Наиболее распространен в солнечной системе элемент: Химические элементы солнечной системы и их распространенность

Химические элементы солнечной системы и их распространенность

Происхождение и развитие Земли есть часть космической истории атомов химических элементов, истории, начало которой еще не расшифровано с достаточной полнотой и представляет собой важнейшую проблему астрофизики и космохимии. Химический состав пашей планеты сформировался в результате космической эволюции вещества солнечной системы, в ходе которой возникли определённые пропорции количественных соотношений атомов.

В связи с этим нас в первую очередь должен интересовать вопрос о современных количественных соотношениях атомов химических элементов в пределах нашей солнечной системы, поскольку именно количественные соотношения являются одной из существенных причин, определивших природу данного конкретного тела солнечной системы, и фактором дальнейшего его развития. Между распространенностью элементов и формами нахождения их в природе существует глубокая и тесная связь. Космическое обилие водорода и кислорода конкретно выразилось в возникновении поды на нашей планете н многочисленных окислов. Относительно повышенная распространенность углерода была одной из причин, определивших большую вероятность возникновения жизни в прошлых природных системах. Обилие кремния, магния и железа способствовало образованию в земной коре и в метеоритах необычайно распространенных силикатов. Наконец, обилие железа как ведущего металла солнечной системы наложило глубокий отпечаток па свойства, среднюю плотность и химический состав в целом планет земного типа, железных и железокаменных метеоритов.

Основными источниками сведений о распространении химических элементов в солнечной системе служат данные о составе Солнца, полученные с помощью спектрального анализа, данные химических анализов, проведенных в лабораториях по материалу земной коры, метеоритов и пород поверхности Лупы.

Распространенность элементов может быть представлена в виде таблицы или графика. В настоящее время космическую распространенность элементов в природной системе принято выражать в атомных соотношениях. Так, количество атомов данного химического элемента в определенной природной системе выражается по отношению к кремнию. Кремний выбран потому, что он принадлежит к труднолетучим и в то же время распространенным элементам.

Так, совершенно очевидно, что распространенность элементов характеризуется резкими контрастами. Например, атомов бериллия в миллион раз меньше, чем атомов кислорода. В то же время общий характер распространенности имеет глубокую связь с ведущим атомным параметром — порядковым номером или зарядом. В данном случае совершенно очевидно выступают следующие закономерности.

  1. Распространенность элементов неравномерно убывает с увеличением порядкового номера.
  2. Четные элементы (с четным Z) более распространены, чем соседние нечетные. Эта закономерность в геохимии и космохимии получила название правила Гаркинса.
  3. Повышенным распространением характеризуются элементы, состоящие в основном из изотопов с массовым числом (Л), которое делится на 4, т. е. кратным 4.

Другая часть максимумов па кривой распространения связана с ядрами, у которых число нейтронов или протонов равно  2, 8, 20, 50, 82 и 126

Эти числа, получившие у физиков название «магических», характеризуют заполненные ядерные оболочки, которые типичны для наиболее устойчивых атомных ядер.

Изложенные выше факты определенно свидетельствуют о зависимости распространения атомов в солнечной системе от состава и свойств их ядер. Это положение весьма ярко выражено видными американскими космохимиками Г. Юри и Г. Зюссом: «Представляется, что распространенность элементов и их изотопов определяется ядерными свойствами и что окружающее нас вещество похоже па золу космического ядерного пожара, в котором оно было создано».

Водород и гелий представляют собой наиболее распространенные и наиболее легкие элементы солнечной системы. Они легко теряются планетами малой массы при любом способе их образования.

Если мы подойдем к оценке состава вещества солнечной системы с точки зрения самых общих свойств элементов, то его можно разделить на две часты: летучую (включающую газы при нормальных условиях) и нелетучую. К летучей относятся H, Не, СО, СО2, О, N и все инертные тазы, к нелетучей — большая часть химических элементов и среди них главные породообразующие и образующие метеориты: Si, Pc, Mg, Са, Al, Ма, Ni.

Метеориты и внутренние планеты нашей системы образуют нелетучую часть солнечного вещества в отношении атомного состава. Такое заключение базируется на всем известном аналитическом материале. А. П. Виноградов, критически обобщивший данные, по распространению атомов Солнца и каменных метеоритов на 1962 г., показал, что материал планет нашей солнечной системы есть часть, непосредственно выброшенная самим Солнцем, и что он не был захвачен из других областей галактики. Наблюдаемые реальные различия в составе планет и метеоритов — результат вторичных процессов, связанных с дифференциацией и фракционированием первичного однородного солнечного вещества.

Нелетучую часть солнечного вещества лучше всего отражают наиболее распространенные каменные метеориты — хондриты.

Сопоставление на основании современных данных распространения нелетучих элементов в веществе Солнца и в обыкновенных хондритах хорошо изучено. Очевидно, что согласие между хондритами и Солнцем, за немногим исключением, является полным. Эти данные свидетельствуют о глубоком единстве вещества Солнца и метеоритов, что связано с историей возникновения солнечной Системы.

