Elementarni sastav žive tvari i OM fosilnih goriva

Fosilna goriva sadrže iste elemente kao i tvar živih organizama, dakle elementi su ugljik, vodik, kisik, dušik, sumpor i fosfor zove ili biogeni, ili biofilni, ili organogeni.

Računaju se vodik, ugljik, kisik i dušik više od 99% i masu i broj atoma koji čine sve žive organizme. Osim njih, u značajnim količinama mogu biti koncentrirani iu živim organizmima.

evo 20-22 kemijska elementa. 12 elemenata čini 99,29%, ostali 0,71%

Rasprostranjenost u prostoru: H, He, C, N.

Do 50% - C, do 20% - O, do 8% - H, 10-15% - N, 2-6% - P, 1% - S, 1% - K, ½% - Mg i Ca, 0,2% - Fe, u tragovima - Na, Mn, Cu, Zn.

Struktura atoma, izotopi, raspored vodika, kisika, sumpora i dušika u zemljinoj kori

VODIK - glavni element kozmosa, najčešći element svemira . Kemijska skupina 1, atomski broj 1, atomska masa 1,0079. U modernim izdanjima periodnog sustava, H se također nalazi u grupi VII iznad F, budući da su neka svojstva H slična svojstvima halogena. Poznata su tri izotopa H. Dva stabilna su protij 1 H - P (99,985%), deuterij 2 H - D (0,015%), a jedan radioaktivan je tricij 3 H - T, T 1/2 = 12,262 godine. Umjetno je dobiven još jedan - četvrti izuzetno nestabilan izotop - 4 H. U razdvajanju P i D u prirodnim uvjetima glavnu ulogu ima isparavanje, međutim, masa vode svjetskih oceana je toliko velika da sadržaj deuterija ne može biti veći. u njemu se malo mijenja. U tropskim zemljama sadržaj deuterija u padalinama veći je nego u polarnoj zoni. U slobodnom stanju H je plin bez boje, okusa i mirisa, najlakši od svih plinova, 14,4 puta lakši od zraka. H postaje tekući na -252,6°C, čvrst na -259,1°C. H je izvrsno redukcijsko sredstvo. Gori u O nesvjetlećim plamenom, stvarajući vodu. U zemljinoj kori H je mnogo manji nego u zvijezdama i Suncu. Njegova težina klarka u zemljinoj kori je 1%. U prirodnom kemijski spojevi H oblici ionski, kovalentni I vodikove veze . Igraju se vodikove veze važna uloga u biopolimerima (ugljikohidrati, alkoholi, proteini, nukleinske kiseline), odrediti svojstva i strukturu kerogenskih geopolimera i GI molekula. Pod određenim uvjetima, H atom je sposoban kombinirati se istovremeno s dva druga atoma. S jednom od njih u pravilu stvara jaku, a s drugom slabu kovalentnu vezu, zbog čega se i zove vodikova veza.

KISIK - Najčešći element zemljine kore, čini 49,13% mase. O ima redni broj 8, nalazi se u periodu 2, grupi VI, atomske mase 15,9994. Poznata su tri stabilna izotopa O - 16 O (99,759%), 17 O (0,0371%), 18 O (0,2039%). Ne postoje dugoživući radioaktivni izotopi O. Umjetni radioaktivni izotop 15 O (T 1/2 = 122 sekunde). Za geološke rekonstrukcije koristi se omjer izotopa 18 O/16 O, koji u prirodnim objektima varira za 10% od 1/475 do 1/525. Polarni led ima najniži izotopski koeficijent, najveći je CO 2 atmosfera. Kada uspoređujete izotopski sastav, koristite vrijednost d 18 O, koji se izračunava po formuli: d 18 O‰= . Iza standard Pretpostavlja se prosječan omjer tih izotopa u oceanskoj vodi. Varijacije u izotopskom sastavu O u vodi određene su temperaturom na kojoj dolazi do stvaranja određenih minerala. Što je T niža, to će frakcioniranje izotopa biti intenzivnije. Vjeruje se da se O izotopski sastav oceana nije promijenio u proteklih 500 milijuna godina. Glavni čimbenik koji određuje izotopski pomak (varijacije izotopskog sastava u prirodi) je kinetički učinak, određen temperaturom reakcije. O pod normalnim uvjetima, plin je nevidljiv, bez okusa i mirisa. U reakcijama s velikom većinom atoma, O igra ulogu oksidacijsko sredstvo. Oksidacijsko sredstvo je samo u reakciji s F. O postoji u dijalotropske modifikacije . Prvo - molekularni kisik - O 2 Druga izmjena - ozon – O 3, nastaje pod utjecajem električnih izboja u zraku i čistog O, u radioaktivnim procesima i djelovanjem ultraljubičastih zraka na obični O. U prirodi O 3 stalno se stvara pod utjecajem UV zraka u gornje slojeve atmosfera. Na visini od oko 30-50 km nalazi se "ozonski zaslon" koji blokira većinu UV zraka, štiteći organizme biosfere od razornog djelovanja tih zraka. U niskim koncentracijama O 3 ugodan, osvježavajući miris, ali ako je u zraku više od 1% O3, vrlo je otrovan .

