Şimdiye kadar atom teorisi hakkında konuşurken, birbirinden tamamen farklı olan maddelerin, birbirine farklı bir düzende bağlı birkaç atom türünden nasıl elde edildiğinden bahsederken, asla “çocukça” soruyu sormadık - atomların kendileri neredeydi? dan geliyorum? Neden bazı elementlerin çok sayıda ve diğerlerinin çok az atomu var ve bunlar çok eşit olmayan bir şekilde dağılmış durumda. Örneğin, sadece bir element (oksijen) yerkabuğunun yarısını oluşturur. Üç element (oksijen, silikon ve alüminyum) toplamda zaten %85'i oluşturuyor ve bunlara demir, potasyum, sodyum, potasyum, magnezyum ve titanyum eklersek yerkabuğunun %99,5'ini elde ederiz. Birkaç düzine diğer unsurun payı sadece % 0,5'tir. Dünyadaki en nadir metal renyumdur ve platin ile çok fazla altın yoktur, bu kadar pahalı olmaları boşuna değildir. Ve işte başka bir örnek: yerkabuğunda bakır atomlarından bin kat daha fazla demir atomu, gümüş atomlarından bin kat daha fazla bakır atomu ve renyum atomlarından yüz kat daha fazla gümüş var.
Güneş'teki elementler tamamen farklı bir şekilde dağılmıştır: en çok hidrojen (%70) ve helyum (%28) ve diğer tüm elementlerin sadece %2'si vardır.Görünür Evrenin tamamını alırsak, o zaman bile var. içinde daha fazla hidrojen var. Nedenmiş? Antik çağda ve Orta Çağ'da atomların kökeni hakkında sorular sorulmazdı, çünkü atomların her zaman değişmeyen bir biçimde ve miktarda var olduklarına (ve İncil geleneğine göre, Tanrı tarafından aynı günde yaratıldıklarına) inandılar. oluşturma). Atom teorisi kazandığında ve kimya hızla gelişmeye başladığında ve D. I. Mendeleev ünlü element sistemini yarattığında bile, atomların kökeni sorusu anlamsız olarak görülmeye devam etti. Elbette, bazen bilim adamlarından biri cesaretini toplayıp teorisini önerdi. Daha önce de belirtildiği gibi. 1815'te William Prout, tüm elementlerin en hafif element olan hidrojenin atomlarından kaynaklandığını öne sürdü. Prout'un yazdığı gibi, hidrojen, eski Yunan filozoflarının aynı "ilk maddesi"dir. hangi "yoğunlaştırma" ile diğer tüm unsurları verdi.
20. yüzyılda, gökbilimcilerin ve teorik fizikçilerin çabalarıyla, genel olarak kimyasal elementlerin kökeni sorusunu yanıtlayan atomların kökeni hakkında bilimsel bir teori oluşturuldu. Çok basitleştirilmiş bir şekilde, bu teori şöyle görünür. İlk başta, tüm madde inanılmaz derecede yüksek yoğunluk (K) * "g / cm") ve sıcaklık (1027 K) ile bir noktada konsantre edildi. Bu sayılar o kadar büyük ki isimleri yok. Yaklaşık 10 milyar yıl önce, sözde Big Bang'in bir sonucu olarak, bu süper yoğun ve süper sıcak nokta hızla genişlemeye başladı. Fizikçiler, patlamadan 0,01 saniye sonra olayların nasıl geliştiği konusunda oldukça iyi bir fikre sahipler. Daha önce olanların teorisi çok daha kötü geliştirildi, çünkü o sırada var olan madde pıhtısında, şu anda bilinen fiziksel yasalar yetersiz bir şekilde gözlemlendi (ve ne kadar erken, o kadar kötü). Dahası, Big Bang'den önce ne olduğu sorusu esasen dikkate bile alınmadı, çünkü o zamandan beri zamanın kendisi yoktu! Sonuçta, maddi dünya yoksa, yani olaylar yoksa, o zaman zaman nereden geliyor? Kim veya ne sayacak? Böylece madde hızla dağılmaya ve soğumaya başladı. Sıcaklık ne kadar düşükse, çeşitli yapıların oluşumu için daha fazla fırsat (örneğin, oda sıcaklığında, +500 ° C'de milyonlarca farklı organik bileşik bulunabilir - sadece birkaçı ve +1000 ° C'nin üzerinde, muhtemelen hayır organik maddeler bulunabilir, - Hepsi yüksek sıcaklıklarda bileşenlerine ayrılır. Bilim adamlarına göre, patlamadan 3 dakika sonra, sıcaklık bir milyar dereceye düştüğünde, nükleosentez süreci başladı (bu kelime Latince çekirdekten geliyor - “çekirdek” ve Yunanca “sentez” - “bağlantı, kombinasyon”), yani protonların ve nötronların çeşitli elementlerin çekirdeğine bağlanması süreci. Protonlara ek olarak - hidrojen çekirdekleri, helyum çekirdekleri de ortaya çıktı; bu çekirdekler, çok yüksek bir sıcaklık nedeniyle henüz elektron ekleyemedi ve agomlar oluşturamadı. Birincil Evren hidrojenden (yaklaşık %75) ve helyumdan ve az miktarda bir sonraki en büyük element olan lityumdan (çekirdeği üç protona sahiptir) oluşuyordu. Bu kompozisyon yaklaşık 500 bin yıldır değişmedi. Evren genişlemeye, soğumaya ve giderek daha nadir hale gelmeye devam etti. Sıcaklık +3000 "C'ye düştüğünde, elektronlar çekirdeklerle birleşme fırsatı buldu ve bu da kararlı hidrojen ve helyum atomlarının oluşumuna yol açtı.
