il guscio solido, la sostanza interna del nucleo si trova in uno stato di plasma compresso, costituito principalmente da atomi elementari (idrogeno) e prodotti di fissione nucleare: protoni, elettroni, neutroni e altre particelle elementari che si formano a seguito di reazioni della fusione nucleare e del decadimento nucleare.

Zone di fusione nucleare e reazioni di decadimento.
Nel nucleo del pianeta Terra hanno luogo reazioni di fusione e decadimento nucleare, che provocano il rilascio costante di grandi quantità di calore e altri tipi di energia (impulsi elettromagnetici, radiazioni varie), e mantengono inoltre la sostanza interna del nucleo costantemente in uno stato plasmatico.

La zona centrale della Terra: reazioni di decadimento nucleare.
Le reazioni di decadimento nucleare si verificano proprio al centro del nucleo del pianeta.
Si verifica come segue: gli elementi pesanti e superpesanti (che si formano nella zona di fusione nucleare), poiché hanno una massa maggiore di tutti gli elementi di acciaio, sembrano annegare nel plasma liquido e gradualmente affondano nel centro stesso del nucleo del pianeta , dove guadagnano massa critica ed entrano in una reazione di decadimento nucleare rilasciando grandi quantità di energia e prodotti di decadimento nucleare. In questa zona, gli elementi pesanti agiscono allo stato degli atomi elementari: l'atomo di idrogeno, i neutroni, i protoni, gli elettroni e altre particelle elementari.
Questi atomi e particelle elementari, a causa del rilascio di elevata energia ad alta velocità, volano via dal centro del nucleo verso la sua periferia, dove entrano in una reazione di fusione nucleare.

La zona centrale della Terra: reazioni di fusione nucleare.
Gli atomi di idrogeno elementare e le particelle elementari, che si formano a seguito della reazione di decadimento nucleare al centro del nucleo terrestre, raggiungono il guscio solido esterno del nucleo, dove nelle immediate vicinanze si verificano reazioni di fusione nucleare, in uno strato situato sotto il guscio duro.
Protoni, elettroni e atomi elementari, accelerati ad alta velocità dalla reazione di decadimento nucleare al centro del nucleo del pianeta, si incontrano con vari atomi che si trovano alla periferia. Vale la pena notare che molte particelle elementari entrano in reazioni di fusione nucleare nel loro cammino verso la superficie del nucleo.
A poco a poco, nella zona di fusione nucleare, si formano elementi sempre più pesanti, quasi l'intera tavola periodica, alcuni di essi hanno la massa più pesante.
In questa zona c'è una peculiare divisione degli atomi delle sostanze in base al loro peso dovuta alle proprietà del plasma di idrogeno stesso, compresso da un'enorme pressione, che ha un'enorme densità, a causa della forza centrifuga di rotazione del nucleo, e dovuta alla forza centripeta di gravità.
Come risultato della somma di tutte queste forze, i metalli più pesanti affondano nel plasma del nucleo e cadono nel suo centro per mantenere ulteriormente il processo continuo di fissione nucleare al centro del nucleo, e gli elementi più leggeri tendono a lasciare il nucleo nucleo o depositarsi sulla sua parte interna - il guscio duro del nucleo.
Di conseguenza, gli atomi dell'intera tavola periodica entrano gradualmente nel magma, che poi entra in reazioni chimiche sopra la superficie del nucleo, formando elementi chimici complessi.

Campo magnetico del nucleo del pianeta.
Il campo magnetico del nucleo si forma a causa della reazione del decadimento nucleare al centro del nucleo dovuta al fatto che i prodotti elementari del decadimento nucleare, fuoriuscendo dalla zona centrale del nucleo, trasportano flussi di plasma nel nucleo, formando potenti flussi di vortice che si attorcigliano attorno alle principali linee di forza del campo magnetico. Poiché questi flussi di plasma contengono elementi con una certa carica, si forma una forte corrente elettrica che crea il proprio campo elettromagnetico.
La principale corrente parassita (flusso di plasma) si trova nella zona di fusione termonucleare del nucleo; tutta la materia interna in questa zona si muove verso la rotazione circolare del pianeta (lungo l'equatore del nucleo del pianeta), creando una potente corrente elettromagnetica campo.

