Atomstruktur, isotoper, fordeling av hydrogen, oksygen, svovel og nitrogen i jordskorpen. Kjernen til planeten Jorden. (Beskrivelse av prosessene for kjernefysisk forfall og fusjon i kjernen av planeten) Anvendelsesområder for hydrogen

For geokjemi er det viktig å klargjøre prinsippet for fordeling av kjemiske elementer i jordskorpen. Hvorfor finnes noen av dem ofte i naturen, andre mye mindre vanlige, og andre anses til og med som "museumsjeldenheter"?

Et kraftig verktøy for å forklare mange geokjemiske fenomener er Periodic Law of D.I. Mendeleev. Spesielt med dens hjelp kan spørsmålet om utbredelsen av kjemiske elementer i jordskorpen undersøkes.

For første gang ble sammenhengen mellom de geokjemiske egenskapene til grunnstoffer og deres plassering i det periodiske systemet for kjemiske grunnstoffer vist av D.I. Mendeleev, V.I. Vernadsky og A.E. Fersman.

Regler (lover) for geokjemi

Mendeleevs styre

I 1869, mens han arbeidet med den periodiske loven, D.I. Mendeleev formulerte regelen: " Grunnstoffer med lav atomvekt er generelt mer tallrike enn grunnstoffer med høyere atomvekt"(se vedlegg 1, Periodisk system for kjemiske grunnstoffer). Senere, med oppdagelsen av strukturen til atomet, ble det vist at for kjemiske elementer med lav atommasse er antallet protoner omtrent lik antallet nøytroner i kjernene til atomene deres, det vil si forholdet mellom disse to mengder er lik eller nær enhet: for oksygen = 1,0; for aluminium

For mindre vanlige grunnstoffer dominerer nøytroner i atomkjernene og forholdet mellom antall og antall protoner er betydelig større enn enhet: for radium; for uran = 1,59.

"Mendeleevs regel" ble videreutviklet i verkene til den danske fysikeren Niels Bohr og den russiske kjemikeren, akademikeren ved USSR Academy of Sciences Viktor Ivanovich Spitsyn.

Viktor Ivanovich Spitsyn (1902-1988)

Oddos regel

I 1914 formulerte den italienske kjemikeren Giuseppe Oddo en annen regel: " Atomvektene til de vanligste grunnstoffene er uttrykt i tall som er multipler av fire, eller avviker litt fra slike tall" Senere fikk denne regelen en viss tolkning i lys av nye data om strukturen til atomer: en kjernefysisk struktur bestående av to protoner og to nøytroner er spesielt sterk.

Garkins regel

I 1917 gjorde den amerikanske fysikalske kjemikeren William Draper Garkins (Harkins) oppmerksomhet på det faktum at kjemiske grunnstoffer med partall (ordinære) atomtall er fordelt i naturen flere ganger mer enn deres naboelementer med oddetall. Beregninger bekreftet observasjonen: av de første 28 elementene i det periodiske systemet utgjør 14 jevne 86%, og odde bare 13,6% av massen til jordskorpen.

I dette tilfellet kan forklaringen være det faktum at kjemiske grunnstoffer med odde atomnummer inneholder partikler som ikke er bundet til helioner og derfor er mindre stabile.

Det er mange unntak fra Harkins-regelen: for eksempel er selv edelgasser ekstremt dårlig fordelt, og rart aluminium Al er mer utbredt enn magnesium Mg. Imidlertid er det forslag om at denne regelen ikke gjelder så mye for jordskorpen som for hele kloden. Selv om det ikke finnes pålitelige data om sammensetningen av de dype lagene av kloden ennå, tyder noe informasjon på at mengden magnesium i hele kloden er dobbelt så mye som aluminium. Mengden helium He i det ytre rom er mange ganger større enn dets jordiske reserver. Dette er kanskje det vanligste kjemiske elementet i universet.

Fersmans regel

A.E. Fersman viste tydelig avhengigheten av overfloden av kjemiske elementer i jordskorpen av deres atomnummer (ordnenummer). Denne avhengigheten blir spesielt tydelig hvis du plotter en graf i koordinater: atomnummer - logaritme av atom-clarke. Grafen viser en klar trend: atomic clarks avtar med økende atomantall av kjemiske elementer.

Ris. . Forekomsten av kjemiske elementer i jordskorpen

Ris. 5. Overfloden av kjemiske elementer i universet

(log C - logaritmer av atomære clarkes ifølge Fersman)

(data om antall atomer er referert til 10 6 silisiumatomer)

Solid kurve – til og med Z-verdier,

prikket – odde Z-verdier

Imidlertid er det noen avvik fra denne regelen: noen kjemiske elementer overskrider de forventede overflodsverdiene betydelig (oksygen O, silisium Si, kalsium Ca, jern Fe, barium Ba), mens andre (litium Li, beryllium Be, bor B) er mye mindre vanlige enn man ville forvente basert på Fersmans regel. Slike kjemiske grunnstoffer kalles hhv overflødig Og knapp.

Formuleringen av geokjemiens grunnlov er gitt på s.

Den kjemiske sammensetningen av jordskorpen ble bestemt basert på resultatene av analysen av en rekke prøver av bergarter og mineraler som kom til jordoverflaten under fjelldannende prosesser, samt tatt fra gruvedrift og dype borehull.

For tiden er jordskorpen studert til en dybde på 15-20 km. Den består av kjemiske elementer som er en del av bergarter.