Hidrojen ve helyumdan oluşan Evrenin genişlemeye ve sonsuza kadar soğumaya devam etmesi gerektiği anlaşılıyor. Ama o zaman sadece başka elementler değil, galaksiler, yıldızlar ve biz de olurduk. Evrensel yerçekimi (yerçekimi) kuvvetleri, Evrenin sonsuz genişlemesine karşı koydu. Nadir Evrenin farklı bölgelerindeki maddenin yerçekimi daralmasına, tekrarlanan güçlü ısıtma eşlik etti - yaklaşık 100 milyon yıl süren yıldızların kütle oluşum aşaması başladı.Sıcaklığın ulaştığı gaz ve tozdan oluşan uzay bölgelerinde 10 milyon derece, helyumun termonükleer füzyon süreci, hidrojen çekirdeklerinin füzyonu ile başladı.Bu nükleer reaksiyonlara, çevreleyen alana yayılan büyük miktarda enerjinin salınması eşlik etti: yeni bir yıldız bu şekilde aydınlandı. Yeterince hidrojen olduğu sürece, "içeriden basılan" radyasyon, yerçekimi etkisi altında yıldızın sıkışmasına karşı koydu.Güneşimiz de hidrojenin "yanması" nedeniyle parlıyor.Bu süreç çok yavaş, çünkü yakınlaşma Coulomb itme kuvveti, pozitif yüklü iki protondan birini engellemektedir.
Hidrojen yakıtı temini sona erdiğinde, helyum sentezi yavaş yavaş durur ve onunla birlikte güçlü radyasyon kaybolur. Yerçekimi kuvvetleri tekrar yıldızı sıkıştırır, sıcaklık yükselir ve helyum çekirdeklerinin birbirleriyle birleşerek karbon çekirdeği (6 proton) ve oksijen (çekirdekte 8 proton) oluşturması mümkün olur. Bu nükleer süreçlere aynı zamanda enerji salınımı da eşlik eder. Ancak er ya da geç helyum stokları sona erecek. Ve sonra, yıldızın yerçekimi kuvvetleri tarafından sıkıştırılmasının üçüncü aşaması gelir. Ve sonra her şey bu aşamada yıldızın kütlesine bağlıdır. Kütle çok büyük değilse (Güneşimiz gibi), o zaman yıldızın sıkıştırılması sırasında sıcaklıktaki artışın etkisi, karbon ve oksijenin başka nükleer füzyon reaksiyonlarına girmesi için yeterli olmayacaktır; böyle bir yıldız sözde beyaz cüce olur. Gökbilimcilerin kırmızı devler dediği yıldızlarda daha ağır elementler "üretilir" - kütleleri Güneş'inkinin birkaç katıdır. Bu yıldızlarda karbon ve oksijenden daha ağır elementlerin sentez reaksiyonları gerçekleşir. Gökbilimcilerin kendilerini mecazi olarak ifade ettikleri gibi, yıldızlar, külleri ağır kimyasal elementler olan nükleer yangınlardır.
33
2- 1822
Bir yıldızın yaşamının bu aşamasında salınan enerji, kırmızı devin dış katmanlarını büyük ölçüde "şişirir"; Güneşimiz böyle bir yıldız olsaydı. Dünya bu dev topun içinde olurdu - dünyadaki her şeyin beklentisi pek hoş değil. Yıldız rüzgarı.
kırmızı devlerin yüzeyinden "nefes almak", bu yıldızların sentezlediği ve bulutsuları oluşturan kimyasal elementleri uzaya getirir (birçoğu teleskopla görülebilir). Kırmızı devler nispeten kısa yaşarlar - Güneş'ten yüzlerce kat daha az. Böyle bir yıldızın kütlesi Güneş'in kütlesini 10 kat aşarsa, demire kadar elementlerin sentezi için koşullar (bir milyar derecelik sıcaklık) ortaya çıkar. Yalro demir, tüm çekirdekler arasında en kararlı olanıdır. Bu, demirden daha hafif olan elementlerin sentez reaksiyonlarının enerji salınımı ile ilerlediği, daha ağır elementlerin sentezi ise enerji gerektirdiği anlamına gelir. Enerji harcanması ile demirin daha hafif elementlere ayrışma reaksiyonları da meydana gelir. Bu nedenle, gelişimin "demir" aşamasına ulaşan yıldızlarda dramatik süreçler meydana gelir: enerji salmak yerine emilir, buna sıcaklıkta hızlı bir düşüş ve çok küçük bir hacme sıkıştırma eşlik eder; astronomlar bu sürece yerçekimi çöküşü diyorlar (Latince çöküş - “zayıf, düşmüş” kelimesinden; doktorların insanlar için çok tehlikeli olan kan basıncında ani bir düşüş dediği boşuna değil). Yerçekimi çöküşü sırasında, yükün olmaması nedeniyle mevcut tüm elementlerin çekirdeğine kolayca nüfuz eden çok sayıda nötron oluşur. Nötronlarla aşırı doymuş çekirdekler, bir nötrondan bir protonun oluştuğu özel bir dönüşüme (beta bozunması denir) uğrar; sonuç olarak, bir sonraki element, çekirdeğinde zaten bir tane daha proton bulunan bu elementin çekirdeğinden elde edilir. Bilim adamları bu tür süreçleri karasal koşullarda yeniden üretmeyi öğrendiler; iyi bilinen bir örnek, doğal uranyum (92 proton, 146 nötron) nötronlarla ışınlandığında, çekirdeği bir nötron ve yapay bir neptünyum elementi (93 proton, 146 nötron) yakaladığında, plütonyum-239 izotopunun sentezidir. oluştu ve ondan atom bombalarında kullanılan aynı ölümcül plütonyum ( 94 proton, 145 nötron). Nötron yakalama ve ardından beta bozunmalarının bir sonucu olarak yerçekimi çöküşüne maruz kalan yıldızlarda, kimyasal elementlerin olası tüm izotoplarının yüzlerce farklı çekirdeği oluşur. Bir yıldızın çöküşü, büyük bir madde kütlesinin uzaya fırlatılmasıyla birlikte görkemli bir patlama ile sona erer - bir süpernova oluşur. Periyodik tablodaki tüm elementleri (ve vücudumuzda aynı atomları içerir!) içeren fırlatılan madde, 10.000 km / s'ye varan bir hızla etrafa saçılır. ve ölü yıldız maddesinin küçük bir kalıntısı, süper yoğun bir nötron yıldızı veya hatta bir kara delik oluşumu ile sıkıştırılır (çarpıştırılır). Bazen, bu tür yıldızlar gökyüzümüzde parlar ve eğer patlama çok uzakta değilse, süpernova parlaklıkta diğer tüm yıldızları gölgede bırakır. Çin kroniklerine göre bu "yeni" yıldızlardan biri 1054'te parladı. Şimdi bu yerde Boğa takımyıldızındaki ünlü Yengeç Bulutsusu var ve merkezinde hızla dönen bir (saniyede 30 devir!) ) Nötron yıldızı Neyse ki (bizim için , yeni elementlerin sentezi için değil), bu tür yıldızlar şimdiye kadar sadece uzak galaksilerde parladı ...