Rotazione del nucleo del pianeta.
La rotazione del nucleo del pianeta non coincide con il piano di rotazione del pianeta stesso; l'asse di rotazione del nucleo si trova tra l'asse di rotazione del pianeta e l'asse che collega i plus magnetici.

La velocità angolare di rotazione del nucleo del pianeta è maggiore della velocità angolare di rotazione del pianeta stesso ed è superiore ad essa.

Bilancio del decadimento nucleare e dei processi di fusione nel nucleo del pianeta.
I processi di fusione nucleare e decadimento nucleare sul pianeta sono in linea di principio equilibrati. Ma secondo le nostre osservazioni, questo equilibrio può essere disturbato in una direzione o nell’altra.
Nella zona di fusione nucleare del nucleo del pianeta si può accumulare gradualmente un eccesso di metalli pesanti che poi, cadendo al centro del pianeta in quantità maggiori del solito, possono provocare un'intensificazione della reazione di decadimento nucleare, a seguito di che viene rilasciata molta più energia del normale, il che influenzerà l'attività sismica nelle aree soggette a terremoti, nonché l'attività vulcanica sulla superficie terrestre.
Secondo le nostre osservazioni, di tanto in tanto si verifica una microrottura del nucleo solido della Terra, che porta all'ingresso del plasma del nucleo nel magma del pianeta, e questo porta ad un forte aumento della sua temperatura in questo posto. Al di sopra di questi luoghi è possibile un forte aumento dell'attività sismica e dell'attività vulcanica sulla superficie del pianeta.
Forse i periodi di riscaldamento e raffreddamento globale sono associati all’equilibrio tra la fusione nucleare e i processi di decadimento nucleare all’interno del pianeta. A questi processi sono associati anche i cambiamenti nelle epoche geologiche.

Nel nostro periodo storico.
Secondo le nostre osservazioni, si sta verificando ora un aumento dell'attività del nucleo del pianeta, un aumento della sua temperatura e, di conseguenza, un riscaldamento del magma che circonda il nucleo del pianeta, nonché un aumento della temperatura globale del pianeta. la sua atmosfera.
Ciò conferma indirettamente l'accelerazione della deriva dei poli magnetici, il che indica che i processi all'interno del nucleo sono cambiati e sono passati a una fase diversa.
La diminuzione dell'intensità del campo magnetico terrestre è associata all'accumulo nel magma del pianeta di sostanze che schermano il campo magnetico terrestre, che, naturalmente, influenzerà anche i cambiamenti nei regimi delle reazioni nucleari nel nucleo del pianeta.