De vanligste grunnstoffene i jordskorpen er 46, hvorav 8 utgjør 97,2-98,8 % av dens masse, 2 (oksygen og silisium) – 75 % av jordens masse.

De første 13 grunnstoffene (med unntak av titan), som oftest finnes i jordskorpen, er en del av det organiske stoffet til planter, deltar i alle vitale prosesser og spiller en viktig rolle i jords fruktbarhet. Et stort antall elementer som deltar i kjemiske reaksjoner i jordens tarmer fører til dannelsen av et bredt utvalg av forbindelser. De kjemiske elementene som er mest rikelig i litosfæren finnes i mange mineraler (stort sett består forskjellige bergarter av dem).

Individuelle kjemiske elementer er fordelt i geosfærer som følger: oksygen og hydrogen fyller hydrosfæren; oksygen, hydrogen og karbon danner grunnlaget for biosfæren; oksygen, hydrogen, silisium og aluminium er hovedkomponentene i leire og sand eller forvitringsprodukter (de utgjør hovedsakelig den øvre delen av jordskorpen).

Kjemiske grunnstoffer i naturen finnes i en rekke forbindelser kalt mineraler. Dette er homogene kjemiske stoffer i jordskorpen som ble dannet som et resultat av komplekse fysisk-kjemiske eller biokjemiske prosesser, for eksempel steinsalt (NaCl), gips (CaS04*2H20), ortoklase (K2Al2Si6016).

I naturen tar kjemiske elementer en ulik del i dannelsen av forskjellige mineraler. For eksempel er silisium (Si) en komponent av mer enn 600 mineraler og er også svært vanlig i form av oksider. Svovel danner opptil 600 forbindelser, kalsium - 300, magnesium -200, mangan - 150, bor - 80, kalium - opptil 75, bare 10 litiumforbindelser er kjent, og enda færre jodforbindelser.

Blant de mest kjente mineralene i jordskorpen dominerer en stor gruppe feltspat med tre hovedelementer – K, Na og Ca. I jorddannende bergarter og deres forvitringsprodukter inntar feltspat en stor posisjon. Feltspat forvitrer (oppløses) gradvis og beriker jorda med K, Na, Ca, Mg, Fe og andre askestoffer, samt mikroelementer.

Clark nummer- tall som uttrykker gjennomsnittlig innhold av kjemiske elementer i jordskorpen, hydrosfæren, jorden, kosmiske legemer, geokjemiske eller kosmokjemiske systemer, etc., i forhold til den totale massen til dette systemet. Uttrykt i % eller g/kg.

Typer clarks

Det er vekt (%, g/t eller g/g) og atomære (% av antall atomer) clarks. En generalisering av data om den kjemiske sammensetningen av forskjellige bergarter som utgjør jordskorpen, tatt i betraktning deres fordeling til dyp på 16 km, ble først laget av den amerikanske forskeren F. W. Clark (1889). Tallene han oppnådde for prosentandelen av kjemiske grunnstoffer i sammensetningen av jordskorpen, senere noe raffinert av A.E. Fersman, etter sistnevntes forslag, ble kalt Clark-tall eller Clarks.

Molekylstruktur. Elektriske, optiske, magnetiske og andre egenskaper til molekyler er relatert til bølgefunksjonene og energiene til ulike tilstander til molekylene. Molekylspektre gir informasjon om tilstandene til molekyler og sannsynligheten for overgang mellom dem.

Vibrasjonsfrekvensene i spektrene bestemmes av massene av atomer, deres plassering og dynamikken i interatomiske interaksjoner. Frekvensene i spektrene avhenger av treghetsmomentene til molekylene, hvis bestemmelse fra spektroskopiske data lar en oppnå nøyaktige verdier av interatomære avstander i molekylet. Det totale antallet linjer og bånd i vibrasjonsspekteret til et molekyl avhenger av dets symmetri.

Elektroniske overganger i molekyler karakteriserer strukturen til deres elektroniske skall og tilstanden til kjemiske bindinger. Spektrene til molekyler som har et større antall bindinger er preget av langbølgede absorpsjonsbånd som faller i det synlige området. Stoffer som er bygget av slike molekyler er preget av farge; Disse stoffene inkluderer alle organiske fargestoffer.

Ioner. Som et resultat av elektronoverganger dannes ioner - atomer eller grupper av atomer der antall elektroner ikke er lik antall protoner. Hvis et ion inneholder flere negativt ladede partikler enn positivt ladede, så kalles et slikt ion negativt. Ellers kalles ionet positivt. Ioner er svært vanlige i stoffer, for eksempel finnes de i alle metaller uten unntak. Årsaken er at ett eller flere elektroner fra hvert metallatom separeres og beveger seg inne i metallet, og danner det som kalles en elektrongass. Det er på grunn av tap av elektroner, det vil si negative partikler, at metallatomer blir positive ioner. Dette gjelder for metaller i enhver tilstand - fast, flytende eller gass.

Krystallgitteret modellerer arrangementet av positive ioner inne i en krystall av en homogen metallisk substans.

Det er kjent at i fast tilstand er alle metaller krystaller. Ionene til alle metaller er ordnet på en ryddig måte, og danner et krystallgitter. I smeltede og fordampede (gassformige) metaller er det ikke noe ordnet arrangement av ioner, men det forblir fortsatt elektrongass mellom ionene.