Yıldızların "yanması" ve süpernovaların patlaması sonucunda, bilinen tüm kimyasal elementlerin uzayda olduğu ortaya çıktı. Radyoaktif dönüşümler tarafından “ısıtılan”, genişleyen bulutsular şeklindeki süpernova kalıntıları birbirleriyle çarpışır, yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında yeni nesil yıldızların ortaya çıktığı yoğun oluşumlarda yoğunlaşır. Bu yıldızlar (Güneşimiz dahil) varlıklarının en başından itibaren bileşimlerinde ağır elementlerin bir karışımını içerir; aynı elementler, gezegenlerin oluştuğu bu yıldızları çevreleyen gaz ve toz bulutlarında bulunur. Böylece vücudumuz da dahil olmak üzere etrafımızdaki her şeyi oluşturan elementler, görkemli kozmik süreçlerin bir sonucu olarak doğdu ...
Neden bazı elementler çok, diğerleri - biraz? Nükleosentez sürecinde, az sayıda çift sayıda schuton ve nötrondan oluşan çekirdeklerin oluşma olasılığının yüksek olduğu ortaya çıktı. Protonlar ve nötronlarla "taşan" ağır çekirdekler daha az kararlıdır ve Evrende bunlardan daha azı vardır. Genel bir kural vardır: Çekirdeğin yükü ne kadar büyükse, o kadar ağırdır, Evrendeki bu tür çekirdekler o kadar azdır. Ancak bu kurala her zaman uyulmaz. Örneğin, yerkabuğunda az sayıda hafif lityum (3 proton, 3 nötron) ve bor (5 proton ve 5 veya 6 nötron) çekirdeği vardır. Birkaç nedenden dolayı bu çekirdeklerin yıldızların iç kısımlarında oluşamadığı, ancak kozmik ışınların etkisi altında yıldızlararası uzayda biriken daha ağır çekirdeklerden “ayrıldıkları” varsayılmaktadır. Bu nedenle, Dünya'daki çeşitli elementlerin oranı, milyarlarca yıl önce, Evrenin gelişiminin sonraki aşamalarında meydana gelen uzaydaki çalkantılı süreçlerin bir yankısıdır.
Canlı Maddenin Temel Bileşimi ve Yanabilir Fosillerin OM'si
Yanıcı fosiller, bileşimlerinde canlı organizmaların maddesiyle aynı elementleri içerir, bu nedenle elementler - karbon, hidrojen, oksijen, azot, kükürt ve fosfor denilen veya biyojenik veya biyofilik veya organojenik.
Hidrojen, karbon, oksijen ve azot hesabı %99'un üzerinde tüm canlı organizmaları oluşturan hem kütle hem de atom sayısı. Bunlara ek olarak, canlı organizmalarda önemli miktarlarda başka bir göz konsantre edilebilir.
lo 20-22 kimyasal element. 12 element %99.29, geri kalan %0.71
Uzay bolluğu: H, He, C, N.
%50'ye kadar - C, %20'ye kadar - O, %8'e kadar - H, %10-15 - N, %2-6 - P, %1 - S, %1 - K, ½% - Mg ve Ca, %0,2 - Fe, eser miktarda - Na, Mn, Cu, Zn.
Atomun yapısı, izotopları, hidrojen, oksijen, kükürt ve azotun yer kabuğundaki dağılımı
HİDROJEN - kozmosun ana unsuru, evrenin en yaygın unsuru . Chem e-t 1 grubu, atom numarası 1, atom kütlesi 1.0079. Periyodik tablonun modern baskılarında, H'nin bazı özellikleri halojenlerin özelliklerine benzer olduğundan, H, F'nin üzerinde grup VII'ye yerleştirilir. Üç H izotopu bilinmektedir.İki kararlı olan protium 1 H - P (% 99.985), döteryum 2 H - D (% 0.015) ve bir radyoaktif trityum 3 H - T, T 1/2 \u003d 12.262 yıldır. Bir tane daha yapay olarak elde edilir - dördüncü son derece kararsız izotop - 4 H. Doğal koşullar altında P ve D'nin ayrılmasında, buharlaşma ana rolü oynar, ancak dünya okyanuslarının kütlesi o kadar büyüktür ki, içindeki döteryum içeriği değişir. biraz. Tropik ülkelerde, yağıştaki döteryum içeriği kutup bölgesinden daha yüksektir. Serbest halde H renksiz bir gazdır, kokusuz ve tatsızdır, gazların en hafifidir, havadan 14,4 kat daha hafiftir. H, -252.6°C'de sıvı, -259.1°C'de katı hale gelir. H mükemmel bir indirgeyici ajandır. Işıksız bir alevle O'da yanarak su oluşturur. Yerkabuğunda H, yıldızlarda ve Güneş'te olduğundan çok daha küçüktür. Clarke'ın yer kabuğundaki ağırlığı %1'dir. Doğal kimyasal bileşiklerde H formları iyonik, kovalent ve hidrojen bağları . Hidrojen bağları biyopolimerlerde (karbonhidratlar, alkoller, proteinler, nükleik asitler) önemli bir rol oynar, kerojen jeopolimerlerinin ve GI moleküllerinin özelliklerini ve yapısını belirler. Belirli koşullar altında, H atomu diğer iki atomla aynı anda birleşebilir. Kural olarak, bunlardan biri ile güçlü bir kovalent bağ, diğeri ile zayıf bir kovalent bağ oluşturur. hidrojen bağı.