Однако наиболее убедительные доводы в пользу генетического единства всего вещества солнечной системы мы находим в изотопном составе химических элементов. Большинство устойчивых элементов представлено более чем одним изотопом, и число их зависит от четного или нечетного значения Z. Наличие изотопов связано с тем, что в атомном ядре при одинаковом количестве протонов может быть разное число нейтронов. Наибольшее число изотопов характерно для химических элементов середины периодической системы (так, олово состоит на 10 изотопов, ксенон — из 9). Элементы с четными порядковыми номерами содержат больше изотопов, чем элементы с нечетными. Стабильные элементы с нечетным Z имеют только один или два стабильных изотопа. Легкие элементы Z < 20 и очень тяжелые Z > 81 имеют меньше изотопов, чем элементы середины периодической системы в области значений Z от 28 до 81.

Изотопный состав целого ряда элементов, изученный материале метеоритов. Луны и Земли, оказался одинаковым. Например, изотопный состав С, О, Si, Cl, Fe, Ni, Со, К, Си, Ga, Ва оказался практически одинаковым для вещества Земли и метеоритов. Что касается самого Солнца, то для него с небольшой точностью по некоторым молекулярным спектрам удалось определить изотопный состав углерода как отношение С12 — С13. Результаты этих исследований показали, что изотопный состав солнечного углерода практически такой же, как и па Земле. В то же время изотопный состав углерода других звездных миров отличается от углерода нашей солнечной системы. Особый интерес представляет изучение изотопных соотношений в материале солнечного ветра, который представляет собой ноток атомов и конов, выбрасываемых непосредственно Солнцем в мировое пространство. В течение веков материал солнечного ветра накапливался в веществе лунного грунта, обогатившегося инертными газами у самой поверхности. Эти газы можно рассматривать непосредственно как часть солнечного вещества, ибо более глубокие горизонты лунного грунта резко обеднены инертными газами. Измерения показали, что изотопный состав инертных газов вещества Солнца, метеоритов и Земли по существу одинаков в пределах ошибок эксперимента.

Таким образом, современные данные о распространении элементов и их изотопов в изученных космических объектах и материале Земли говорят о генетическом единстве — кровном родстве всего вещества солнечной системы.

В настоящее время химические элементы в солнечной системе и различных ее телах образуют определенные соединения, которые находятся в разных агрегатных состояниях, формируя газовые, жидкие и твердые тела планет в зависимости от физических условий бытия самих планет и их состава. Пропорция твердых, жидких и газовых состоянии в разных телах солнечной системы определяется также свойствами элементов, находящихся в свободном пли в химически связанном состоянии в той пли другой фазе.

Так, Солнце представляет собой газовый шар с температурой поверхности 3000° К, которая повышается к центру. Эта температура превышает температуру кипения любого материала. Поэтому вещество Солнца представляет собой ионизированный горячий газ. Большая часть массы Солнца состоит из водорода и гелия. Поэтому само Солнце мы вправе рассматривать как раскаленную водородно-гелиевую газовую сферу, слегка разбавленную примесью остальных химических элементов.

Непосредственно в планетах солнечной системы мы наблюдаем либо холодные газы, либо твердые тела. Из всех планет па Венере обнаружена самая теплая атмосфера. Газы составляют атмосферы разных планет. Менее распространенными являются жидкости. Это вода па нашей планете и, возможно, па других планетах в ограниченном количестве, а также, вероятно, жидкий металлический расплав в некоторых внутренних планетах земного типа.

Учитывая распространенность элементов и основные формы нахождения их в солнечной системе в широком диапазоне температур, можно наиболее распространенные в системе элементы подразделить на породообразующие — образующие твердые тела, летучие элементы и инертные газы. В табл. 1 приводятся данные по распространению химических элементов в солнечной системе в порядке их классификации на породообразующие, летучие и инертные газы. Породообразующие элементы слагают основную массу каменных тел солнечной системы: метеориты, земную кору, лунные породы и главную массу планет земного типа. Летучие элементы являются характерными элементами солнечного вещества. При низких температурах атомы их образуют молекулярные соединения, которые также являются в основном летучими и находятся в виде газов при температурах свыше 0° С. Однако в интервале температур от —10° до —200° С многие из них замерзают, переходя в твердое состояние. Инертные газы ко вступают в химические соединения с другими элементами и остаются в газовом состоянии даже при самых низких космических температурах в пределах нашей солнечной системы.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Таким образом, можно видеть контрасты в составе земной коры, Земли, Солнца и метеоритов, что отражает историю их формирования, включавшую фракционирование и дифференциацию химических элементов. Наша Земля и метеориты сохранили летучие элементы в той стапеля, в какой они проявили свою химическую активность (например, Н, О, С). Инертные газы по существу чужды нашей планете. В метеоритах они также распространены мало.

Подводя итог сказанному о распространении и распределении химических элементов в солнечной системе, можно считать, что все ее тела построены в основном из немногих элементов. Наиболее распространенные ограничиваются номером 28 периодической системы.

Распространенность элементов в Солнечной системе

Исследование химического состава Солнца производится методами спектрального анализа. Это очень сложная работа, так как при условиях, существующих на Солнце, атомы элементов сильно ионизованы (так, атом железа теряет до 9 электронов).