Isotoper- varianter av atomer (og kjerner) av et kjemisk grunnstoff som har samme atomtall (ordnenummer), men samtidig forskjellige massetall. Navnet skyldes det faktum at alle isotoper av ett atom er plassert på samme sted (i en celle) i det periodiske systemet. De kjemiske egenskapene til et atom avhenger av strukturen til elektronskallet, som igjen bestemmes hovedsakelig av ladningen til kjernen Z (det vil si antall protoner i den), og nesten ikke avhenger av massen. nummer A (det vil si det totale antallet protoner Z og nøytroner N) . Alle isotoper av samme grunnstoff har samme kjerneladning, og skiller seg bare i antall nøytroner. Vanligvis er en isotop betegnet med symbolet på det kjemiske elementet den tilhører, med tillegg av et øvre venstre suffiks som indikerer massenummeret. Du kan også skrive navnet på elementet etterfulgt av et bindestreks massenummer. Noen isotoper har tradisjonelle egennavn (for eksempel deuterium, actinon).

I sentrum av planeten Jorden er det en kjerne, den er atskilt fra overflaten av lag med skorpe, magma og et ganske tynt lag av halvt gassformig stoff, halvt væske. Dette laget fungerer som et smøremiddel og lar planetens kjerne rotere nesten uavhengig av hovedmassen.
Det øverste laget av kjernen består av et veldig tett skall. Kanskje er dette stoffet i sine egenskaper nært til metaller, veldig sterkt og duktilt, og har muligens magnetiske egenskaper.
Overflaten til planetens kjerne - dens harde skall - er veldig varm til betydelige temperaturer; ved kontakt med den går magmaen nesten over i en gassform.
Under det faste skallet er det indre stoffet i kjernen i en tilstand av komprimert plasma, som hovedsakelig består av elementære atomer (hydrogen) og kjernefysiske fisjonsprodukter - protoner, elektroner, nøytroner og andre elementære partikler som dannes som et resultat av reaksjoner av kjernefysisk fusjon og kjernefysisk forfall.

Soner med kjernefysisk fusjon og forfallsreaksjoner.
I kjernen av planeten Jorden finner reaksjoner av kjernefysisk fusjon og forfall sted, som forårsaker konstant frigjøring av store mengder varme og andre typer energi (elektromagnetiske pulser, ulike strålinger), og opprettholder også den indre substansen i kjernen konstant i en plasmatilstand.

Jordens kjernesone - kjernefysiske forfallsreaksjoner.
Kjernefysiske forfallsreaksjoner skjer i sentrum av planetens kjerne.
Det skjer som følger - tunge og supertunge grunnstoffer (som dannes i kjernefysisk fusjonssone), siden de har større masse enn alle stålelementer, ser ut til å drukne i flytende plasma og gradvis synke inn i sentrum av planetens kjerne , hvor de får kritisk masse og går inn i en kjernefysisk nedbrytningsreaksjon som frigjør store mengder energi og kjernefysiske forfallsprodukter. I denne sonen virker tunge elementer til tilstanden til elementære atomer - hydrogenatomet, nøytroner, protoner, elektroner og andre elementære partikler.
Disse elementære atomene og partiklene, på grunn av frigjøring av høy energi ved høye hastigheter, flyr bort fra sentrum av kjernen til dens periferi, hvor de går inn i en kjernefysisk fusjonsreaksjon.

Jordens kjernesone - kjernefusjonsreaksjoner.
Elementære hydrogenatomer og elementærpartikler, som dannes som et resultat av den kjernefysiske forfallsreaksjonen i midten av jordens kjerne, når det ytre faste skallet av kjernen, der kjernefusjonsreaksjoner skjer i umiddelbar nærhet av den, i et lag plassert under det harde skallet.
Protoner, elektroner og elementære atomer, akselerert til høye hastigheter av kjernefysisk forfallsreaksjon i midten av planetens kjerne, møtes med forskjellige atomer som befinner seg i periferien. Det er verdt å merke seg at mange elementærpartikler går inn i kjernefusjonsreaksjoner på vei til overflaten av kjernen.
Gradvis, i kjernefysisk fusjonssone, dannes flere og flere tyngre grunnstoffer, nesten hele det periodiske systemet, noen av dem har den tyngste massen.
I denne sonen er det en særegen inndeling av atomer av stoffer i henhold til deres vekt på grunn av egenskapene til selve hydrogenplasmaet, komprimert av enormt trykk, som har enorm tetthet, på grunn av sentrifugalkraften til rotasjon av kjernen, og pga. til tyngdekraftens sentripetale kraft.
Som et resultat av tillegget av alle disse kreftene synker de tyngste metallene inn i plasmaet til kjernen og faller inn i sentrum for å opprettholde den kontinuerlige prosessen med kjernefysisk fisjon i sentrum av kjernen, og lettere elementer har en tendens til å enten forlate kjernen eller slå seg ned på dens indre del - det harde skallet til kjernen.
Som et resultat kommer atomer fra hele det periodiske systemet gradvis inn i magma, som deretter inngår kjemiske reaksjoner over overflaten av kjernen, og danner komplekse kjemiske elementer.