DUŠIK - koncentrirano u biosferi: prevladava u atmosferi (75,31 % po masi, 78,7 % po volumenu), au zemljinoj kori težina klarka - 0,045%. Kemijski element V skupine, period 2, atomski broj 7, atomska masa 14,0067. Poznata su tri izotopa N – dva stabilan 14 N (99,635%) i 15 N (0,365%) i radioaktivan 13 N, T 1/2 = 10,08 min. Opće širenje vrijednosti omjera 15 N/ 14 N mali . Ulja su obogaćena izotopom 15N, dok su popratni prirodni plinovi njime osiromašeni. Uljni škriljevac također je obogaćen teškim izotopom N 2 je plin bez boje, okusa i mirisa. N za razliku od O ne podržava disanje, smjesa N c O je najprihvatljiviji za disanje većine stanovnika našeg planeta. N je kemijski neaktivan. Dio je životnih tvari svih organizama. Niska kemijska aktivnost dušika određena je strukturom njegove molekule. Kao i većina plinova, osim inertnih, molekula N sastoji se od dva atoma. 3 valentna elektrona vanjske ljuske svakog atoma sudjeluju u stvaranju veze između njih, tvoreći trostruka kovalentna kemijska veza koji daje najstabilniji svih poznatih dvoatomnih molekula. “Formalna” valencija je od -3 do +5, “prava” valencija je 3. Tvoreći jake kovalentne veze s O, H i C, ulazi u sastav složenih iona: -, -, +, koji daju lako topljive soli.

SUMPOR – el-t ZK, u plaštu (ultrabazične stijene) ima ga 5 puta manje nego u litosferi. Clark u ZK - 0,1%. Kemijski el-t grupe VI, 3 perioda, atomski broj 16, atomska masa 32.06. Visoko elektronegativan, pokazuje nemetalna svojstva. U spojevima vodika i kisika nalazi se u raznim ionima. Arr. kiseline i soli. Mnoge soli koje sadrže sumpor slabo su topljive u vodi. S može imati valencije: (-2), (0), (+4), (+6), od kojih su prva i zadnja najkarakterističnije. Karakteristične su i ionske i kovalentne veze. Od primarne važnosti za prirodne procese je kompleksni ion - 2 S - nemetal, kemijski aktivan element. S ne stupa u interakciju samo s Au i Pt. Od anorganskih spojeva, uz sulfate, sulfide i H2SO4, najčešći oksidi na Zemlji su SO 2 - plin koji jako zagađuje atmosferu, te SO 3 (krutina), kao i sumporovodik. Elementarni S karakterizira tri alotropske varijante : S rombični (najstabilniji), S monoklinski (ciklička molekula - osmeročlani prsten S 8) i plastični S 6 - to su linearni lanci od šest atoma. U prirodi su poznata 4 stabilna izotopa S: 32 S (95,02%), 34 S (4,21%), 33 S (0,75%), 36 S (0,02%). Umjetni radioaktivni izotop 35 S s T 1/2 = 8,72 dana. S se uzima kao standard troilite(FeS) iz meteorita Diablo Canyon (32 S/ 34 S = 22,22) Reakcije oksidacije i redukcije mogu uzrokovati izmjenu izotopa, izraženu kao pomak izotopa. U prirodi - bakterijski, ali može i termički. U prirodi je do danas postojala jasna podjela S zemljine kore u 2 skupine - biogene sulfidi i plinovi obogaćeni laganim izotopom 32 S, i sulfati, uključeno u soli oceanske vode drevnih evaporita, gips koji sadrži 34 S. Plinovi koji prate naftne naslage variraju u izotopskom sastavu i značajno se razlikuju od ulja.