Considerando il nostro pianeta e tutti i processi su di esso, di solito operiamo nelle nostre ricerche e previsioni con concetti fisici o energetici, ma in alcuni casi, facendo una connessione tra l'uno e l'altro lato, si potrà comprendere meglio gli argomenti descritti.
In particolare, nel contesto dei futuri processi evolutivi descritti sulla Terra, nonché del periodo di gravi cataclismi in tutto il pianeta, il suo nucleo, i processi in esso e nello strato di magma, nonché il rapporto con la superficie, la biosfera e l'atmosfera sono stati considerati. Questi processi sono stati considerati sia a livello fisico che a livello delle relazioni energetiche.
La struttura del nucleo terrestre si è rivelata abbastanza semplice e logica dal punto di vista fisico; si tratta generalmente di un sistema chiuso con due processi termonucleari predominanti nelle sue diverse parti, che si completano armoniosamente a vicenda.
Innanzitutto va detto che il nucleo è in continuo e velocissimo movimento, questa rotazione sostiene anche i processi in esso presenti.
Il centro stesso del nucleo del nostro pianeta è una struttura complessa di particelle estremamente pesante e compressa che, a causa della forza centrifuga, della collisione di queste particelle e della compressione costante, ad un certo momento vengono divise in singoli elementi più leggeri ed elementari. Questo è il processo di decadimento termonucleare, proprio nel mezzo del nucleo del pianeta.
Le particelle rilasciate vengono trasportate verso la periferia, dove continua il rapido movimento generale all'interno del nucleo. In questa parte, le particelle restano più indietro l’una rispetto all’altra nello spazio; scontrandosi ad alta velocità, riformano particelle più pesanti e complesse, che vengono tirate indietro al centro del nucleo dalla forza centrifuga. Questo è il processo di fusione termonucleare - alla periferia del nucleo terrestre.
Le enormi velocità di movimento delle particelle e il verificarsi dei processi descritti danno origine a temperature costanti e colossali.
Qui vale la pena chiarire alcuni punti: in primo luogo, il movimento delle particelle avviene attorno all'asse di rotazione della Terra e lungo il suo movimento - nella stessa direzione, questa è una rotazione complementare - del pianeta stesso con tutta la sua massa e delle particelle nel suo nucleo. In secondo luogo, va notato che la velocità di movimento delle particelle nel nucleo è semplicemente enorme, è molte volte superiore alla velocità di rotazione del pianeta stesso attorno al proprio asse.
Per mantenere questo sistema in modo permanente per tutto il tempo desiderato, non serve molto; è sufficiente che eventuali corpi cosmici colpiscano di tanto in tanto la Terra, aumentando costantemente la massa del nostro pianeta in generale e del nucleo in particolare, mentre parte della sua massa parte con energia termica e gas attraverso sottili sezioni dell'atmosfera nello spazio.
In generale, il sistema è abbastanza stabile, sorge la domanda: quali processi possono portare a gravi disastri geologici, tettonici, sismologici, climatici e di altro tipo in superficie?
Considerando la componente fisica di questi processi, emerge il seguente quadro: di tanto in tanto, dalla parte periferica del nucleo nel magma, alcuni flussi di particelle accelerate che partecipano alla fusione termonucleare “sparano” a velocità enorme; l'enorme strato di magma in cui cadono, come se spegnessero questi stessi "colpi", la loro densità, viscosità, temperatura più bassa - non salgono sulla superficie del pianeta, ma quelle aree di magma dove si verificano tali emissioni si riscaldano bruscamente, iniziano a muoversi, espandersi, esercitare maggiore pressione sulla crosta terrestre, il che porta a bruschi movimenti delle placche geologiche, faglie crostali, sbalzi di temperatura, per non parlare dei terremoti e delle eruzioni vulcaniche. Ciò può anche portare allo sprofondamento delle placche continentali negli oceani e alla risalita in superficie di nuovi continenti e isole.
Le ragioni di tali minori emissioni dal nucleo nel magma possono essere temperature e pressioni eccessive nel sistema generale del nucleo del pianeta, ma quando si tratta di eventi catastrofici determinati evolutivamente ovunque sul pianeta, della pulizia della Terra vivente e cosciente da aggressività umana e spazzatura, allora stiamo parlando di un atto intenzionale cosciente che vive un essere cosciente.
Dal punto di vista energetico ed esoterico, il pianeta dà impulsi intenzionali dal centro-consapevolezza allo strato inferiore del corpo-magma dei Guardiani, cioè, condizionatamente, dei Titani, per compiere azioni di pulizia del territori in superficie. Qui vale la pena menzionare un certo strato tra il nucleo e il mantello, proprio a livello fisico si tratta di uno strato di sostanza raffreddante, da un lato corrispondente alle caratteristiche del nucleo, dall'altro - magma, che consente le informazioni energetiche fluiscono in entrambe le direzioni. Da un punto di vista energetico, questo è qualcosa come un “campo conduttivo nervoso”, assomiglia alla corona del Sole durante un'eclissi totale, è la connessione della coscienza del pianeta con il primo e più profondo e più grande strato del Guardiani della Terra, che trasmettono ulteriormente l'impulso - ai guardiani zonali più piccoli e mobili che implementano questi processi in superficie. È vero, durante il periodo dei gravi cataclismi, dell'ascesa di nuovi continenti e del ridisegno dei continenti attuali, si presume la partecipazione parziale degli stessi Titani.
Qui vale anche la pena notare un altro importante fenomeno fisico legato alla struttura del nucleo del nostro pianeta e ai processi che si verificano in esso. Questa è la formazione del campo magnetico terrestre.
Il campo magnetico si forma a causa dell'elevata velocità di movimento delle particelle in orbita all'interno del nucleo terrestre e possiamo dire che il campo magnetico esterno della Terra è una sorta di ologramma che mostra chiaramente i processi termonucleari che si verificano all'interno del nucleo del pianeta.
Più il campo magnetico si estende dal centro del pianeta, più è rarefatto; all'interno del pianeta, vicino al nucleo, è più forte di ordini di grandezza, ma all'interno del nucleo stesso è un campo magnetico monolitico.