Magnetisk felt av planetens kjerne.
Det magnetiske feltet til kjernen dannes på grunn av reaksjonen av kjernefysisk forfall i sentrum av kjernen på grunn av det faktum at de elementære produktene av kjernefysisk forfall, som rømmer fra kjernens sentrale sone, bærer plasmastrømmer i kjernen, danner kraftige virvelstrømmer som vrir seg rundt magnetfeltets hovedkraftlinjer. Siden disse plasmastrømmene inneholder elementer med en viss ladning, oppstår det en sterk elektrisk strøm, som skaper sitt eget elektromagnetiske felt.
Hovedvirvelstrømmen (plasmastrømmen) er lokalisert i sonen for termonukleær fusjon av kjernen; all indre materie i denne sonen beveger seg mot planetens rotasjon i en sirkel (langs ekvator til planetens kjerne), og skaper en kraftig elektromagnetisk felt.

Rotasjon av planetens kjerne.
Rotasjonen av planetens kjerne faller ikke sammen med rotasjonsplanet til selve planeten; rotasjonsaksen til kjernen er plassert mellom rotasjonsaksen til planeten og aksen som forbinder de magnetiske plussene.

Vinkelhastigheten for rotasjon av planetens kjerne er større enn vinkelhastigheten for rotasjon av planeten selv, og er foran den.

Balanse mellom kjernefysisk forfall og fusjonsprosesser i planetens kjerne.
Prosessene med kjernefysisk fusjon og kjernefysisk forfall på planeten er i prinsippet balansert. Men ifølge våre observasjoner kan denne balansen forstyrres i en eller annen retning.
I sonen for kjernefysisk fusjon av planetens kjerne kan det gradvis samle seg et overskudd av tungmetaller, som deretter faller inn i sentrum av planeten i større mengder enn vanlig, kan forårsake en intensivering av den kjernefysiske forfallsreaksjonen, som et resultat av som frigjøres betydelig mer energi enn vanlig, noe som vil påvirke seismisk aktivitet i jordskjelvutsatte områder, samt vulkansk aktivitet på jordoverflaten.
I følge våre observasjoner oppstår det fra tid til annen et mikrobrudd av det faste ekornet i jordens kjerne, noe som fører til at kjerneplasma kommer inn i planetens magma, og dette fører til en kraftig økning i temperaturen i denne. plass. Over disse stedene er en kraftig økning i seismisk aktivitet og vulkansk aktivitet på planetens overflate mulig.
Kanskje perioder med global oppvarming og global avkjøling er assosiert med balansen mellom kjernefysisk fusjon og kjernefysiske forfallsprosesser på planeten. Endringer i geologiske epoker er også forbundet med disse prosessene.

I vår historiske periode.
I følge våre observasjoner er det nå en økning i aktiviteten til planetens kjerne, en økning i temperaturen, og som et resultat en oppvarming av magmaen som omgir planetens kjerne, samt en økning i den globale temperaturen på dens atmosfære.
Dette bekrefter indirekte akselerasjonen av driften til de magnetiske polene, noe som indikerer at prosessene inne i kjernen har endret seg og flyttet inn i en annen fase.
Nedgangen i styrken til jordens magnetfelt er assosiert med akkumulering i planetens magma av stoffer som skjermer jordens magnetfelt, som naturligvis også vil påvirke endringer i regimene for kjernefysiske reaksjoner i planetens kjerne.