Odgovori na pitanja,

podnosi ispit iz discipline “Fizikalno-kemijski procesi u okoliš» za studente treće godine specijalnosti “Upravljanje okolišem i revizija u industriji”

Obilje atoma u okolišu. Clarkovi elemenata.

Clarkov element – numerička procjena prosječnog sadržaja elementa u zemljinoj kori, hidrosferi, atmosferi, Zemlji kao cjelini, razne vrste stijene, svemirski objekti itd. Clarke elementa može se izraziti u jedinicama mase (%, g/t), ili u atomskim %. Uveo Fersman, nazvan po Franku Unglizortu, američkom geokemičaru.

Clark je prvi utvrdio kvantitativno obilje kemijskih elemenata u zemljinoj kori. Također je uključio hidrosferu i atmosferu u zemljinu koru. Međutim, masa hidrosfere iznosi nekoliko postotaka, a atmosfera čini stotinke postotka mase čvrste kore, tako da Clarkovi brojevi uglavnom odražavaju sastav čvrste kore. Tako su 1889. klarke izračunate za 10 elemenata, 1924. - za 50 elemenata.

Suvremene radiometrijske, neutronske aktivacijske, atomske adsorpcijske i druge metode analize omogućuju određivanje sadržaja kemijskih elemenata u stijenama i mineralima s velikom točnošću i osjetljivošću. Ideje o Clarksu su se promijenile. Na primjer: Ge je 1898. godine Fox smatrao da je Clarke jednak n * 10 -10%. Ge je bio slabo proučen i nije imao nikakvog praktičnog značaja. Godine 1924. Clarke je za to izračunat kao n*10 -9% (Clark i G. Washington). Kasnije je Ge otkriven u ugljenu, a njegov klark je porastao na 0,p%. Ge se koristi u radiotehnici, potrazi za sirovinama germanija, detaljna studija geokemije Ge pokazala je da Ge nije tako rijedak u zemljinoj kori, njegov klark u litosferi je 1,4 * 10 -4%, gotovo isti kao što je Sn, As, mnogo je više u zemljinoj kori od Au, Pt, Ag.

Obilje atoma u

Vernadsky je uveo pojam disperziranog stanja kemijskih elemenata, što je i potvrđeno. Svi elementi prisutni su posvuda, može se govoriti samo o nedostatku osjetljivosti analize, koja nam ne dopušta da odredimo sadržaj jednog ili drugog elementa u okruženju koje se proučava. Ova tvrdnja o općoj disperziji kemijskih elemenata naziva se Clark-Vernadskyjev zakon.

Na temelju klarksa elemenata u čvrstoj zemljinoj kori (oko Vinogradova), gotovo ½ čvrste zemljine kore sastoji se od O, tj. Zemljina kora je "kisikova kugla", kisikova tvar.

Clarkovi većine elemenata ne prelaze 0,01-0,0001% - to su rijetki elementi. Ako ti elementi imaju slabu sposobnost koncentracije, nazivaju se oštro raspršeni (Br, In, Ra, I, Hf).

Na primjer: za U i Br, Clarke vrijednosti su ≈ 2,5*10 -4, odnosno 2,1* 10-4, ali U je jednostavno rijedak element, jer poznate su njegove naslage, a Br je rijedak, rasut, jer nije koncentrirana u zemljinoj kori. Mikroelementi su elementi sadržani u određenom sustavu u malim količinama (≈ 0,01% ili manje). Dakle, Al je mikroelement u organizmima i makroelement u silikatnim stijenama.

Klasifikacija elemenata prema Vernadskom.

U zemljinoj kori se elementi povezani prema periodnom sustavu ponašaju različito – migriraju u zemljinu koru na različite načine. Vernadsky je uzeo u obzir najvažnije trenutke u povijesti elemenata u zemljinoj kori. Glavno značenje dano je takvim pojavama i procesima kao što su radioaktivnost, reverzibilnost i ireverzibilnost migracije. Sposobnost opskrbe mineralima. Vernadsky je identificirao 6 skupina elemenata:

plemeniti plinovi (He, Ne, Ar, Kr, Xe) – 5 elemenata;

plemeniti metali (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) – 7 elemenata;

ciklički elementi (sudjeluju u složenim ciklusima) – 44 elementa;

raspršeni elementi – 11 elemenata;

visokoradioaktivni elementi (Po, Ra, Rn, Ac, Th, Pa, U) – 7 elemenata;

elementi rijetke zemlje – 15 elemenata.