OKSİJEN - Yerkabuğunun en yaygın elementi ağırlıkça %49,13'tür. O seri numarası 8'dir, 2. periyottadır, grup VI, atom kütlesi 15.9994. O'nun üç kararlı izotopu bilinmektedir - 16 O (%99.759), 17 O (%0.0371), 18 O (%0.2039). O'nun uzun ömürlü radyoaktif izotopları yoktur. Yapay radyoaktif izotop 15 O (T 1/2 = 122 saniye). 18 O/16 O izotop oranı, doğal nesnelerde 1/475 ila 1/525 arasında %10 değişen jeolojik rekonstrüksiyonlar için kullanılır. Kutup buzları, atmosferin en düşük izotop katsayısına, en yüksek CO2'sine sahiptir. İzotopik bileşimi karşılaştırırken, değer kullanılır d18 O, aşağıdaki formülle hesaplanır: d 18 O‰= . Başına standart bu izotopların okyanus suyundaki ortalama oranı alınır. O'nun izotopik bileşimindeki gp'deki değişiklikler, su, belirli minerallerin oluşum sürecinin ilerlediği sıcaklıkla belirlenir. Daha düşük T, daha yoğun izotop fraksiyonasyonu olacaktır. Okyanusun O izotop bileşiminin son 500 milyon yılda değişmediğine inanılıyor. İzotopik kaymayı (doğadaki izotopik bileşimdeki değişimler) belirleyen ana faktör, reaksiyon sıcaklığı tarafından belirlenen kinetik etkidir. O normal şartlar altında gaz görünmez, tatsız, kokusuzdur. Atomların ezici çoğunluğu ile reaksiyonlarda, O, oksitleyici ajan. Sadece F ile reaksiyonda oksitleyici ajan F'dir. biallotropik modifikasyonlar . Öncelikle - moleküler oksijen - O 2İkinci değişiklik ise ozon - O 3, arr havadaki ve saf O'daki elektriksel deşarjların etkisi altında, radyoaktif işlemlerde, ultraviyole ışınlarının sıradan O üzerindeki etkisiyle. Doğada Yaklaşık 3üst atmosferde UV ışınlarının etkisi altında sürekli olarak oluşur. Yaklaşık 30-50 km yükseklikte, UV ışınlarının çoğunu yakalayan ve biyosfer organizmalarını bu ışınların zararlı etkilerinden koruyan bir "ozon perdesi" vardır. Düşük konsantrasyonlarda, Yaklaşık 3 hoş, ferahlatıcı koku, ancak havadaysa %1'den fazla O3 son derece zehirlidir .
AZOT - biyosferde yoğunlaşmıştır: atmosferde (ağırlıkça %75.31, hacimce %78.7) hakimdir ve yerkabuğunda ağırlık clark - 0.045%. V grubunun kimyasal elementi, 2 periyot atom numarası 7, atom kütlesi 14.0067.Üç N izotop bilinmektedir - iki kararlı 14 N (%99.635) ve 15 N (0.365)%) ve radyoaktif 13 N, T 1/2 = 10.08 dak. Oran değerlerinin genel dağılımı 15 N/ 14 N küçük . Yağlar, 15 N izotopunda zenginleştirilirken, beraberindeki doğal gazlar tükenir. Yağlı şeyl ayrıca ağır izotop N 2 renksiz gaz, tatsız ve kokusuz olarak zenginleştirilmiştir. n O'nun nefes almayı desteklememesinin aksine, karışım n O ile gezegenimizin sakinlerinin çoğunun nefesi için en kabul edilebilir. N kimyasal olarak aktif değildir. Tüm organizmaların GI'sinin bir parçasıdır. Azotun düşük kimyasal aktivitesi, molekülünün yapısı tarafından belirlenir. İnert olanlar hariç çoğu gaz gibi, molekül n iki atomdan oluşur. Aralarında bir bağ oluşumunda, her atomun dış kabuğunun 3 değerlik elektronu katılır, üçlü kovalent kimyasal bağ , hangi verir en kararlı bilinen tüm iki atomlu moleküllerin -3'ten +5'e "formal" değerlik, "gerçek" değerlik 3. O, H ve C ile güçlü kovalent bağlar oluşturarak, kolayca çözünür tuzlar veren -, -, + kompleks iyonlarının bir parçasıdır.
KÜKÜRT - e-t ZK, mantoda (ultrabazik kayaçlar) litosferden 5 kat daha azdır. ZK'da Clark - 0,1%. Kimyasal element grubu VI, 3 periyot, atom numarası 16, atom kütlesi 32.06. Son derece elektronegatif el-t, metalik olmayan özellikler sergiler. Hidrojen ve oksijen bileşiklerinde çeşitli iyonların bileşimindedir. Arr asit ve tuz. Birçok kükürt içeren tuzlar suda çok az çözünür. S'nin değerleri olabilir: (-2), (0), (+4), (+6), bunlardan ilki ve sonuncusu en karakteristiktir. Hem iyonik hem de kovalent bağlar karakteristiktir. Doğal süreçler için ana değer, karmaşık iyon - 2 S - metal olmayan, kimyasal olarak aktif elementtir. Sadece Au ve Pt S ile etkileşime girmez. İnorganik bileşiklerden, sülfatlara, sülfürlere ve H2SO4'e ek olarak, SO2 oksitleri - atmosferi güçlü bir şekilde kirleten bir gaz ve SO3 (katı) ve hidrojen sülfür, Dünya'da yaygındır. İlköğretim S ile karakterize edilir üç allotropik çeşit : S rhombic (en kararlı), S monoklinik (siklik molekül - sekiz üyeli halka S 8) ve plastik S 6 altı atomlu lineer zincirlerdir. Doğada 4 kararlı S izotopu bilinmektedir: 32S (%95,02), 34S (%4,21), 33S (%0,75), 36S (%0,02). Yapay radyoaktif izotop 35 S c T 1/2 = 8.72 gün. S standart olarak kabul edilir. trolit(FeS) Canyon Diablo göktaşından (32 S/ 34 S= 22.22) Oksidasyon ve indirgeme reaksiyonları, izotopik kayma olarak ifade edilen izotopik değişime neden olabilir. Doğada bakteriyeldir, ancak termal de mümkündür. Doğada, bugüne kadar, yer kabuğunun S'sinin 2 gruba açık bir şekilde bölünmesi olmuştur - biyojenik sülfürler ve hafif izotop 32 S'de zenginleştirilmiş gazlar ve sülfatlar, antik evaporitlerin okyanus suyunun tuzlarına dahil edilen, 34 S içeren alçıtaşı.