Атмосфера Солнца находится в постоянном движении. Температуры фотосферы, хромосферы, солнечной короны резко различаются. Тем не менее, химический состав Солнца установлен достаточно полно. На Солнце обнаружено 72 элемента. Содержание 60 элементов определено достаточно надежно, но для элементов с атомной массой выше 57 данные менее точны.

Больше всего на Солнце водорода — почти 75% массы. Гелия содержится около 24%, лишь 1-2% приходится на все остальные элементы. Хотя 1% от солнечной массы — это не так уж и мало.

Масса Солнца равна 1,9910 г. Сотая доля этой массы составляет 1,991031 г, или 1,991 025т, что составляет величину, в 3350 раз превышающую массу Земли. Довольно много на Солнце кислорода, углерода, азота, натрия, железа, никеля, мало лития. Бор и фтор обнаружены в соединении с водородом. Радия, урана, висмута, рения ничтожно мало, а радиоактивных элементов, получаемых в условиях Земли искусственно (прометия, астата), а также галогенов, кроме фтора, не обнаружено. В атмосфере Солнца на один атом кислорода

приходится:

 

водорода

560 атомов;

алюминия

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

0,0040 атома;

углерода

0,37 атома;

кремния

0,037 атома;

азота

0,76 атома;

серы

0,01 6 атома;

магния

0,062 атома;

калия

0,00029 атома;

натрия

0,0035 атома;

кальция

0,0031 атома.

Химический анализ планет, окружающих Солнце, еще более труден, так как планеты светят только отраженным солнечным светом, и о их составе приходится судить по спектрам отражения. Эти спектры сложны для расшифровки и часто не дают однозначных ответов. Расширили возможности изучения состава планет, их атмосфер межпланетные космические станции.

Таблица 3.2 Плотности планет Солнечной системы

Планета

р, 3 г/см3

Планета

р,3 г/см3

Планета

г/см3

Меркурий

5,62

Луна

3,35

Нептун

2,43

Венера

5,15

Юпитер

1,35

Плутон

Земля

5,517

Сатурн

0,71

   

Марс

4,00

Уран

1,60

   

Сначала высказывались мнения о том, что все планеты Солнечной системы имеют одинаковый состав, но уже сравнение плотностей показало, что состав различается (см. табл. 3.2).

Меркурий, Венера, Земля, Марс, Луна — твердые тела. Они образованы силикатными, алюмосиликатными, карбонатными и другими минералами, составляющими их поверхностные слои. Внутри этих планет находится ядро, образованное более тяжелыми породами, содержащими элементы с большой атомной массой. Меркурий содержит ферромагнитное ядро и обладает сильным магнитным полем. Общее количество металлического железа, по некоторым данным, в Меркурии составляет около 58%. Венера и Марс, как и Земля, имеют железные ядра, окруженные минеральной, преимущественно силикатной, оболочкой. На Венере много карбонатов, термическое разложение которых привело к накоплению диоксида углерода в атмосфере этой планеты. По данным советских космических станций «Венера-4» — «Венера-7», атмосфера Венеры на 97% состоит из диоксида углерода, содержит около 2% азота, 1 % водяного пара и не более 0,1 % кислорода. Температура на поверхности планеты около 500° С, а давление около 1 00 атм.

Планета Марс имеет атмосферу значительно более разреженную, чем земная. Атмосферное давление на Марсе составляет всего 0,08 земного. Основными составными частями его атмосферы являются азот и диоксид углерода. Кислорода и водяных паров приблизительно в 1 000 раз меньше, чем в земной атмосфере. Вполне возможно, что химический состав соединений, образующих поверхность Марса, похож на земной. Это находит подтверждение в многочисленных экспериментах по моделированию марсианских условий. Это же подтверждают снимки, сделанные с достаточно близкого расстояния с космических станций «Марс» и «Маринер».

Гигантские планеты Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун образованы менее плотными веществами. Основу их составляют водород, гелий, метан, аммиак и другие газы. Cуществование твердого ядра у этих планет нельзя считать доказанным. Спектральные исследования Юпитера, Сатурна,

Урана и Нептуна показали наличие в их атмосферах метана. В атмосферах Юпитера и Сатурна обнаружен также аммиак, который, возможно, есть на Уране и Нептуне, но уже в твердом состоянии. Исследование показало также наличие водорода (около 60%), гелия (36%), неона (около 3%). Кроме того, в атмосфере содержатся сложные молекулы: циановодород, диоксид азота в форме ^О4, вода, сероводород, высокомолекулярные молекулы (пирен, коронен, хризен и др.). Тем не менее, несмотря на многие годы исследований, химический состав планет-гигантов изучен недостаточно.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Самый распространённый элемент во вселенной: появление, свойства

Безусловно, что в нашем понимании вселенная это нечто единое целое. Но имеющее свою структуру и состав. Сюда относятся все небесные тела и объекты, материя, энергия, газ, пыль и многое другое. Все это образовалось и существует, независимо от того, видим ли мы это или ощущаем.

Тёмная материяТёмная материя

Учёные давно рассматривают такие вопросы: Что же образовало такую вселенную? И какие элементы её наполняют?

Сегодня мы поговорим о том, какой элемент самый распространённый во вселенной.