Med tanke på planeten vår og alle prosessene på den, opererer vi vanligvis i vår forskning og prognoser enten med fysiske eller energiske konsepter, men i noen tilfeller vil det å lage en forbindelse mellom den ene og den andre siden gi en bedre forståelse av de beskrevne temaene.
Spesielt i sammenheng med de beskrevne fremtidige evolusjonsprosessene på jorden, så vel som perioden med alvorlige katastrofer over hele planeten, dens kjerne, prosessene i den og i magmalaget, så vel som forholdet til overflaten, biosfæren og atmosfære ble vurdert. Disse prosessene ble vurdert både på fysikknivå og på nivå med energiforhold.
Strukturen til jordens kjerne viste seg å være ganske enkel og logisk fra et fysikksynspunkt; det er generelt et lukket system med to dominerende termonukleære prosesser i sine forskjellige deler, som harmonisk utfyller hverandre.
Først og fremst må det sies at kjernen er i kontinuerlig og veldig rask bevegelse, denne rotasjonen støtter også prosessene i den.
Selve sentrum av kjernen av planeten vår er en ekstremt tung og komprimert kompleks struktur av partikler, som på grunn av sentrifugalkraften, kollisjonen av disse partiklene og konstant kompresjon, på et bestemt tidspunkt er delt inn i lettere og mer elementære individuelle elementer. Dette er prosessen med termonukleært forfall - midt i planetens kjerne.
De frigjorte partiklene føres til periferien, hvor den generelle raske bevegelsen i kjernen fortsetter. I denne delen henger partiklene lenger etter hverandre i verdensrommet, og kolliderer i høye hastigheter danner de igjen tyngre og mer komplekse partikler, som trekkes tilbake til midten av kjernen av sentrifugalkraft. Dette er prosessen med termonukleær fusjon - i periferien av jordens kjerne.
De enorme bevegelseshastighetene til partikler og forekomsten av de beskrevne prosessene gir opphav til konstante og kolossale temperaturer.
Her er det verdt å avklare noen punkter - for det første skjer bevegelsen av partikler rundt jordens rotasjonsakse og langs dens bevegelse - i samme retning, dette er en komplementær rotasjon - av planeten selv med hele massen og partiklene i sin kjerne. For det andre bør det bemerkes at bevegelseshastigheten til partikler i kjernen ganske enkelt er enorm, den er mange ganger høyere enn rotasjonshastigheten til planeten selv rundt sin akse.
For å opprettholde dette systemet på permanent basis så lenge som ønskelig, trenger du ikke mye; det er nok for alle kosmiske kropper å treffe jorden fra tid til annen, og stadig øke massen av planeten vår generelt og kjernen i spesielt mens en del av massen forlater med termisk energi og gasser gjennom tynne deler av atmosfæren ut i verdensrommet.
Generelt er systemet ganske stabilt, spørsmålet oppstår - hvilke prosesser kan føre til alvorlige geologiske, tektoniske, seismologiske, klimatiske og andre katastrofer på overflaten?
Med tanke på den fysiske komponenten i disse prosessene, dukker følgende bilde opp: fra tid til annen, fra den perifere delen av kjernen inn i magmaen, "skyter" noen strømmer av akselererte partikler som deltar i termonukleær fusjon med enorm hastighet; det enorme laget av magma som de faller ned i, som om de slukker disse "skuddene" selv, deres tetthet, viskositet, lavere temperatur - de stiger ikke til overflaten av planeten, men de områdene av magma der slike utslipp oppstår kraftig varmes opp, begynner å bevege seg, utvide seg, legge mer press på jordskorpen, noe som fører til skarpe bevegelser av geologiske plater, jordskorpefeil, temperatursvingninger, for ikke å snakke om jordskjelv og vulkanutbrudd. Dette kan også føre til at kontinentalplater synker ned i havene og at nye kontinenter og øyer kommer til overflaten.
Årsakene til slike mindre utslipp fra kjernen til magma kan være for høye temperaturer og trykk i det generelle systemet til planetens kjerne, men når det gjelder evolusjonært bestemte katastrofale hendelser overalt på planeten, om rensingen av den levende bevisste Jorden fra menneskelig aggresjon og søppel, da snakker vi om en bevisst tilsiktet handling levende bevisst vesen.
Fra et synspunkt av energi og esoterisme, gir planeten intensjonelle impulser fra sentrum-bevissthet-kjernen til kropp-magma-nedre lag av Guardians, det vil si betinget, titanene, for å utføre handlinger for å rydde opp i territorier til overflaten. Her er det verdt å nevne et visst lag mellom kjernen og mantelen, bare på fysikknivå er det et lag av kjølende stoff, på den ene siden tilsvarer egenskapene til kjernen, på den andre - magma, som gir rom for energiinformasjon flyter i begge retninger. Fra et energisk synspunkt er dette noe sånt som et primært "nerveledende felt", det ser ut som solens krone under en total formørkelse, det er forbindelsen mellom planetens bevissthet og det første og dypeste og største laget av Earth Guardians, som overfører impulsen videre - til mindre og mobile sone Guardians som implementerer disse prosessene på overflaten. Det er sant at i perioden med alvorlige katastrofer, fremveksten av nye kontinenter og omtegningen av nåværende kontinenter, antas delvis deltakelse av titanene selv.
Her er det også verdt å merke seg et annet viktig fysisk fenomen knyttet til strukturen til kjernen av planeten vår og prosessene som skjer i den. Dette er dannelsen av jordens magnetfelt.
Magnetfeltet dannes som et resultat av den høye bevegelseshastigheten til partikler i bane inne i jordens kjerne, og vi kan si at jordens ytre magnetfelt er et slags hologram som tydelig viser de termonukleære prosessene som foregår inne i planetens kjerne.
Jo lenger magnetfeltet strekker seg fra sentrum av planeten, jo mer sjeldnere er det; inne på planeten, nær kjernen, er det størrelsesordener sterkere, men inne i selve kjernen er det et monolitisk magnetfelt.

Hydrogen (H) er et veldig lett kjemisk grunnstoff, med et innhold på 0,9 vekt% i jordskorpen og 11,19% i vann.

Kjennetegn på hydrogen

Det er den første blant gasser i letthet. Under normale forhold er den smakløs, fargeløs og helt luktfri. Når den kommer inn i termosfæren, flyr den ut i verdensrommet på grunn av sin lave vekt.

I hele universet er det det mest tallrike kjemiske elementet (75 % av den totale massen av stoffer). Så mye at mange stjerner i verdensrommet er laget utelukkende av det. For eksempel solen. Hovedkomponenten er hydrogen. Og varme og lys er et resultat av frigjøring av energi når kjernene i et materiale smelter sammen. Også i verdensrommet er det hele skyer av dets molekyler av forskjellige størrelser, tettheter og temperaturer.

Fysiske egenskaper

Høy temperatur og trykk endrer kvalitetene betydelig, men under normale forhold:

Den har høy varmeledningsevne sammenlignet med andre gasser,

Ikke-giftig og lite løselig i vann,

Med en tetthet på 0,0899 g/l ved 0°C og 1 atm.,

Blir til væske ved en temperatur på -252,8°C

Blir hard ved -259,1°C.,

Spesifikk forbrenningsvarme 120.9.106 J/kg.

Det krever høyt trykk og svært lave temperaturer for å bli til væske eller fast stoff. I flytende tilstand er den flytende og lett.

Kjemiske egenskaper

Under trykk og ved avkjøling (-252,87 grader C) får hydrogen en flytende tilstand, som er lettere i vekt enn noen analog. Den tar mindre plass i den enn i gassform.