L'idrogeno (H) è un elemento chimico molto leggero, con un contenuto dello 0,9% in peso nella crosta terrestre e dell'11,19% nell'acqua.

Caratteristiche dell'idrogeno

È il primo tra i gas per leggerezza. In condizioni normali è insapore, incolore e assolutamente inodore. Quando entra nella termosfera, grazie al suo peso ridotto, vola nello spazio.

Nell'intero universo è l'elemento chimico più numeroso (75% della massa totale delle sostanze). Tanto che molte stelle nello spazio ne sono fatte interamente. Ad esempio, il Sole. Il suo componente principale è l'idrogeno. E il calore e la luce sono il risultato del rilascio di energia quando i nuclei di una materia si fondono. Anche nello spazio ci sono intere nuvole delle sue molecole di varie dimensioni, densità e temperature.

Proprietà fisiche

L'alta temperatura e pressione cambiano significativamente le sue qualità, ma in condizioni normali:

Ha un'elevata conduttività termica rispetto ad altri gas,

Non tossico e scarsamente solubile in acqua,

Con una densità di 0,0899 g/l a 0°C e 1 atm.,

Diventa liquido alla temperatura di -252,8°C

Diventa duro a -259,1°C.,

Calore specifico di combustione 120.9.106 J/kg.

Richiede alta pressione e temperature molto basse per trasformarsi in un liquido o solido. Allo stato liquefatto è fluido e leggero.

Proprietà chimiche

Sotto pressione e raffreddamento (-252,87 gradi C), l'idrogeno acquisisce uno stato liquido, che è più leggero di qualsiasi analogo. Occupa meno spazio che in forma gassosa.

È un tipico non metallo. Nei laboratori viene prodotto facendo reagire metalli (come zinco o ferro) con acidi diluiti. In condizioni normali è inattivo e reagisce solo con i non metalli attivi. L'idrogeno può separare l'ossigeno dagli ossidi e ridurre i metalli dai composti. Lui e le sue miscele formano legami idrogeno con determinati elementi.

Il gas è altamente solubile in etanolo e in molti metalli, in particolare nel palladio. L'argento non lo dissolve. L'idrogeno può essere ossidato durante la combustione in ossigeno o aria e quando interagisce con gli alogeni.

Quando si combina con l'ossigeno si forma l'acqua. Se la temperatura è normale la reazione procede lentamente; se è superiore a 550°C esplode (si trasforma in gas detonante).

Trovare l'idrogeno in natura

Sebbene sul nostro pianeta ci sia molto idrogeno, non è facile trovarlo nella sua forma pura. Un po' può essere trovato durante le eruzioni vulcaniche, durante la produzione di petrolio e dove la materia organica si decompone.