Водород

Оказывается этот химический элемент самый лёгкий в мире. Кроме тго, его одноатомная форма составляет примерно 87% всего состава вселенной. Помимо того, он содержится в большинстве молекулярных соединений. Даже в воде, или, к примеру, он является частью органических веществ. Вдобавок водород выступает особенно важной составляющей частью кислотно-основных реакций.
Кроме того, элемент растворим в большинстве металлах. Что интересно, водород не обладает запахом, цветом и вкусом.

ВодородВодород

В процессе изучения, учёные называли водород горючим газом.
Как только не определяли его. В своё время он носил имя рождающий воду, а затем водотворное вещество.
Лишь в 1824 году ему присвоили название водород.

Во вселенной водород входит в состав 88,6% всех атомов. Остальное в большем количестве составляет гелий. И лишь малая часть это прочие элементы.
Следственно, звёзды и другие газы имеют в своём составе в основном водород.
Кстати, опять же он имеется и в звёздных температурах. Однако в виде плазмы. А в космическом пространстве он представлен в виде молекул, атомов и ионов. Интересно, что водород способен формировать молекулярные облака.

Молекулярное облако ОрионаМолекулярное облако Ориона

Характеристика водорода

Водород уникальный элемент, так как не имеет нейтрон. Он содержит лишь один протон и электрон.
Как указывалось, это самый лёгкий газ. Важно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость. На это не влияет даже температура.
Теплопроводность водорода одна из высоких среди всех газов.
Помимо всего прочего, он хорошо растворим в металлах, что влияет на его способность диффундировать через них. Иногда процесс приводит к разрушению. К примеру, взаимодействие водорода и углерода. В этом случае происходит декарбонизация.

Появление водорода

Возник во вселенной после Большого взрыва. Как и все химические элементы. По теории, в первые микросекунды после взрыва температура вселенной была выше 100 млрд градусов. Что образовало связь трёх кварков. В свою очередь, эта взаимодействие создало протон. Таким образом, возникло ядро атома водорода. В процессе расширения температура упала, и кварки образовали протоны и нейтроны. Так, на самом деле, возник водород.

Связь трёх кварковСвязь трёх кварков

Гелий

В промежутке от 1 до 100 секунд после образования вселенной часть протонов и нейтронов соединилась. Тем самым образовав другой элемент-гелий.
В дальнейшем расширение пространства и как следствие снижение температуры приостановило соединительные реакции. Что важно, они вновь запустились внутри звёзд. Так образовались атомы других химических элементов.
В результате получается, что водород и гелий являются основными двигателями образования остальных элементов.

ГелийГелий

Гелий вообще является вторым по распространённости элементом во вселенной. Его доля составляет 11,3% всего космического пространства.

Свойства гелия

Он, так же как и водород, не имеет запаха, цвета и вкуса. Вдобавок, это второй по лёгкости газ. Но его температура кипения самая низкая из всех известных.

Гелий — это инертный, нетоксичный и одноатомный газ. Теплопроводность его высокая. По этой характеристике он вновь стоит на втором месте после водорода.
Добыча гелия осуществляется методом разделения при низкой температуре.
Интересно, что раньше гелий считали металлом. Но в процессе изучения определили, что это газ. При том, основной в составе вселенной.

Применение гелияПрименение гелия

Все элементы на Земле, за исключением водорода и гелия, породила миллиарды лет назад алхимия звезд, часть которых является ныне неприметными белыми карликами где-то на другой стороне Млечного Пути. Азот наших ДНК, кальций наших зубов, железо нашей крови, углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звезд.

Мы сотворены из звездного вещества.
Карл Саган

Применение элементов

Человечество научилось добывать и применять с пользой для себя химические элементы. Так водород и гелий применяют во многих сферах деятельности. Например в:

  • пищевой промышленности;
  • металлургии;
  • химической промышленности;
  • нефтепереработке;
  • производстве электроники;
  • косметической промышленности;
  • геологии;
  • даже в военной сфере и др.

Как видно, эти элементы играют важную роль в жизни вселенной. Очевидно, само наше существование напрямую зависит от них. Мы знаем, что ежеминутно происходит рост и движение вселенной. И несмотря на то, что они по отдельности небольшие, все вокруг основано из этих элементов.
Поистине, водород и гелий, также как другие химические элементы, уникальны и удивительны. Пожалуй с этим невозможно поспорить.

Самое распространенное вещество во Вселенной: sly2m — LiveJournal

Какое самое распространенное вещество во Вселенной? Подойдем к этому вопросу логически. Вроде бы известно, это водород. Водород H составляет 74% массы вещества Вселенной.

Не будем тут лезть в дебри непознанного, не станем считать Темную Материю и Темную Энергию, поговорим лишь об обычном веществе, о привычных химических элементах, размещенных в (на сегодняшний момент) 118 клеточках таблицы Менделеева.

Водород, как он есть

Атомарный водород H1 это то, из чего состоят все звезды в галактиках, это основная масса нашей привычной материи, которые ученые называют барионной. Барионная материя состоит из обычных протонов, нейтронов и электронов и является синонимом слова вещество.