Sorulara cevaplar,
"Endüstride çevre yönetimi ve denetimi" uzmanlığının üçüncü sınıf öğrencileri için "Çevrede fiziksel ve kimyasal süreçler" disiplininde sınava tabi tutulur.
Çevredeki atomların bolluğu. Clarke öğeleri.
eleman clark - bir elementin yerkabuğundaki, hidrosferdeki, atmosferdeki, bir bütün olarak Dünya'daki, çeşitli kaya türlerindeki, uzay nesnelerindeki vb. ortalama içeriğinin sayısal bir tahmini. Bir elementin clarke'i kütle birimleri (%) olarak ifade edilebilir. , g / t) veya atomik % olarak. Adını Amerikalı bir jeokimyacı olan Frank Unglisort'tan alan Fersman tarafından tanıtıldı.
Yerkabuğundaki kimyasal elementlerin nicel dağılımı ilk olarak Clark tarafından kurulmuştur. Ayrıca hidrosferi ve atmosferi yer kabuğuna dahil etti. Bununla birlikte, hidrosferin kütlesi birkaç% ve atmosfer - katı yer kabuğunun kütlesinin yüzde biri kadardır, bu nedenle Clark sayıları esas olarak katı yer kabuğunun bileşimini yansıtır. Böylece, 1889'da clarks 10 element için, 1924'te - 50 element için hesaplandı.
Modern radyometrik, nötron aktivasyonu, atomik absorpsiyon ve diğer analiz yöntemleri, kayalardaki ve minerallerdeki kimyasal elementlerin içeriğini büyük bir doğruluk ve hassasiyetle belirlemeyi mümkün kılar. Clark'larla ilgili fikirler değişti. N-r: 1898'de Fox, clark'ı n * 10 -10%'a eşit olarak kabul etti. Ge zayıf bir şekilde çalışıldı ve pratik bir değeri yoktu. 1924'te Clark onun için n * %10 -9 olarak hesaplandı (Clark ve G. Washington). Daha sonra, Ge kömürlerde bulundu ve clarke değeri %0,n'ye yükseldi. Ge, radyo mühendisliğinde, germanyum hammaddelerinin araştırılmasında kullanılır, Ge'nin jeokimyasının ayrıntılı bir çalışması, Ge'nin yer kabuğunda çok nadir olmadığını, litosferdeki clarke'nin 1.4 * %10-4, neredeyse aynı olduğunu gösterdi. Sn, As gibi, yerkabuğunda Au, Pt, Ag'den çok daha fazladır.
atomların bolluğu
Vernadsky, kimyasal elementlerin dağınık hali kavramını tanıttı ve doğrulandı. Tüm öğeler her yerdedir, yalnızca incelenen ortamdaki bir veya başka bir öğenin içeriğini belirlemeye izin vermeyen analizin duyarlılığı eksikliğinden bahsedebiliriz. Kimyasal elementlerin genel dağılımına ilişkin bu hükme Clark-Vernadsky yasası denir.
Katı yerkabuğundaki (Vinogradova hakkında) elementlerin klarklarına dayanarak, katı yer kabuğunun neredeyse ½'si O'dan oluşur, yani yer kabuğu bir "oksijen küresi", bir oksijen maddesidir.
Çoğu elementin klarkları %0.01-0.00001'i geçmez - bunlar nadir elementlerdir. Bu elementlerin konsantre olma yeteneği zayıfsa, keskin saçılma (Br, In, Ra, I, Hf) olarak adlandırılır.
NR: U ve Br için clarke değerleri sırasıyla ≈ 2.5*10 -4 , 2.1* 10-4'tür, ancak U sadece nadir bir elementtir çünkü yatakları bilinmektedir ve Br nadirdir, çünkü dağınıktır. yerkabuğunda yoğunlaşmamıştır. İz elementler - bu sistemde küçük miktarlarda bulunan elementler (≈ %0,01 veya daha az). Böylece Al, organizmalarda iz element ve silikat kayaçlarda bir makro elementtir.
Vernadsky'ye göre elementlerin sınıflandırılması.
Yerkabuğunda, periyodik sistemle ilgili elementler farklı davranırlar - yerkabuğuna farklı şekillerde göç ederler. Vernadsky, yerkabuğundaki elementlerin tarihindeki en önemli anları hesaba kattı. Radyoaktivite, tersinirlik ve göçün tersinmezliği gibi olaylara ve süreçlere ana önem verildi. Mineral sağlama yeteneği. Vernadsky 6 element grubu belirledi:
soy gazlar (He, Ne, Ar, Kr, Xe) - 5 element;
soy metaller (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) - 7 element;
döngüsel elemanlar (karmaşık döngülere katılan) - 44 element;
dağınık elemanlar - 11 eleman;
yüksek radyoaktif elementler (Po, Ra, Rn, Ac, Th, Pa, U) - 7 element;
nadir toprak elementleri - 15 element.
3. grubun elementleri kütlece yerkabuğunda baskındır; esas olarak kayalardan, sudan ve organizmalardan oluşurlar.
Günlük deneyimlerden gelen temsiller gerçek verilerle eşleşmiyor. Dolayısıyla Zn, Cu günlük yaşamda ve teknolojide yaygın olarak bulunurken, Zr (zirkonyum) ve Ti bizim için ender elementlerdir. Yerkabuğundaki Zr, Cu'dan 4 kat daha fazla ve Ti - 95 kat olmasına rağmen. Bu elementlerin "nadirliği", onları cevherlerden çıkarmanın zorluğu ile açıklanmaktadır.
Kimyasal elementler birbirleriyle kütleleri oranında değil, atom sayılarına göre etkileşirler. Bu nedenle, klarklar sadece kütle yüzdesi olarak değil, aynı zamanda atom sayısının yüzdesi olarak da hesaplanabilir, yani. atom kütlelerini hesaba katarak (Chirvinsky, Fersman). Aynı zamanda ağır elementlerin klarkları azalır, hafif elementlerinki ise artar.
Örneğin:Atom sayısının hesaplanması, kimyasal elementlerin bolluğunun daha zıt bir resmini verir - oksijenin daha da baskın olması ve ağır elementlerin nadirliği.