Elementi grupe 3 po masi prevladavaju u zemljinoj kori, uglavnom se sastoje od stijena, vode i organizama.

Ideje iz svakodnevnog iskustva ne odgovaraju stvarnim podacima. Tako su Zn, Cu široko rasprostranjeni u svakodnevnom životu i tehnologiji, a Zr (cirkonij) i Ti su nam rijetki elementi. Iako Zr u zemljinoj kori ima 4 puta više od Cu, a Ti 95 puta više. "Rijetkost" ovih elemenata objašnjava se teškoćom njihovog izdvajanja iz ruda.

Kemijski elementi međusobno djeluju ne u skladu s njihovim masama, već u skladu s brojem atoma. Stoga se clarkovi mogu izračunati ne samo u masenim%, već iu% od broja atoma, tj. uzimajući u obzir atomske mase (Chirvinsky, Fersman). Istodobno se klarkri teških elemenata smanjuju, a lakih elemenata povećavaju.

Izračun prema broju atoma daje kontrastniju sliku prevalencije kemijskih elemenata - još veću prevlast kisika i rijetkost teških elemenata.

Kada je utvrđen prosječni sastav zemljine kore, postavilo se pitanje o razlogu neravnomjernog rasporeda elemenata. Ovo je jato povezano sa strukturnim značajkama atoma.

Razmotrimo vezu između vrijednosti klarksa i kemijskih svojstava elemenata.

Tako su alkalijski metali Li, Na, K, Rb, Cs, Fr međusobno kemijski bliski - jedan valentni elektron, ali su Clarke vrijednosti različite - Na i K - ≈ 2,5; Rb - 1,5*10 -2; Li - 3,2*10 -3 ; Cs – 3,7 * 10 -4 ; Fr – umjetni element. Clarke vrijednosti se oštro razlikuju za F i Cl, Br i I, Si (29,5) i Ge (1,4*10 -4), Ba (6,5*10 -2) i Ra (2*10 -10) .

S druge strane, elementi koji su kemijski različiti imaju slične Clarke vrijednosti – Mn (0,1) i P (0,093), Rb (1,5*10 -2) i Cl (1,7*10 -2).

Fersman je nacrtao ovisnost vrijednosti atomskih klarksa za parne i neparne elemente periodnog sustava o atomskom broju elementa. Ispostavilo se da kako struktura atomske jezgre postaje složenija (ponderirana), tako se Clarke vrijednosti elemenata smanjuju. Međutim, pokazalo se da su te ovisnosti (krivulje) prekinute.

Fersman je povukao hipotetsku srednju liniju, koja se postupno smanjivala kako se redni broj elementa povećavao. Znanstvenik je elemente koji se nalaze iznad srednje linije, tvoreći vrhove, nazvao viškom (O, Si, Fe itd.), A one koji se nalaze ispod crte - manjkavim (inertni plinovi itd.). Iz dobivene ovisnosti proizlazi da u zemljinoj kori dominiraju laki atomi, koji zauzimaju početne ćelije periodnog sustava, čije jezgre sadrže mali broj protona i neutrona. Doista, nakon Fe (br. 26) ne postoji niti jedan zajednički element.

Nadalje Oddo (talijanski znanstvenik) i Garkins (američki znanstvenik) 1925.-28. Utvrđena je još jedna značajka prevalencije elemenata. U Zemljinoj kori dominiraju elementi s parnim atomskim brojevima i atomskim masama. Među susjednim elementima, elementi s parnim brojevima gotovo uvijek imaju veće klarkse od onih s neparnim brojevima. Za 9 najčešćih elemenata (8 O, 14 Si, 13 Al, 26 Fe, 20 Ca, 11 Na, 19 K, 12 Mg, 22 Ti), klarkci parnih masa iznose ukupno 86,43%, a neparnih 13,05 % Osobito su veliki klarkovi elemenata čija je atomska masa djeljiva s 4, a to su O, Mg, Si, Ca.

Prema Fersmanovim istraživanjima, jezgre tipa 4q (q je cijeli broj) čine 86,3% zemljine kore. Rjeđe su jezgre tipa 4q+3 (12,7%) i vrlo malo jezgri tipa 4q+1 i 4q+2 (1%).