Но одноатомарный водород не совсем химическое вещество в нашем родимом, земном понимании. Это химический элемент. А под веществом мы обычно имеем ввиду какое-то химическое соединение, т.е. соединение химических элементов. Понятно, что самое простое химическое вещество это соединение водорода с водородом же, т.е. обычный газообразный водород H2, который мы знаем, любим и которым наполняем дирижабли-цеппелины, от чего они потом красиво взрываются.

Гибель Графа Цеппелина «Гинденбурга», США, 6 мая 1937 года

Двухтомный водород H2 заполняет большинство газовых облаков и туманностей космоса. Когда под действием собственной гравитации они собираются в звезды, поднявшаяся температура разрывает химическую связь, превращая его в атомарный водород H1, а все увеличивающаяся температура отрывает электрон e от атома водорода, превращая в ион водорода или просто протон p+. В звездах все вещество находится в виде таких ионов, образующих четвертое состояние материи — плазму.

Опять таки, химическое вещество водород не очень интересная штука, оно слишком простое, давайте поищем что-то более сложное. Соединения, составленные из разных химических элементов.

Следующим по распространенности во Вселенной идет химический элемент гелий He, его во Вселенной 24% от общей массы. По идее, самым распространенным сложным химическим веществом должно быть соединение водорода и гелия, только вот беда, гелий — инертный газ. В обычных и даже не очень обычных условиях гелий не соединятся с другими веществами и сам с собой. Путем хитрых ухищрений его можно заставить вступать в химические реакции, но такие соединения редки и обычно долго не живут.

Значит нужно искать соединения водорода со следующими по распространенности химическими элементами.
На их долю остается лишь 2% массы Вселенной, когда 98% составляют упомянутые водород и гелий.

Третьим по распространению идет не литий Li, как могло бы показаться, глядя на таблицу Менделеева. Следующий по количеству элемент во Вселенной это кислород O, который мы все знаем, любим и дышим в виде двухатомного газа без цвета и запаха O2. Количество кислорода в космосе далеко обгоняет все остальные элементы из тех 2%, что остались за вычетом водорода и гелия, фактически половина остатка, т.е. примерно 1%.

А значит, самым распространенным веществом во Вселенной оказывается (мы вывели данный постулат логически, но это так же подтверждается экспериментальными наблюдениями) самая обыкновенная вода H2O.

H2O

Воды (в основном в замороженном состоянии в виде льда) во Вселенной больше чем чего бы то ни было. За вычетом водорода и гелия, конечно.

Из воды состоит все, буквально все. Наша Солнечная Система тоже состоит из воды. Ну, в смысле Солнце, конечно, состоит в основном из водорода и гелия, из них же собраны газовые планеты гиганты вроде Юпитера и Сатурна. Но вся остальное вещество Солнечной Системы сосредоточено не в каменнеподобных планетах с металлическим ядром типа Земли или Марса и не в каменном поясе астероидов. Основная масса Солнечной Системы в ледяных обломках, оставшихся от ее образования, изо льда состоят кометы, большинство астероидов второго пояса (пояса Койпера) и облако Оорта, находящееся еще дальше.

К примеру известная бывшая планета Плутон (ныне карликовая планета Плутон) на 4/5 частей состоит изо льда.

Понятно, что если вода находится далеко от Солнца или любой звезды, она замерзает и превращается в лед. А если слишком близко, испаряется, становится водяным паром, который уносится солнечным ветром (потоком заряженных частиц испускаемых Солнцем) в удаленные регионы звездной системы, где он замерзает и опять-таки превращается в лед.

Но вокруг любой звезды (повторяю, вокруг любой звезды!) есть зона, где эта вода (которая, опять повторюсь, является самым распространенным веществом во Вселенной) находится в жидкой фазе воды собственно.

Обитаемая зона вокруг звезды, окруженная зонами где слишком горячо и слишком холодно

Жидкой воды во Вселенной до черта. Вокруг любой из 100 миллиардов звезд нашей галактики Млечный Путь есть зоны, называемые Зоной Обитаемости, в которых существует жидкая вода, если там находятся планеты, а они должны там находиться, пусть не у каждой звезды, то у каждой третьей, или даже у каждой десятой.

Скажу больше. Лед может таять не только от света звезды. В нашей Солнечной Системе существует масса лун-спутников, вращающихся вокруг газовых гигантов, где слишком холодно от недостатка солнечного света, но на которые зато действуют мощные приливные силы соответствующих планет. Доказано, что жидкая вода существует на спутнике Сатурна Энцеладе, предполагается, что она есть на спутниках Юпитера Европе и Ганимеде, и наверняка много где еще.

Водяные гейзеры на Энцеладе, снятые пролетающим зондом Кассини

Даже на Марсе ученые предполагают, может существовать жидкая вода в подземных озерах и кавернах.

Вы думаете, я сейчас начну говорить о том, что раз вода является самым распространенным веществом во Вселенной, значит здравствуй иные формы жизни, привет инопланетяне? Нет, как раз наоборот. Мне смешно, когда я слышу заявления некоторых чересчур увлеченных астрофизиков — «ищите воду, найдете жизнь». Или — «на Энцеладе/Европе/Ганимеде есть вода, а значит, наверняка там должна быть и жизнь». Или — в системе Глизе 581 обнаружена экзопланета, находящаяся в обитаемой зоне. Там есть вода, срочно снаряжаем экспедицию в поисках жизни!»