Det er et typisk ikke-metall. I laboratorier produseres det ved å reagere metaller (som sink eller jern) med fortynnede syrer. Under normale forhold er den inaktiv og reagerer kun med aktive ikke-metaller. Hydrogen kan skille oksygen fra oksider, og redusere metaller fra forbindelser. Det og dets blandinger danner hydrogenbindinger med visse elementer.

Gassen er svært løselig i etanol og i mange metaller, spesielt palladium. Sølv løser det ikke opp. Hydrogen kan oksideres under forbrenning i oksygen eller luft, og ved interaksjon med halogener.

Når det kombineres med oksygen, dannes vann. Hvis temperaturen er normal, fortsetter reaksjonen sakte; hvis den er over 550 °C, eksploderer den (den blir til detonerende gass).

Finne hydrogen i naturen

Selv om det er mye hydrogen på planeten vår, er det ikke lett å finne i sin rene form. Litt kan finnes under vulkanutbrudd, under oljeproduksjon og der organisk materiale brytes ned.

Mer enn halvparten av den totale mengden er i sammensetningen med vann. Det er også inkludert i strukturen til olje, forskjellige leire, brennbare gasser, dyr og planter (tilstedeværelse i hver levende celle er 50% av antall atomer).

Hydrogens kretsløp i naturen

Hvert år brytes en kolossal mengde (milliarder tonn) planterester ned i vannmasser og jord, og denne nedbrytningen frigjør en enorm masse hydrogen til atmosfæren. Det frigjøres også under enhver gjæring forårsaket av bakterier, forbrenning og deltar sammen med oksygen i vannets syklus.

Hydrogenapplikasjoner

Elementet brukes aktivt av menneskeheten i dens aktiviteter, så vi har lært å skaffe det i industriell skala for:

Meteorologi, kjemisk produksjon;

Margarin produksjon;

Som rakettdrivstoff (flytende hydrogen);

Elektrisk kraftindustri for kjøling av elektriske generatorer;

Sveising og skjæring av metaller.

Mye hydrogen brukes i produksjonen av syntetisk bensin (for å forbedre kvaliteten på drivstoff av lav kvalitet), ammoniakk, hydrogenklorid, alkoholer og andre materialer. Atomenergi bruker aktivt sine isotoper.

Legemidlet "hydrogenperoksid" er mye brukt i metallurgi, elektronikkindustrien, papirmasse- og papirproduksjon, for bleking av lin og bomullsstoffer, for produksjon av hårfarger og kosmetikk, polymerer og i medisin for behandling av sår.

Den "eksplosive" naturen til denne gassen kan bli et dødelig våpen - en hydrogenbombe. Eksplosjonen er ledsaget av frigjøring av en enorm mengde radioaktive stoffer og er ødeleggende for alle levende ting.

Kontakt med flytende hydrogen og hud kan forårsake alvorlige og smertefulle frostskader.