Među parnim elementima, počevši od He, svaki šesti ima najveći klark: O (br. 8), Si (br. 14), Ca (br. 20), Fe (br. 26). Za neparne elemente - slično pravilo (počevši od H) - N (br. 7), Al (br. 13), K (br. 19), Mg (br. 25).

Dakle, u zemljinoj kori prevladavaju jezgre s malim i jednakim brojem protona i neutrona.

S vremenom su se klarkovi mijenjali. Dakle, kao rezultat radioaktivnog raspada bilo je manje U i Th, ali više Pb. Procesi kao što su rasipanje plinova i ispadanje meteorita također su igrali ulogu u promjeni Clarke vrijednosti elemenata.

Glavni trendovi kemijske promjene u zemljinoj kori. Veliki ciklus kruženja materije u zemljinoj kori.

KRUŽENJE TVARI. Tvar zemljine kore je u neprekidnom kretanju, uzrokovano različitim razlozima vezanim za fizičke i kemijske. svojstva materije, planetarna, geološka, ​​geografska i biološka. uvjeti zemlje. To se kretanje stalno i kontinuirano događa tijekom geološkog vremena - najmanje jednu i pol, a očito ne više od tri milijarde godina. U posljednjih godina izrasla je nova znanost o geološkom ciklusu - geokemija koja ima zadaću proučavanja kemije. elementi koji grade naš planet. Glavni predmet njezina proučavanja su kemijska kretanja. elemenata zemljine tvari, bez obzira što uzrokuje ta kretanja. Ova kretanja elemenata nazivaju se kemijske migracije. elementi. Među seobama ima i onih tijekom kojih se kemijska element se neizbježno vraća u prvobitno stanje nakon duljeg ili kraćeg vremena; povijest takvih kemikalija elementi u zemljinoj kori mogu se tako reducirati. reverzibilnom procesu i prikazuje se u obliku kružnog procesa, ciklusa. Ova vrsta migracije nije tipična za sve elemente, ali za značajan broj njih, uključujući i veliku većinu kemijskih elemenata. elementi koji grade biljne ili životinjske organizme i okoliš oko nas – oceani i vode, stijene i zrak. Za takve elemente, cijela ili velika masa njihovih atoma nalazi se u ciklusu tvari; za druge je samo beznačajan dio njih obuhvaćen ciklusima. nedvojbeno većina Tvari zemljine kore do dubine od 20-25 km prekrivene su vrtačama. Za sljedeću kem. elemenata, kružni procesi su karakteristični i dominantni među njihovim migracijama (broj označava redni broj). H, Be4, B5, C«, N7, 08, P9, Nan, Mg12, Aha, Sii4, Pi5, Sie, Cli7, K19, Ca2o, Ti22, V23, Cr24, Mn25, Fe2e, Co27, Ni28, Cu29, Zn30 , Ge32, As33,Se34, Sr38,Mo42, Ag47,Cd48, Sn50, Sb51, Te62, Ba56) W74, Au79,Hg80,T]81,Pb82,Bi83. Ovi se elementi na temelju toga mogu odvojiti od drugih elemenata kao ciklički ili organogeni elementi. Da. ciklusi karakteriziraju 42 elementa od 92 elementa uključena u Mendeljejevljev sustav, a ovaj broj uključuje najčešće dominantne zemaljske elemente.

Zadržimo se na prvoj vrsti ciklona, ​​koji uključuju biogene migracije. Ovi K. zahvaćaju biosferu (to jest, atmosferu, hidrosferu, koru trošenja). Pod hidrosferom hvataju bazaltnu školjku koja se približava dnu oceana. Ispod kopna one u nizu udubljenja zahvaćaju debljinu sedimentnih stijena (stratosfere), metamorfne i granitne ljuske i ulaze u bazaltnu ljusku. Iz dubine zemlje, ležeći iza bazaltne ljuske, tvar zemlje ne pada u promatrane K. Također ne pada u njih odozgo zbog gornjih dijelova stratosfere. Da. kemijski ciklusi elementi su površinski fenomeni koji se javljaju u atmosferi do visina od 15-20 km (ne više), au litosferi ne dublje od 15-20 km. Svaki K., da bi se stalno obnavljao, zahtijeva dotok vanjske energije. Dvije su glavne poznate i nema sumnje. izvor takve energije: 1) kozmička energija - sunčevo zračenje (biogena migracija gotovo u potpunosti ovisi o njemu) i 2) atomska energija povezana s radioaktivnim raspadom elemenata serije 78 urana, torija, kalija, rubidija. s manjim stupnjem točnosti može se izdvojiti mehanička energija povezana s kretanjem (zbog gravitacije) zemljinih masa, a vjerojatno i kozmička energija koja prodire odozgo (Hessove zrake).