Yerkabuğunun ortalama bileşimi belirlendiğinde, elementlerin eşit olmayan dağılımının nedeni sorusu ortaya çıktı. Bu sürüler, atomların yapısal özellikleri ile ilişkilidir.
Clark'ın değeri ile elementlerin kimyasal özellikleri arasındaki ilişkiyi düşünün.
Yani alkali metaller Li, Na, K, Rb, Cs, Fr kimyasal olarak birbirine yakındır - bir değerlik elektronu, ancak clarke değerleri farklıdır - Na ve K - ≈ 2.5; Rb - 1.5 * 10 -2; Li - 3.2 * 10 -3; Cs - 3.7 * 10 -4; Fr - yapay bir element. F ve Cl, Br ve I, Si (29.5) ve Ge (1.4*10 -4), Ba (6.5*10 -2) ve Ra (2*10 -10) için Clarke değerleri keskin bir şekilde farklılık gösterir.
Öte yandan, kimyasal olarak farklı elementlerin yakın clark'ları vardır - Mn (0.1) ve P (0.093), Rb (1.5 * 10 -2) ve Cl (1.7 * 10 -2).
Fersman, Periyodik Tablonun çift ve tek elementleri için atomik clark değerlerinin elementin sıra sayısına bağımlılığını çizdi. Atom çekirdeğinin (daha ağır) yapısının karmaşıklığı ile elementlerin cıvıltılarının azaldığı ortaya çıktı. Ancak bu bağımlılıkların (eğrilerin) kırıldığı ortaya çıktı.
Fersman, elementin atom numarası arttıkça kademeli olarak azalan varsayımsal bir orta çizgi çizdi. Orta çizginin üzerinde bulunan, tepeler oluşturan elementler, bilim adamı aşırı (O, Si, Fe, vb.) ve çizginin altında bulunanlar - eksik (atıl gazlar vb.). Elde edilen bağımlılıktan, hafif atomların yer kabuğunda baskın olduğu ve çekirdekleri az miktarda proton ve nötron içeren Periyodik sistemin ilk hücrelerini işgal ettiği sonucu çıkar. Nitekim Fe'den (No. 26) sonra tek bir ortak unsur yoktur.
1925-28'de daha fazla Oddo (İtalyan bilim adamı) ve Harkins (Amerikalı bilim adamı). elementlerin bolluğunun bir başka özelliği de kurulmuştu. Yerkabuğuna, çift sayılara ve atom kütlelerine sahip elementler hakimdir. Komşu elemanlar arasında, çift elemanların clarke'leri neredeyse her zaman tek olanlardan daha yüksektir. En yaygın 9 element için (8 O, 14 Si, 13 Al, 26 Fe, 20 Ca, 11 Na, 19 K, 12 Mg, 22 Ti), çiftlerin kütle clarklarının toplamı %86,43 ve tek - % 13.05 Atom kütlesi 4'e bölünebilen elementlerin klarkları özellikle büyüktür, bunlar O, Mg, Si, Ca'dır.
Fersman'ın araştırmasına göre 4q tipi çekirdekler (q bir tamsayıdır) yer kabuğunun %86,3'ünü oluşturur. Daha az yaygın olan 4q+3 çekirdek (%12.7) ve çok az 4q+1 ve 4q+2 çekirdektir (%1).
He ile başlayan çift elementler arasında, her altıda biri en büyük clark'a sahiptir: O (No. 8), Si (No. 14), Ca (No. 20), Fe (No. 26). Tek elemanlar için - benzer bir kural (H ile başlayan) - N (No. 7), Al (No. 13), K (No. 19), Mg (No. 25).
Bu nedenle, yer kabuğunda, küçük ve çift sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler baskındır.
Clark'lar zamanla değişti. Böylece, radyoaktif bozunmanın bir sonucu olarak, daha az U ve Th, ancak daha fazla Pb vardı. Gazların dağılması, meteorların serpilmesi gibi süreçler de elementlerin clark değerlerinin değiştirilmesinde rol oynadı.
Yerkabuğundaki kimyasal değişikliklerin ana eğilimleri. Maddenin yer kabuğunda büyük dolaşımı.
MADDELERİN DOLAŞIMI. Yerkabuğunun maddesi, fiziksel ile ilişkili çeşitli nedenlerle sürekli hareket halindedir. maddenin özellikleri, gezegensel, jeolojik, coğrafi ve biyolojik. toprak koşulları. Bu hareket, jeolojik zaman boyunca, bir buçuktan az olmayan ve görünüşe göre üç milyar yıldan fazla olmayan, değişmez ve sürekli bir şekilde meydana gelir. Son yıllarda, jeolojik döngünün yeni bir bilimi büyüdü - kimyayı inceleme görevi olan jeokimya. gezegenimizi oluşturan unsurlar. Çalışmasının ana konusu kimyasal hareketlerdir. yer cismi elementleri, bu hareketlere ne sebep olursa olsun sebep olabilir. Elementlerin bu hareketlerine kimyasal göçler denir. elementler. Göçler arasında kimyanın olduğular da var. eleman daha uzun veya daha kısa bir süre sonra kaçınılmaz olarak ilk durumuna geri döner; böyle bir kimyanın tarihi. Böylece yerkabuğundaki elementler indirgenebilir. tersine çevrilebilir bir sürece dönüşür ve döngüsel bir süreç, dolaşım şeklinde sunulur. Bu tür bir göç, tüm elementler için tipik değildir, ancak kimyasal elementlerin büyük çoğunluğu da dahil olmak üzere önemli bir kısmı için geçerlidir. bitki veya hayvan organizmalarını ve çevremizdeki çevreyi oluşturan elementler - okyanuslar ve sular, kayalar ve hava. Bu tür elementler için atomlarının tamamı veya ezici çoğunluğu maddelerin dolaşımındadır, diğerleri için sadece önemsiz bir kısmı döngülerle kaplıdır. Hiç şüphesiz, yer kabuğunun 20-25 km derinliğe kadar olan maddesinin çoğu girdaplarla kaplıdır. Aşağıdaki kimya için. dairesel süreçlerin unsurları, göçleri arasında karakteristik ve baskındır (şekil sıra sayısını gösterir). 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. Bu elementler bu temelde diğer elementlerden döngüsel veya organojenik elementler olarak ayrılabilir. O. döngüler, Mendeleev element sisteminde yer alan 92 elementten 42'sini karakterize eder ve bu sayı en yaygın baskın karasal elementleri içerir.