Inntil nå, når vi snakker om atomteori, om hvordan man oppnår helt forskjellige stoffer fra flere typer atomer koblet til hverandre i forskjellige rekkefølger, vi har aldri stilt det "barnslige" spørsmålet - hvor kom selve atomene fra? Hvorfor er det mange atomer av noen grunnstoffer, og svært få av andre, og de er veldig ujevnt fordelt? For eksempel utgjør bare ett grunnstoff (oksygen) halvparten av jordskorpen. Tre grunnstoffer (oksygen, silisium og aluminium) utgjør allerede 85 %, og hvis vi tilsetter jern, kalium, natrium, kalium, magnesium og titan til dem, får vi allerede 99,5 % av jordskorpen. Andelen av flere dusin andre elementer utgjør bare 0,5 %. Det sjeldneste metallet på jorden er rhenium, og det er ikke så mye gull og platina, og det er derfor de er så dyre. Her er et annet eksempel: det er omtrent tusen ganger flere jernatomer i jordskorpen enn kobberatomer, tusen ganger flere kobberatomer enn sølvatomer, og hundre ganger mer sølv enn rhenium.
Fordelingen av grunnstoffer på solen er helt annerledes: det er mest hydrogen (70%) og helium (28%), og alle andre elementer - bare 2%. Hvis du tar hele det synlige universet, er det enda mer hydrogen i det. Hvorfor det? I antikken og middelalderen ble det ikke stilt spørsmål om opprinnelsen til atomer, fordi de trodde at de alltid eksisterte i en uforandret form og mengde (og i henhold til den bibelske tradisjonen ble de skapt av Gud på en skapelsesdag) . Og selv når atomteorien vant og kjemien begynte å utvikle seg raskt, og D.I. Mendeleev skapte sitt berømte system av elementer, fortsatte spørsmålet om atomenes opprinnelse å bli ansett som useriøst. Av og til tok selvfølgelig en av forskerne mot til seg og foreslo sin teori. Som allerede sagt. i 1815 foreslo William Prout at alle grunnstoffer stammet fra atomer av det letteste grunnstoffet, hydrogen. Som Prout skrev, er hydrogen selve "hovedsaken" til gamle greske filosofer. som gjennom "kondensering" ga alle de andre elementene.
På 1900-tallet, gjennom innsatsen fra astronomer og teoretiske fysikere, ble det opprettet en vitenskapelig teori om atomenes opprinnelse, som generelt svarte på spørsmålet om opprinnelsen til kjemiske elementer. På en veldig forenklet måte ser denne teorien slik ut. Til å begynne med var all materie konsentrert på ett punkt med en utrolig høy tetthet (K)*"g/cm") og temperatur (1027 K). Disse tallene er så store at det ikke finnes navn på dem. For rundt 10 milliarder år siden, som et resultat av det såkalte Big Bang, begynte dette supertette og superhot stedet å utvide seg raskt. Fysikere har en ganske god ide om hvordan hendelsene utspilte seg 0,01 sekunder etter eksplosjonen. Teorien om hva som skjedde før ble utviklet mye mindre godt, siden i den stoffklumpen som eksisterte på den tiden, var de nå kjente fysiske lovene dårlig oppfylt (og jo tidligere, jo verre). Dessuten ble spørsmålet om hva som skjedde før Big Bang i hovedsak aldri vurdert, siden tiden selv ikke eksisterte da! Tross alt, hvis det ikke er noen materiell verden, det vil si ingen hendelser, hvor kommer tiden fra? Hvem eller hva vil telle det ned? Så saken begynte raskt å fly fra hverandre og avkjøles. Jo lavere temperatur, jo større er muligheten for dannelse av ulike strukturer (for eksempel ved romtemperatur kan millioner av forskjellige organiske forbindelser eksistere, ved +500 ° C - bare noen få, og over +1000 ° C, sannsynligvis ingen organiske forbindelser stoffer kan eksistere - Alle deler seg i komponentene ved høye temperaturer). Ifølge forskere, 3 minutter etter eksplosjonen, da temperaturen falt til en milliard grader, begynte prosessen med nukleosyntese (dette ordet kommer fra den latinske kjernen - "kjerne" og den greske "syntesen" - "forbindelse, kombinasjon"). dvs. prosessen med å koble protoner og nøytroner inn i kjernene til forskjellige grunnstoffer. I tillegg til protoner - hydrogenkjerner dukket også heliumkjerner opp; disse kjernene kunne ennå ikke feste elektroner og danne agomer fordi temperaturen var for høy. Uruniverset besto av hydrogen (omtrent 75%) og helium, med en liten mengde av det nest mest tallrike grunnstoffet, litium (det har tre protoner i kjernen). Denne sammensetningen har ikke endret seg på omtrent 500 tusen år. Universet fortsatte å utvide seg, avkjøles og ble stadig mer sjeldent. Da temperaturen falt til +3000 °C, kunne elektroner kombineres med kjerner, noe som førte til dannelsen av stabile hydrogen- og heliumatomer.
Det ser ut til at universet, bestående av hydrogen og helium, ville fortsette å utvide seg og avkjøles til det uendelige. Men da ville det ikke bare være andre elementer, men også galakser, stjerner, og også deg og meg. Den uendelige utvidelsen av universet ble motvirket av kreftene til universell tyngdekraft (tyngdekraften). Gravitasjonskompresjonen av materie i forskjellige deler av det sjeldne universet ble ledsaget av gjentatt sterk oppvarming - stadiet med massestjernedannelse begynte, som varte i omtrent 100 millioner år. I de områdene av verdensrommet bestående av gass og støv der temperaturen nådde 10 millioner grader begynte prosessen med termonukleær fusjon av helium med fusjoner av hydrogenkjerner. Disse kjernefysiske reaksjonene ble ledsaget av frigjøring av en enorm mengde energi, som ble utstrålet i det omkringliggende rommet: slik lyste en ny stjerne opp. Så lenge ettersom det var nok hydrogen i den, ble kompresjonen av stjernen under påvirkning av tyngdekraften motvirket av stråling som "presset innenfra." Solen vår skinner også på grunn av "brenning" av hydrogen. Denne prosessen går veldig sakte, siden tilnærming til to positivt ladede protoner forhindres av kraften fra Cooley-avstøtingen, så armaturen vår vil fortsatt ha mange års levetid.