Più della metà della quantità totale è nella composizione con acqua. È anche incluso nella struttura del petrolio, di varie argille, di gas infiammabili, di animali e piante (la sua presenza in ogni cellula vivente è pari al 50% del numero di atomi).

Ciclo dell'idrogeno in natura

Ogni anno, una quantità colossale (miliardi di tonnellate) di residui vegetali si decompone nei corpi idrici e nel suolo e questa decomposizione rilascia un'enorme massa di idrogeno nell'atmosfera. Viene rilasciato anche durante eventuali fermentazioni causate da batteri, combustione e, insieme all'ossigeno, partecipa al ciclo dell'acqua.

Applicazioni dell'idrogeno

L'elemento viene utilizzato attivamente dall'umanità nelle sue attività, quindi abbiamo imparato a ottenerlo su scala industriale per:

Meteorologia, produzione chimica;

Produzione di margarina;

Come carburante per missili (idrogeno liquido);

Industria dell'energia elettrica per il raffreddamento di generatori elettrici;

Saldatura e taglio dei metalli.

Una grande quantità di idrogeno viene utilizzato nella produzione di benzina sintetica (per migliorare la qualità del carburante di bassa qualità), ammoniaca, acido cloridrico, alcoli e altri materiali. L'energia nucleare utilizza attivamente i suoi isotopi.

Il farmaco "perossido di idrogeno" è ampiamente utilizzato nella metallurgia, nell'industria elettronica, nella produzione di pasta di legno e carta, per sbiancare tessuti di lino e cotone, per la produzione di tinture per capelli e cosmetici, polimeri e in medicina per il trattamento delle ferite.

La natura "esplosiva" di questo gas può diventare un'arma letale: una bomba all'idrogeno. La sua esplosione è accompagnata dal rilascio di un'enorme quantità di sostanze radioattive ed è distruttiva per tutti gli esseri viventi.

Il contatto dell'idrogeno liquido con la pelle può provocare congelamenti gravi e dolorosi.