Biyojenik göçleri içeren birinci türden K. üzerinde duralım. Bu iklimler biyosferi (yani atmosfer, hidrosfer ve ayrışma kabuğu) yakalar. Hidrosferin altında, okyanus tabanına yaklaşan bir bazalt kabuğu yakalarlar. Kara altında, bir dizi çöküntüde tortul kayaçların (stratosfer), metamorfik ve granit kabukların kalınlığını kucaklar ve bazalt kabuğuna girerler. Bazalt kabuğun arkasında yatan dünyanın derinliklerinden, dünya maddesi gözlemlenen K'nin içine düşmez. Ayrıca stratosferin üst kısımlarının sınırları nedeniyle onlara yukarıdan düşmez. O. kimyasal döngüler. elementler, atmosferde 15-20 km yüksekliğe kadar (daha yüksek değil) ve litosferde 15-20 km'den daha derin olmayan yüzey olaylarıdır. Herhangi bir K., sürekli olarak yenilenmesi için bir dış enerji akışı gerektirir. İki ana tane var ve şüphesiz. bu tür bir enerjinin kaynağı: 1) kozmik enerji - güneşin radyasyonu (biyojenik göç neredeyse tamamen ona bağlıdır) ve 2) uranyum, toryum, potasyum, rubidyum serisinin "78" elementlerinin radyoaktif bozunması ile ilişkili atom enerjisi. daha az doğruluk derecesi, mekanik enerji izole edilebilir, dünya kütlelerinin hareketi (yerçekimi nedeniyle) ve muhtemelen yukarıdan nüfuz eden kozmik enerji (Hess ışınları).
Birkaç dünya kabuğunu yakalayan döngüler, yavaş yavaş, duraklarla ilerler ve yalnızca jeolojik zamanda görülebilir. Genellikle birkaç jeolog dönemini kapsarlar. Bunlara jeologlar, kara ve okyanus yer değiştirmeleri neden olur. K.'nin parçaları hızlı gidebilir (örneğin biyojenik göç).
| " |
Jeokimya için, yerkabuğundaki kimyasal elementlerin dağılımı ilkesini bulmak önemlidir. Neden bazıları doğada sıklıkla bulunur, diğerleri çok daha nadirdir ve yine de diğerleri "müzelerde nadir bulunur"?
Birçok jeokimyasal olayı açıklamak için güçlü bir araç, D.I.'nin Periyodik Yasasıdır. Mendeleyev. Özellikle yerkabuğundaki kimyasal elementlerin dağılımını araştırmak için kullanılabilir.
İlk kez, elementlerin jeokimyasal özellikleri ile Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosundaki konumları arasındaki ilişki D.I. Mendeleyev, V.I. Vernadsky ve A.E. Fersman.
Jeokimya kuralları (yasaları)
Mendeleev'in kuralı
1869'da periyodik yasa üzerinde çalışırken, D.I. Mendeleev kuralı formüle etti: Düşük atom ağırlığına sahip elementler genellikle yüksek atom ağırlığına sahip elementlerden daha yaygındır.» (Bakınız Ek 1, Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosu). Daha sonra atomun yapısının açıklanmasıyla, küçük atom kütlesine sahip kimyasal elementler için, proton sayısının atomlarının çekirdeğindeki nötron sayısına, yani atomların oranına yaklaşık olarak eşit olduğu gösterildi. bu iki miktar birliğe eşittir veya bire yakındır: oksijen için = 1.0; alüminyum için
Daha az yaygın elementler için, atomların çekirdeğinde nötronlar baskındır ve sayılarının proton sayısına oranı birden çoktur: radyum için; uranyum için = 1.59.
"Mendeleev kuralının" daha da geliştirilmesi, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr ve SSCB Bilimler Akademisi akademisyeni Viktor İvanoviç Spitsyn'in Rus kimyagerinin eserlerinde bulundu.
 | Viktor İvanoviç Spitsin (1902-1988) |
tuhaf kural
1914'te İtalyan kimyager Giuseppe Oddo başka bir kural formüle etti: En yaygın elementlerin atom ağırlıkları dördün katları olarak ifade edilir veya bu sayılardan çok az sapma gösterir.". Daha sonra, bu kural, atomların yapısına ilişkin yeni veriler ışığında bir miktar yorum aldı: iki proton ve iki nötrondan oluşan bir nükleer yapı özel bir güce sahiptir.
Harkins'in kuralı
1917'de Amerikalı fiziksel kimyager William Draper Harkins (Harkins) şu gerçeğe dikkat çekti: atom (sıra) sayıları çift olan kimyasal elementler, doğada tek sayılı komşu elementlerinden birkaç kat daha fazla dağılırlar. Hesaplamalar gözlemi doğruladı: periyodik sistemin ilk 28 elementinden 14'ü çift olanlar% 86'ya kadar ve tek olanlar - yer kabuğunun kütlesinin sadece% 13,6'sı.
Bu durumda açıklama, tek atom numaralı kimyasal elementlerin helionlara bağlı olmayan parçacıklar içerdiği ve bu nedenle daha az kararlı olduğu gerçeği olabilir.
Harkins kuralının birçok istisnası vardır: örneğin, soy gazlar bile son derece nadirdir ve tek alüminyum Al, dağılımda magnezyum Mg'yi bile geride bırakır. Ancak bu kuralın yerkabuğundan çok tüm yerküre için geçerli olduğuna dair öneriler var. Dünyanın derin katmanlarının bileşimi hakkında güvenilir veri olmamasına rağmen, bazı bilgiler tüm dünyadaki magnezyum miktarının alüminyumun iki katı olduğunu düşündürmektedir. Uzaydaki helyum He miktarı, karasal rezervlerinden birçok kat daha fazladır. Bu belki de evrendeki en yaygın kimyasal elementtir.
Fersman kuralı
A.E. Fersman, yerkabuğundaki kimyasal elementlerin bolluğunun atom (sıra) numaralarına bağımlılığını açıkça gösterdi. Bu bağımlılık, koordinatlarda bir grafik oluşturursanız özellikle belirginleşir: atom numarası - atom clarke'in logaritması. Grafik net bir eğilim gösteriyor: Atomik klark, kimyasal elementlerin artan atom sayıları ile azalır.