Når tilførselen av hydrogenbrensel tar slutt, stopper syntesen av helium gradvis, og sammen med det blekner den kraftige strålingen. Gravitasjonskrefter komprimerer igjen stjernen, temperaturen stiger og det blir mulig for heliumkjerner å smelte sammen og danne karbonkjerner (6 protoner) og oksygen (8 protoner i kjernen). Disse kjernefysiske prosessene er også ledsaget av frigjøring av energi. Men før eller siden vil heliumforsyningen gå tom. Og så begynner det tredje stadiet av kompresjon av stjernen av gravitasjonskrefter. Og så avhenger alt av stjernens masse på dette stadiet. Hvis massen ikke er veldig stor (som vår sol), vil ikke effekten av å øke temperaturen når stjernen trekker seg sammen være tilstrekkelig til å la karbon og oksygen gå inn i ytterligere kjernefusjonsreaksjoner; en slik stjerne blir en såkalt hvit dverg. Tyngre grunnstoffer "fabrikeres" i stjerner som astronomer kaller røde kjemper - massen deres er flere ganger Solens masse. I disse stjernene foregår reaksjoner av syntese av tyngre grunnstoffer fra karbon og oksygen. Som astronomer figurativt uttrykker det, er stjerner atombranner, hvis aske er tunge kjemiske elementer.
33
2- 1822
Energien som frigjøres på dette stadiet av stjernens liv "blåser opp" i stor grad de ytre lagene til den røde kjempen; hvis vår sol ble en slik stjerne. Jorden ville ende opp inne i denne gigantiske ballen - ikke et veldig hyggelig perspektiv for alt på jorden. Stjernevind.
"puster" fra overflaten til røde kjemper, fører ut i verdensrommet de kjemiske elementene syntetisert av disse kjempene, som danner tåker (mange av dem er synlige gjennom et teleskop). Røde kjemper lever relativt korte liv - hundrevis av ganger mindre enn solen. Hvis massen til en slik stjerne overstiger solens masse med 10 ganger, oppstår det forhold (temperatur i størrelsesorden en milliard grader) for syntese av grunnstoffer opp til jern. Yalro-jern er den mest stabile av alle kjerner. Dette betyr at syntesereaksjonene til grunnstoffer som er lettere enn jern frigjør energi, mens syntese av tyngre grunnstoffer krever energi. Med forbruk av energi oppstår også reaksjonene av jernnedbrytning til lettere grunnstoffer. Derfor, i stjerner som har nådd "jern"-stadiet av utviklingen, oppstår dramatiske prosesser: i stedet for å frigjøre energi, absorberes den, som er ledsaget av en rask reduksjon i temperatur og kompresjon til et veldig lite volum; astronomer kaller denne prosessen gravitasjonskollaps (fra det latinske ordet collapsus - "svekket, falt"; det er ikke uten grunn at leger kaller dette et plutselig blodtrykksfall, som er veldig farlig for mennesker). Under gravitasjonskollaps dannes et stort antall nøytroner, som på grunn av mangel på ladning lett trenger inn i kjernene til alle eksisterende elementer. Kjerner overmettet med nøytroner gjennomgår en spesiell transformasjon (det kalles beta-forfall), der et proton dannes fra et nøytron; som et resultat, fra kjernen til et gitt element oppnås det neste elementet, i kjernen som det allerede er ett proton til. Forskere har lært å reprodusere slike prosesser under terrestriske forhold; et velkjent eksempel er syntesen av plutonium-239 isotopen, når naturlig uran (92 protoner, 146 nøytroner) bestråles med nøytroner, fanger kjernen ett nøytron og det kunstige grunnstoffet neptunium dannes (93 protoner, 146 nøytroner) ), og fra det svært dødelige plutonium (94 protoner, 145 nøytroner), som brukes i atombomber. I stjerner som gjennomgår gravitasjonskollaps, som et resultat av nøytronfangst og påfølgende beta-forfall, dannes hundrevis av forskjellige kjerner av alle mulige isotoper av kjemiske elementer. Sammenbruddet av en stjerne ender med en grandiose eksplosjon, ledsaget av utstøting av en enorm masse materie ut i verdensrommet - en supernova dannes. Det utkastede stoffet, som inneholder alle grunnstoffene fra det periodiske systemet (og kroppen vår inneholder de samme atomene!), sprer seg rundt med en hastighet på opptil 10 000 km/s. og en liten rest av materie fra den døde stjernen komprimeres (kollapser) for å danne en supertett nøytronstjerne eller til og med et sort hull. Noen ganger blusser slike stjerner opp på himmelen vår, og hvis blusset ikke skjer så langt unna, overstråler supernovaen alle andre stjerner i lysstyrke.Og det er ikke overraskende: lysstyrken til en supernova kan overstige lysstyrken til en hel galakse som består av en milliarder stjerner! En av disse "nye" stjernene, ifølge kinesiske kronikker, blusset opp i 1054. Nå på dette stedet er det den berømte krabbetåken i stjernebildet Tyren, og i midten er det en raskt roterende (30 omdreininger per sekund) !) nøytronstjerne. Heldigvis (for oss, og ikke for syntesen av nye grunnstoffer), har slike stjerner så langt blusset opp bare i fjerne galakser...
Som et resultat av "brenning" av stjerner og eksplosjonen av supernovaer, ble mange kjente kjemiske elementer funnet i verdensrommet. Rester av supernovaer i form av ekspanderende tåker, "varmet opp" av radioaktive transformasjoner, kolliderer med hverandre, kondenserer til tette formasjoner, hvorfra stjerner av en ny generasjon oppstår under påvirkning av gravitasjonskrefter. Disse stjernene (inkludert vår sol) inneholder en blanding av tunge elementer helt fra begynnelsen av deres eksistens; de samme elementene finnes i gass- og støvskyene som omgir disse stjernene, hvorfra planeter dannes. Så elementene som utgjør alle tingene rundt oss, inkludert kroppen vår, ble født som et resultat av grandiose kosmiske prosesser...
Hvorfor ble mange av noen elementer dannet, og få andre? Det viser seg at i prosessen med nukleosyntese er det mest sannsynlig at det dannes kjerner som består av et lite jevnt antall nøytroner og nøytroner. Tunge kjerner, "overfylte" med protoner og nøytroner, er mindre stabile og det er færre av dem i universet. Det er en generell regel: jo større ladning en kjerne har, jo tyngre er den, jo færre slike kjerner i universet. Denne regelen følges imidlertid ikke alltid. For eksempel, i jordskorpen er det få lette kjerner av litium (3 protoner, 3 nøytroner), bor (5 protoner og 5 eller b nøytroner). Det antas at disse kjernene, av en rekke årsaker, ikke kan dannes i dypet av stjerner, og under påvirkning av kosmiske stråler "splittes" de fra tyngre kjerner akkumulert i det interstellare rommet. Dermed er forholdet mellom forskjellige elementer på jorden et ekko av de turbulente prosessene i verdensrommet som skjedde for milliarder av år siden, på senere stadier av universets utvikling.