Воды во Вселенной масса. А вот с жизнью по современным научным данным пока как-то не очень.

Происхождение химических элементов в Солнечной системе и человеческом теле: kiri2ll — LiveJournal

Знаменитая фраза Карла Сагана гласит, что мы все сделаны из звездной пыли. Это утверждение, в общем-то, близко к истине. Сразу после Большого взрыва Вселенная состояла из водорода, гелия и небольшого количества лития. Однако эти элементы не годятся для формирования каменных планет. Во Вселенной лишь из водорода и гелия Земля никогда бы не появилась на свет.

К счастью для нас, недра звезд являются настоящей химической кузницей. В ходе реакций синтеза внутри них могут формироваться элементы до железа. Когда звезда превращается в красного гиганта, а затем сбрасывает внешние слои своей атмосферы (стадия планетарной туманности), синтезированные в ее недрах элементы разлетаются по всей галактике и со временем входят в состав газопылевых облаков, из которых рождается следующее поколение звезд и планет.Все, что тяжелее железа, как правило, синтезируется в результате вспышек сверхновых или же столкновения нейтронных звезд. Именно последние являются главным источником появления таких элементов как золото и платина.

Состав остатка сверхновой Кассиопея А


Представленная ниже инфографика подготовлена командой рентгеновского телескопа Chandra. Она демонстрирует источники происхождения химических элементов в Солнечной системе. Оранжевым показаны элементы, возникшие при взрыве массивных звезд, желтым — в недрах умирающих маломассивных звезд вроде нашего Солнца, зеленым — во время Большого взрыва, голубым — при взрыве белых карликов (сверхновые типа Iа), фиолетовым — при слиянии нейтронных звезд, розовым — из-за космических лучей, белым — синтезированные в лабораториях.Что касается человеческого тела, то 65% его массы проходится на кислород. Весь кислород в Солнечной системе обязан своим происхождения сверхновым типа II. То же касается примерно 50% всего кальция и 40% железа. Поэтому почти три четверти элементов в нашем теле родилось во время взрывов массивных звезд. 16.5% приходится на вещество выброшенное красными гигантами, 1% на сверхновые типа Iа. Таким образом, утверждение Сагана соответствует действительности примерно на 90%. Именно такая часть наших тел является продуктом звездной эволюции.

Какой химический элемент наиболее распространен во Вселенной?

Какой химический элемент наиболее распространен во Вселенной?

Наиболее распространенными во Вселенной являются самые легкие элементы – водород и гелий. Солнце, звезды, межзвездный газ по числу атомов на 99 процентов состоят из них. На долю всех других, в том числе самых сложных «тяжелых», элементов приходится менее 1 процента. По массе 76,5 процента приходится на водород, 21,5 процента – на гелий, 0,3 процента – на неон, 0,82 процента – на кислород, 0,34 процента – на углерод, 0,12 процента – на азот, 0,12 процента – на железо, 0,07 процента – на кремний, 0,06 процента – на магний, 0,04 процента – на серу. Остаток – 0,13 процента – приходится на все другие элементы. Таким образом, самым распространенным во Вселенной химическим элементом является водород. Невидимый невооруженным глазом, этот газ может быть обнаружен с помощью радиотелескопов по испускаемым радиоволнам длиной 21 сантиметр. Водород заполняет почти все межзвездное пространство, однако он невероятно разрежен: всего один атом на 10 или даже 100 кубических сантиметров. Тем не менее, поскольку межзвездное пространство огромно, огромен и общий объем газа. Некоторые водородные облака «горячие», они имеют температуру до 7500 градусов, в редких случаях температура водорода доходит до миллионов градусов. Существуют также водородные облака большей плотности, в которых на 1 кубический сантиметр приходится от 10 до 100 атомов. Эти облака гораздо холоднее: их температура может опускаться до – 200 градусов Цельсия.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Химические элементы в солнечной системе распределение элементов в космосе

Софронова Наталья, ученица 8в класса гимназии №3 г. Белгорода

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ

Распределение элементов в космосе

Мы живем на планете Земля, которая обращается вокруг Солнца: без этого светила жизнь на Земле была бы невозможна. Всего у Солнца 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому их называют внутренними планетами, а те, что находятся за Землей – внешними.

Учеными второй половины XVII века был высказан принцип огромного научного значения – мысль о единстве материального состава и природных сил во всем космосе.

В вечном круговороте движутся атомы химических элементов, наполняя видимую область космоса мириадами звезд и рассеянными межзвездным веществом. Видимая застывшей, величественная картина звездного неба отражает лишь одно мгновение в жизни Вселенной. Но ни на одну секунду не останавливаются газовые вихри звездных атмосфер, рассеивающие атомы межгалактического пространства. С громадной скоростью движутся потоки космических лучей, в мощных взрывах громадных космических систем рождаются новые атомы Вселенной.

Ряд причин определяет химический состав космических тел. Из них первостепенное значение имеют следующие:

  1. процессы рождения и преобразования атомов;

  2. процессы распределения уже готовых атомов под влиянием таких космических причин, как тяготение, световое давление, действие электромагнитных пролей;

  3. перераспределение групп атомов, электронов, молекул согласно законам физико-химического равновесия.