Pirinç. . Yerkabuğundaki kimyasal elementlerin yaygınlığı
Pirinç. 5. Evrendeki kimyasal elementlerin yaygınlığı
(log C, Fersman'a göre atomik klarkelerin logaritmasıdır)
(atom sayısı ile ilgili veriler 106 silikon atomuna atıfta bulunur)
Katı eğri - hatta Z değerleri,
kesikli - tek Z değerleri
Bununla birlikte, bu kuraldan bazı sapmalar vardır: bazı kimyasal elementler beklenen bolluk değerlerini önemli ölçüde aşarken (oksijen O, silikon Si, kalsiyum Ca, demir Fe, baryum Ba), diğerleri (lityum Li, berilyum Be, bor) B) Fersman kuralından beklenenden çok daha az yaygındır. Bu tür kimyasal elementlere sırasıyla denir gereksiz ve kıt.
Jeokimyanın temel yasasının formülasyonu s.
Hidrojen (H), yerkabuğunda kütlece %0,9 ve suda %11,19 oranında bulunan çok hafif bir kimyasal elementtir.
Hidrojenin karakterizasyonu
Hafiflik açısından gazlar arasında ilk sıradadır. Normal şartlar altında tatsız, renksiz ve kesinlikle kokusuzdur. Termosfere girdiğinde düşük ağırlığı nedeniyle uzaya uçar.
Tüm evrende, en çok sayıda kimyasal elementtir (toplam madde kütlesinin% 75'i). Öyle ki, uzaydaki birçok yıldız tamamen ondan oluşuyor. Örneğin, Güneş. Ana bileşeni hidrojendir. Ve ısı ve ışık, malzemenin çekirdeklerinin füzyonu sırasında enerjinin salınmasının sonucudur. Ayrıca uzayda, çeşitli büyüklük, yoğunluk ve sıcaklıktaki moleküllerinin bütün bulutları vardır.
Fiziksel özellikler
Yüksek sıcaklık ve basınç, niteliklerini önemli ölçüde değiştirir, ancak normal koşullar altında:
Diğer gazlara göre yüksek ısı iletkenliğine sahiptir,
Toksik olmayan ve suda az çözünür
0°C ve 1 atm'de 0,0899 g/l yoğunlukta,
-252.8°C'de sıvıya dönüşür
-259.1°C'de katı hale gelir,
Yanmanın özgül ısısı 120.9.106 J/kg'dır.
Sıvı veya katı hale gelmesi için yüksek basınç ve çok düşük sıcaklıklar gerekir. Sıvılaştırıldığında akıcı ve hafiftir.
Kimyasal özellikler
Basınç ve soğutma (-252.87 gr. C) altında hidrojen, herhangi bir analogdan daha hafif olan sıvı bir hal alır. İçinde gaz halinden daha az yer kaplar.
O tipik bir metal olmayan. Laboratuvarlarda metallerin (çinko veya demir gibi) seyreltik asitlerle reaksiyona girmesiyle elde edilir. Normal şartlar altında inaktiftir ve sadece aktif metal olmayanlarla reaksiyona girer. Hidrojen, oksijeni oksitlerden ayırabilir ve metalleri bileşiklerden indirebilir. O ve karışımları, belirli elementlerle hidrojen bağları oluşturur.
Gaz, etanolde ve birçok metalde, özellikle paladyumda yüksek oranda çözünür. Gümüş onu çözmez. Hidrojen, oksijen veya havada yanma sırasında ve halojenlerle etkileşime girdiğinde oksitlenebilir.
Oksijenle birleşince su oluşur. Sıcaklık normalse, reaksiyon yavaştır, 550 ° C'nin üzerindeyse - bir patlama ile (patlayıcı gaza dönüşür).
Doğada hidrojen bulmak
Gezegenimizde çok fazla hidrojen olmasına rağmen, onu saf haliyle bulmak kolay değil. Volkanik patlamalar sırasında, petrol çıkarma sırasında ve organik maddenin ayrışması sırasında çok az şey bulunabilir.
Toplam miktarın yarısından fazlası su ile bileşimdedir. Ayrıca petrolün, çeşitli killerin, yanıcı gazların, hayvanların ve bitkilerin yapısında bulunur (her canlı hücrede varlığı atom sayısının %50'sidir).
Doğada hidrojen döngüsü
Her yıl, su kütlelerinde ve toprakta büyük miktarda (milyarlarca ton) bitki ayrışır ve bu ayrışma atmosfere çok büyük bir hidrojen kütlesi sıçratır. Ayrıca bakterilerin neden olduğu herhangi bir fermantasyon sırasında, yanma sırasında açığa çıkar ve oksijenle birlikte su döngüsüne katılır.
Hidrojen için uygulamalar
Öğe, faaliyetlerinde insanlık tarafından aktif olarak kullanılmaktadır, bu nedenle endüstriyel ölçekte nasıl elde edileceğini öğrendik:
Meteoroloji, kimyasal üretim;
margarin üretimi;
Roketler için yakıt olarak (sıvı hidrojen);
Elektrik jeneratörlerini soğutmak için güç endüstrisi;
Metallerin kaynaklanması ve kesilmesi.
Hidrojen kütlesi, sentetik benzin (düşük kaliteli yakıtın kalitesini artırmak için), amonyak, hidrojen klorür, alkoller ve diğer malzemelerin üretiminde kullanılır. Nükleer enerji, izotoplarını aktif olarak kullanır.
"Hidrojen peroksit" preparasyonu metalurjide, elektronik endüstrisinde, kağıt hamuru ve kağıt üretiminde, keten ve pamuklu kumaşların ağartılmasında, saç boyaları ve kozmetiklerin imalatında, polimerlerde ve yaraların tedavisi için tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu gazın "patlayıcı" doğası ölümcül bir silaha dönüşebilir - bir hidrojen bombası. Patlamasına çok miktarda radyoaktif maddenin salınması eşlik eder ve tüm canlılara zararlıdır.
Sıvı hidrojenin cilt ile teması şiddetli ve ağrılı donma tehlikesi yaratır.