Krugovi, koji uključuju nekoliko slojeva zemlje, odvijaju se polako, sa zastojima, i mogu se vidjeti samo u geološkom vremenu. Često obuhvaćaju nekoliko geoloških razdoblja. Uzrokuju ih geolozi, pomaci kopna i oceana. Dijelovi K. mogu se brzo kretati (na primjer, biogena migracija).

Za geokemiju je važno razjasniti princip raspodjele kemijskih elemenata u zemljinoj kori. Zašto se neki od njih često nalaze u prirodi, drugi mnogo rjeđe, a treći se čak smatraju “muzejskim raritetima”?

Snažan alat za objašnjenje mnogih geokemijskih fenomena je Periodni zakon D.I. Mendeljejev. Konkretno, uz njegovu pomoć može se istražiti pitanje prevalencije kemijskih elemenata u zemljinoj kori.

Po prvi put je povezanost između geokemijskih svojstava elemenata i njihovog položaja u periodnom sustavu kemijskih elemenata pokazao D.I. Mendeljejev, V.I. Vernadskog i A.E. Fersman.

Pravila (zakoni) geokemije

Mendeljejevljevo pravilo

Godine 1869., dok je radio na periodičnom zakonu, D.I. Mendeljejev je formulirao pravilo: “ Elementi s niskom atomskom težinom općenito su zastupljeniji od elemenata s većom atomskom težinom"(vidi Dodatak 1, Periodni sustav kemijskih elemenata). Kasnije, s otkrićem strukture atoma, pokazalo se da je za kemijske elemente s malom atomskom masom broj protona približno jednak broju neutrona u jezgrama njihovih atoma, odnosno omjeru ta dva količine jednaka je ili blizu jedinice: za kisik = 1,0; za aluminij

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

Daljnji razvoj“Mendeljejevljevo pravilo” pronađeno je u djelima danskog fizičara Nielsa Bohra i ruskog kemičara, akademika Akademije znanosti SSSR-a Viktora Ivanoviča Spitsina.

Viktor Ivanovič Spitsyn (1902.-1988.)

Oddovo pravilo

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

Garkinsovo pravilo

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

U ovom slučaju objašnjenje može biti činjenica da kemijski elementi s neparnim atomskim brojevima sadrže čestice koje nisu vezane u helije te su stoga manje stabilne.

Postoje mnoge iznimke od Harkinsovog pravila: na primjer, parni plemeniti plinovi izuzetno su slabo raspoređeni, a neparni aluminij Al je rašireniji od parnog magnezija Mg. Međutim, postoje prijedlozi da se ovo pravilo ne odnosi toliko na Zemljinu koru koliko na cijeli globus. Iako još nema pouzdanih podataka o sastavu dubinskih slojeva zemaljske kugle, neki podaci govore da je količina magnezija u cijeloj zemaljskoj kugli dvostruko veća od aluminija. Količina helija He u svemiru višestruko je veća od njegovih zemaljskih rezervi. Ovo je možda najčešće kemijski element Svemir.

Fersmanovo pravilo

A.E. Fersman je jasno pokazao ovisnost rasprostranjenosti kemijskih elemenata u zemljinoj kori o njihovom atomskom (rednom) broju. Ova ovisnost postaje posebno očita ako nacrtate graf u koordinatama: atomski broj - logaritam atomskog Clarkea. Grafikon pokazuje jasan trend: atomski clarks smanjuje se s povećanjem atomskog broja kemijskih elemenata.

Riža. . Rasprostranjenost kemijskih elemenata u zemljinoj kori

Riža. 5. Obilje kemijskih elemenata u Svemiru

(log C – logaritmi atomskih klarkova prema Fersmanu)

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

Puna krivulja – jednake Z vrijednosti,

točkasto – neparne Z vrijednosti

Međutim, postoje neka odstupanja od ovog pravila: neki kemijski elementi značajno premašuju očekivane vrijednosti obilja (kisik O, silicij Si, kalcij Ca, željezo Fe, barij Ba), dok drugi (litij Li, berilij Be, bor B) mnogo su rjeđi nego što bi se očekivalo na temelju Fersmanova pravila. Takvi kemijski elementi nazivaju se respektivno blagoglagoljiv I oskudan.