Основными источниками сведений о распространении химических элементов в Солнечной системе и ближайшей окрестности Галактики служат данные о составе Солнца и звезд, полученные с помощью спектрального анализа, данных химических анализов, проведенных в лабораториях по горным породам Земли, Луны и метеоритов.

Главные особенности распространения химических элементов в космосе определяется ядерными свойствами их атомов, из которых ведущее значение имеют заряд ядра, число нейтронов, связанная с ними четность и наличие заполненных ядер оболочек.

Наиболее известно и изучено вещество Солнечной системы, в которую входит наша планета. Главная масса вещества всей системы сосредоточена в самом Солнце, которое представляет собой раскаленную водородно-гелевую газовую сферу.

Если подойти к составу вещества Солнечной системы с точки зрения самих общих свойств элементов, то его можно разделить на две части: летучую и нелетучую.

К летучей относятся газы, такие, как Н2, N2, CH4, CO2, H2O, а также все инертные газы и галоиды F2, Cl2,, Br2, I2.

К летучим относятся большинство химических элементов таблицы Д.И. Менделеева как в состоянии свободных атомов, так в виде простейших природных соединений – окислов, сульфидов, силикатов. Наиболее распространенные элементы Солнечной системы, которые в виде простых веществ или простейших соединений не являются летучими, представлены: Si – кремнием, Fe – железом, Mg – магнием, Ca – кальцием, Al – алюминием, Ti – титаном, Vi – никелем. Причем соотношения этих элементов на Солнце близки к состояниям в других химически изученных телах Солнечной системы. Исследованный непосредственно в лабораториях химический состав материала земных пород, метеоритов и Луны показывает, что эти образования состоят в основном из одних и тех же химических элементов. В этом можно убедиться по данным таблицы.

Химический состав земной коры и метеоритов

(в весовых %)

Элемент

Земная кора

Лунная кора

Метеориты

(в среднем)

O – кислород

46,6

42,0

33,0

Si– кремний

27,7

21,0

17,0

Al – алюминий

8 13

4,8

1,1

Fe – железо

5,00

13,0

28,6

Mg – магний

2,09

4,8

13,8

Ca – кальций

3,63

6,8

1,39

Na –натрий

2,83

0,44

0,68

K – калий

2,59

0,17

0,10

Ti – титан

0,44

6,0

0,08

Ni – никель

0,006

0,02

1,68

Это свидетельствует о генетическом единстве вещества Солнечной системы.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ В ПЛАНЕТАХ

Планеты представляют собой космические скопления веществ, способного к многочисленным химическим реакциям. У большинства изученных планет наблюдается общая тенденция распределения химических элементов от периферии к центру – в виде оболочек различного состава. Газовые оболочки составляют атмосферы планет, в случае пребывания воды в жидком состоянии образуется гидросфера – водная жидкая оболочка, самые верхние – твердые – оболочки планет, насколько это известно по данным о Земле и Луне, сложены алюмосиликатными породами, мощные глубинные оболочки представлены различными соединениями кремния, а центральные ядра планет, по-видимому, состоят из металлических фаз с примесью некоторых других элементов. В общем и целом распределение элементов по отдельным зонам планет определяется химическими свойствами самих элементов, полем силы тяжести и термодинамическими условиями, в которых пребывала данная планета от момента своего рождения до настоящего времени.

Все же наши знания о составе планет довольно ограничены. Планеты – тела холодные, поэтому спектральный анализ, давший нам столь обильную информацию о составе звезд, относительно состава сообщил нам очень мало.

Солнце – настоящий гигант! Это колоссальный раскаленный шар из водорода — 70 % и гелия – 28 % с примесью других элементов. В нем непрерывно идут реакции ядерного синтеза, дающие энергию в виде света и тепла. Солнце руководит движением всех членов семейства. Если сложить вместе все планеты, спутники, астероиды и кометы Солнечной системы, это груда все равно окажется в 750 раз легче Солнца.

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета высокой плотности. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы, например аргон и неон. Период собственного вращения равен периоду обращения вокруг Солнца. Поэтому планета оказывается повернутой в сторону Солнца все время одним полушарием. На освещенной стороне Меркурия температура достигает + 420 градусов С днем, до – 200 градусов С ночью. На неосвещенной стороне большинство газов должно замерзать, а на освещенной стороне молекулы газов должны приобретать тепловые скорости, превышающие скорость улетучивания с поверхности планеты. Плотность Меркурия значительно выше плотности Марса, поэтому он должен содержать относительно повышенную пропорцию тяжелых веществ – вероятно, металлов.

Венера – по своим размерам и плотности наиболее близкая сестра Земли. Венера окутана пеленой густых облаков, хорошо отражающих солнечный свет. Атмосфера была обнаружена еще М.В. Ломоносовым. Исследованиями установлено, что атмосфера планеты состоит на 93-97 % из СО2, обнаружено также присутствие О2, N2, Н2О. Содержание азота вместе с инертными газами достигает 2-5 %, а количество кислорода не превышает 0,4 %. Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию поверхности планеты, температура достигает около + 500 градусов С. Наиболее вероятным источником азота на Венере, может быть вулканического происхождения. В условиях обилия СО2 хлорид аммония превращается в карбонат аммония. При окислении же аммиака образуется свободный азот.