Fino ad ora, parlando della teoria atomica, di come da diversi tipi di atomi collegati tra loro in ordini diversi si ottengono sostanze completamente diverse, non ci siamo mai posti la domanda “infantile”: da dove provengono gli atomi stessi? Perché ci sono molti atomi di alcuni elementi e pochissimi di altri e sono distribuiti in modo molto disomogeneo? Ad esempio, un solo elemento (l'ossigeno) costituisce metà della crosta terrestre. Tre elementi (ossigeno, silicio e alluminio) in totale costituiscono già l’85%, e se aggiungiamo ferro, potassio, sodio, potassio, magnesio e titanio, otteniamo già il 99,5% della crosta terrestre. La quota di diverse decine di altri elementi rappresenta solo lo 0,5%. Il metallo più raro sulla Terra è il renio e non ci sono così tanti oro e platino, motivo per cui sono così costosi. Ecco un altro esempio: nella crosta terrestre ci sono circa mille volte più atomi di ferro che atomi di rame, mille volte più atomi di rame che atomi di argento e cento volte più argento che renio.
La distribuzione degli elementi sul Sole è completamente diversa: qui c'è la maggior parte di idrogeno (70%) ed elio (28%) e tutti gli altri elementi - solo il 2%.Se prendi l'intero Universo visibile, allora c'è ancora più idrogeno dentro. Perché? Nell'antichità e nel Medioevo non si ponevano domande sull'origine degli atomi, perché credevano che esistessero sempre in forma e quantità immutate (e secondo la tradizione biblica furono creati da Dio in un giorno della creazione). . E anche quando la teoria atomica vinse e la chimica iniziò a svilupparsi rapidamente, e D.I. Mendeleev creò il suo famoso sistema di elementi, la questione dell'origine degli atomi continuò a essere considerata frivola. Naturalmente, ogni tanto uno degli scienziati prendeva coraggio e proponeva la sua teoria. Come già detto. nel 1815, William Prout propose che tutti gli elementi provenissero da atomi dell'elemento più leggero, l'idrogeno. Come ha scritto Prout, l’idrogeno è la “materia prima” degli antichi filosofi greci. che per “condensazione” diede tutti gli altri elementi.
Nel 20 ° secolo, grazie agli sforzi di astronomi e fisici teorici, è stata creata una teoria scientifica sull'origine degli atomi, che in generale ha risposto alla questione dell'origine degli elementi chimici. In un modo molto semplificato, questa teoria assomiglia a questa. Inizialmente, tutta la materia era concentrata in un punto con una densità (K)*"g/cm") e una temperatura incredibilmente elevate (1027 K). Questi numeri sono così grandi che non esiste alcun nome per definirli. Circa 10 miliardi di anni fa, a seguito del cosiddetto Big Bang, questo punto super denso e super caldo iniziò ad espandersi rapidamente. I fisici hanno un'idea abbastanza chiara di come si sono svolti gli eventi 0,01 secondi dopo l'esplosione. La teoria di ciò che accadde prima fu sviluppata molto meno bene, poiché nel grumo di materia che esisteva a quel tempo, le leggi fisiche ormai conosciute erano scarsamente soddisfatte (e prima era, peggio). Inoltre, la questione di cosa sia successo prima del Big Bang non è stata sostanzialmente mai presa in considerazione, poiché allora il tempo stesso non esisteva! Dopotutto, se non esiste un mondo materiale, cioè nessun evento, allora da dove viene il tempo? Chi o cosa farà il conto alla rovescia? Quindi, la questione cominciò rapidamente a svanire e a raffreddarsi. Più bassa è la temperatura, maggiore è la possibilità di formazione di varie strutture (ad esempio, a temperatura ambiente possono esistere milioni di composti organici diversi, a +500 °C solo pochi, e sopra +1000 °C probabilmente nessun composto organico). possono esistere sostanze - Tutte si dividono nelle loro parti componenti ad alte temperature). Secondo gli scienziati, 3 minuti dopo l'esplosione, quando la temperatura scese a un miliardo di gradi, iniziò il processo di nucleosintesi (questa parola deriva dal latino nucleo - "nucleo" e dal greco "sintesi" - "composto, combinazione"), cioè il processo di connessione di protoni e neutroni nei nuclei di vari elementi. Oltre ai protoni - nuclei di idrogeno, apparvero anche nuclei di elio; questi nuclei non potevano ancora attaccare gli elettroni e formare gli agomi perché la temperatura era troppo alta. L'Universo primordiale era costituito da idrogeno (circa il 75%) ed elio, con una piccola quantità del successivo elemento più abbondante, il litio (ha tre protoni nel suo nucleo). Questa composizione non è cambiata da circa 500mila anni. L'universo continuò ad espandersi, a raffreddarsi e a diventare sempre più rarefatto. Quando la temperatura scese fino a +3000 °C, gli elettroni furono in grado di combinarsi con i nuclei, portando alla formazione di atomi stabili di idrogeno ed elio.