Formulacija temeljnog zakona geokemije dana je na str.

Vodik (H) je vrlo lak kemijski element, s udjelom od 0,9% masenog udjela u Zemljinoj kori i 11,19% u vodi.

Karakteristike vodika

Prvi je među plinovima po lakoći. U normalnim uvjetima je bez okusa, bez boje i apsolutno bez mirisa. Kada uđe u termosferu, zbog male težine odleti u svemir.

U cijelom svemiru najbrojniji je kemijski element (75% ukupne mase tvari). Toliko da su mnoge zvijezde u svemiru u potpunosti sastavljene od njega. Na primjer, Sunce. Njegova glavna komponenta je vodik. A toplina i svjetlost rezultat su oslobađanja energije kada se jezgre materijala spoje. Također u svemiru postoje čitavi oblaci njegovih molekula različitih veličina, gustoća i temperatura.

Fizička svojstva

Visoka temperatura i tlak značajno mijenjaju njegove kvalitete, ali u normalnim uvjetima:

Ima visoku toplinsku vodljivost u usporedbi s drugim plinovima,

Netoksičan i slabo topiv u vodi,

S gustoćom od 0,0899 g/l na 0°C i 1 atm.

Prelazi u tekućinu na temperaturi od -252,8°C

Postaje tvrd na -259,1°C.,

Specifična toplina izgaranja 120.9.106 J/kg.

Potreban za prelazak u tekuće ili kruto stanje visokotlačni i vrlo niske temperature. U ukapljenom stanju je tečan i lagan.

Kemijska svojstva

Pod pritiskom i nakon hlađenja (-252,87 stupnjeva C), vodik poprima tekuće stanje, koje je lakše po težini od bilo kojeg analoga. U njemu zauzima manje mjesta nego u plinovitom obliku.

Tipičan je nemetal. U laboratorijima se proizvodi reakcijom metala (poput cinka ili željeza) s razrijeđenim kiselinama. U normalnim uvjetima je neaktivan i reagira samo s aktivnim nemetalima. Vodik može odvojiti kisik od oksida i reducirati metale od spojeva. On i njegove smjese stvaraju vodikove veze s određenim elementima.

Plin je visoko topljiv u etanolu i mnogim metalima, posebno paladiju. Srebro ga ne otapa. Vodik se može oksidirati tijekom izgaranja u kisiku ili zraku, te u interakciji s halogenima.

Kada se spoji s kisikom, nastaje voda. Ako je temperatura normalna, tada reakcija teče sporo, ako je iznad 550°C, eksplodira (pretvara se u detonirajući plin).

Pronalaženje vodika u prirodi

Iako na našem planetu ima mnogo vodika, čisti oblik nije lako pronaći. Malo se može naći tijekom vulkanskih erupcija, tijekom proizvodnje nafte i gdje se organska tvar razgrađuje.

Više od polovice ukupne količine je u sastavu s vodom. Također je uključen u strukturu nafte, raznih glina, zapaljivih plinova, životinja i biljaka (prisutnost u svakoj živoj stanici je 50% po broju atoma).

Kruženje vodika u prirodi

Svake godine se kolosalna količina (milijarde tona) biljnih ostataka razgrađuje u vodenim tijelima i tlu, a tom se razgradnjom oslobađa ogromna masa vodika u atmosferu. Također se oslobađa tijekom svake fermentacije uzrokovane bakterijama, izgaranjem i zajedno s kisikom sudjeluje u ciklusu vode.

Primjene vodika

Element aktivno koristi čovječanstvo u svojim aktivnostima, pa smo ga naučili dobiti industrijsko mjerilo Za:

Meteorologija, kemijska proizvodnja;

Proizvodnja margarina;

Kao raketno gorivo (tekući vodik);

Elektroprivreda za hlađenje električnih generatora;

Zavarivanje i rezanje metala.

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

Lijek "vodikov peroksid" naširoko se koristi u metalurgiji, elektroničkoj industriji, proizvodnji celuloze i papira, za izbjeljivanje lanenih i pamučnih tkanina, za proizvodnju boja za kosu i kozmetike, polimera i u medicini za liječenje rana.

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

Kontakt tekućeg vodika i kože može izazvati ozbiljne i bolne ozebline.