Sembrerebbe che l'Universo, costituito da idrogeno ed elio, continuerebbe ad espandersi e raffreddarsi all'infinito. Ma allora non ci sarebbero solo altri elementi, ma anche le galassie, le stelle e anche tu ed io. L'espansione infinita dell'Universo è stata contrastata dalle forze di gravità universale (gravità). La compressione gravitazionale della materia in diverse parti dell'Universo rarefatto è stata accompagnata da ripetuti forti riscaldamenti: è iniziata la fase di formazione stellare di massa, che è durata circa 100 milioni di anni. In quelle regioni dello spazio costituite da gas e polvere dove la temperatura ha raggiunto i 10 milioni gradi, il processo di fusione termonucleare dell'elio iniziò con fusioni di nuclei di idrogeno. Queste reazioni nucleari furono accompagnate dal rilascio di un'enorme quantità di energia, che fu irradiata nello spazio circostante: fu così che si illuminò una nuova stella. poiché in essa c'era abbastanza idrogeno, la compressione della stella sotto l'influenza della gravità è stata contrastata dalla radiazione che "pressava dall'interno". Anche il nostro Sole brilla a causa della "combustione" dell'idrogeno. Questo processo procede molto lentamente, poiché L'avvicinamento di due protoni carichi positivamente è impedito dalla forza di repulsione di Cooley, per cui il nostro luminare avrà ancora molti anni di vita.
Quando la fornitura di combustibile a idrogeno termina, la sintesi dell'elio si interrompe gradualmente e con essa la potente radiazione svanisce. Le forze gravitazionali comprimono nuovamente la stella, la temperatura aumenta e diventa possibile che i nuclei di elio si fondano tra loro per formare nuclei di carbonio (6 protoni) e ossigeno (8 protoni nel nucleo). Questi processi nucleari sono accompagnati anche dal rilascio di energia. Ma prima o poi le scorte di elio finiranno. E poi inizia la terza fase di compressione della stella da parte delle forze gravitazionali. E poi tutto dipende dalla massa della stella in questa fase. Se la massa non è molto grande (come il nostro Sole), allora l'effetto dell'aumento della temperatura man mano che la stella si contrae non sarà sufficiente per consentire al carbonio e all'ossigeno di entrare in ulteriori reazioni di fusione nucleare; una stella del genere diventa una cosiddetta nana bianca. Gli elementi più pesanti vengono "fabbricati" nelle stelle che gli astronomi chiamano giganti rosse: la loro massa è molte volte quella del Sole. In queste stelle avvengono reazioni di sintesi degli elementi più pesanti a partire dal carbonio e dall'ossigeno. Come dicono figurativamente gli astronomi, le stelle sono fuochi nucleari, la cui cenere è costituita da elementi chimici pesanti.
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2- 1822
L’energia rilasciata in questa fase della vita della stella “gonfia” notevolmente gli strati esterni della gigante rossa; se il nostro Sole diventasse una stella del genere. La Terra finirebbe all'interno di questa palla gigante: una prospettiva non molto piacevole per tutto ciò che esiste sulla terra. Vento stellare.
“respirando” dalla superficie delle giganti rosse, trasporta nello spazio gli elementi chimici sintetizzati da queste giganti, che formano le nebulose (molte delle quali sono visibili al telescopio). Le giganti rosse vivono una vita relativamente breve, centinaia di volte inferiore a quella del Sole. Se la massa di una stella del genere supera di 10 volte la massa del Sole, si verificano le condizioni (temperatura dell'ordine di un miliardo di gradi) per la sintesi di elementi fino al ferro. Il ferro Yalro è il più stabile di tutti i nuclei. Ciò significa che le reazioni di sintesi di elementi più leggeri del ferro rilasciano energia, mentre la sintesi di elementi più pesanti richiede energia. Con il dispendio energetico avvengono anche le reazioni di decomposizione del ferro in elementi più leggeri. Pertanto, nelle stelle che hanno raggiunto lo stadio di sviluppo “ferro”, si verificano processi drammatici: invece di rilasciare energia, questa viene assorbita, il che è accompagnato da una rapida diminuzione della temperatura e dalla compressione fino a un volume molto piccolo; gli astronomi chiamano questo processo collasso gravitazionale (dalla parola latina collapsus - "indebolito, caduto"; non senza motivo i medici lo chiamano un improvviso calo della pressione sanguigna, che è molto pericoloso per l'uomo). Durante il collasso gravitazionale si forma un numero enorme di neutroni che, a causa della mancanza di carica, penetrano facilmente nei nuclei di tutti gli elementi esistenti. I nuclei sovrasaturati di neutroni subiscono una trasformazione speciale (si chiama decadimento beta), durante la quale da un neutrone si forma un protone; di conseguenza, dal nucleo di questo elemento si ottiene l'elemento successivo, nel cui nucleo è già presente un altro protone. Gli scienziati hanno imparato a riprodurre tali processi in condizioni terrestri; un esempio ben noto è la sintesi dell'isotopo del plutonio-239, quando quando l'uranio naturale (92 protoni, 146 neutroni) viene irradiato con neutroni, il suo nucleo cattura un neutrone e si forma l'elemento artificiale nettunio (93 protoni, 146 neutroni). , e da esso quel micidiale plutonio (94 protoni, 145 neutroni), che viene utilizzato nelle bombe atomiche. Nelle stelle che subiscono un collasso gravitazionale, a seguito della cattura dei neutroni e dei successivi decadimenti beta, si formano centinaia di nuclei diversi di tutti i possibili isotopi di elementi chimici. Il collasso di una stella termina con una grandiosa esplosione, accompagnata dall'espulsione di un'enorme massa di materia nello spazio: si forma una supernova. La sostanza espulsa, contenente tutti gli elementi della tavola periodica (e il nostro corpo contiene quegli stessi atomi!), si disperde ad una velocità fino a 10.000 km/s. e un piccolo residuo della materia della stella morta viene compresso (collassa) per formare una stella di neutroni super densa o addirittura un buco nero. Occasionalmente, queste stelle brillano nel nostro cielo, e se il brillamento avviene non troppo lontano, la supernova supera tutte le altre stelle in luminosità. E non sorprende: la luminosità di una supernova può superare la luminosità di un'intera galassia composta da un miliardi di stelle! Una di queste "nuove" stelle, secondo le cronache cinesi, divampò nel 1054. Ora in questo luogo si trova la famosa Nebulosa del Granchio nella costellazione del Toro, e al suo centro c'è una stella in rapida rotazione (30 rivoluzioni al secondo) !) stella di neutroni. Fortunatamente (per noi, e non per la sintesi di nuovi elementi), tali stelle finora sono esplose solo in galassie lontane...
Come risultato della "combustione" delle stelle e dell'esplosione di supernova, nello spazio sono stati trovati molti elementi chimici conosciuti. Resti di supernova sotto forma di nebulose in espansione, “riscaldate” da trasformazioni radioattive, si scontrano tra loro, si condensano in formazioni dense, da cui nascono stelle di una nuova generazione sotto l'influenza delle forze gravitazionali. Queste stelle (incluso il nostro Sole) contengono una mescolanza di elementi pesanti fin dall'inizio della loro esistenza; gli stessi elementi sono contenuti nelle nubi di gas e polvere che circondano queste stelle, da cui si formano i pianeti. Quindi gli elementi che compongono tutte le cose che ci circondano, compreso il nostro corpo, sono nati come risultato di grandiosi processi cosmici...
Perché si sono formati molti elementi e pochi altri? Si scopre che nel processo di nucleosintesi è più probabile che si formino nuclei costituiti da un piccolo numero pari di neutroni e neutroni. I nuclei pesanti, “traboccanti” di protoni e neutroni, sono meno stabili e ce ne sono meno nell’Universo. Esiste una regola generale: maggiore è la carica di un nucleo, più pesante è, meno nuclei simili nell'Universo. Tuttavia, questa regola non viene sempre seguita. Ad esempio, nella crosta terrestre ci sono pochi nuclei leggeri di litio (3 protoni, 3 neutroni), boro (5 protoni e 5 neutroni). Si presume che questi nuclei, per una serie di ragioni, non possano formarsi nelle profondità delle stelle e, sotto l'influenza dei raggi cosmici, si “separano” dai nuclei più pesanti accumulati nello spazio interstellare. Pertanto, il rapporto tra i vari elementi sulla Terra è un'eco dei processi turbolenti nello spazio avvenuti miliardi di anni fa, nelle fasi successive dello sviluppo dell'Universo.