Образование небольших количеств свободного кислорода на Венере происходит при разложении молекул воды под действием солнечной радиации. Другой продукт разложения – водород – легко теряется верхними слоями атмосферы. Вследствие этого процесса происходит потеря воды, и Венера медленно высыхает.

Огромное количество СО2 в атмосфере создают парниковый эффект, вследствие которого у поверхности господствуют высокие температуры, т.е., вероятно, вся вода испаряется в атмосферу.

По своим размерам и средней плотности Венера близка к Земле, и в ее глубоких недрах не исключено присутствие металлического ядра, возникшего в результате химической дифференциации.

Земля – самая большая из внутренних планет и в то же время обладает наиболее крупным спутником – Луной, масса которой составляет 1/81 массы самой Земли. Согласно современным космогоническим представлениям, Земля образовалась 4,5 млрд. лет назад путем гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержащего все известные в природе химические элементы. Большую часть поверхности земли занимает Мировой океан – 361 млн. км или 71 %, суша составляет 149 млн. км или 29 %.

Одно из особенности Земли как планеты ее магнитное поле. Наша планета окружена обширной атмосферой. По своему составу азотно-кислородная атмосфера Земли отражает существование биосферы, коренным образом изменившей баланс газов в верхней оболочке планеты по сравнению с другими планетами, лишенными жизни. Химический состав атмосферы Земли (в объемных %) представляется в следующем виде:

N2 азот –78, 084;

O2 кислород – 20,946;

CO2 углекислота – 0, 033;

Ar аргон – 0, 934;

H2O вода – переменное содержание.

Кислород атмосферы Земля является продуктом фотосинтеза, который происходит в зеленых растениях Мирового океана и суши. При этом основными питательными веществами растений является вода (Н2О) и углекислота (СО2 ). Реакцию фотосинтеза в сокращенном виде можно записать следующим образом : Н2О + СО2 – СН2 О + О2.

Химическая природа отдельных оболочек соответствует химически дифференцированному земному шару, который разделен на две основные части – мощную силикатно-окисную твердую мантию и жидкое металлическое в основном ядро, занимающее 1/3 массы всей планеты.

По современным оценкам геохимиков, наш земной шар характеризуется следующим элементарным составом (в весовых %):

Железо – 35,39;

Кислород – 27,79;

Кремний – 12,64;

Магний – 17,00;

Никель – 2,07;

Сера – 2,74;

Кальций – 0,61;

Алюминий – 0,44;

Натрий – 0,14;

Хром – 0,01;

Кобальт – 0,20;

Фосфор – 0,03;

Калий – 0,07;

Титан – 0,04.

По этим данным можно судить, что Земля сложена из немногих элементов начала периодической системы Д.И. Менделеева, но в целом повторяет особенности распространения химических элементов в космических системах.

Марс наиболее удален от Солнца и обладает наиболее низкой средней плотностью. Отражательная способность Марса невелика (16 %), однако выше, чем у Меркурия и Луны, что свидетельствует о более светлом материале, из которого сложена его поверхность. Марс наполовину состоит из окислов железа: планета словно бы проржавела. Мелкая пыль на ее поверхности – гидроксид железа, который придает розоватый оттенок. Зимой на Марсе мороз — 120 градусов С, летом температура + 5 градусов С. Жидкой воды нет. На нем имеется весьма разреженная атмосфера, довольно прозрачная, позволяющая производить наблюдения его поверхности. В атмосфере Марса обнаружена углекислота. В полярной области Марса периодически возникает белое пятно. Исследования показали, что полярные шапки Марса состоят не из углекислоты, а из замороженной воды в виде снега или инея.

Юпитер – пятая по расстоянию от солнца и самая большая планета Солнечной системы. У Юпитера нет твердой поверхности, а Красное пятно имеет вихревую структуру и вращается как циклон – это чистое атмосферное явление. Атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В атмосфере Юпитера есть и другие химические элементы в виде простых соединений: метан, аммиак, вода, гидросульфит аммония.

Сатурн – вторая по величине среди планет Солнечной системе. Имеет очень низкую среднюю плотностью, планета состоит главным образом из водорода и гелия. Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана – 184 градусов С, из твердых частичек которого скорее всего состоит облачный слой планеты. Сатурн окружен кольцами. Плотная система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью.

Уран – седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. Уран имеет горячее ядро из металлов и силикатов, но, в отличие от остальных, своего тепла оно не выделяет. В его атмосфере довольно много водяного пара. Температура на Уране точнее, на видимой поверхности облаков – около — 215 градусов С. В таких условиях газы замерзают

Нептун – восьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. В центре Нептуна, согласно расчетам имеется тяжело ядро из силикатов, металлов и других элементов. Планета главным образом состоит из водорода и гелия с примесью соединений других химических элементов. Хотя температура верхних слоев атмосферы Нептуна более чем леденящая – 210 градусов С, она была бы еще ниже, не выделяй он 2,7 раза больше энергии, чем получает от солнца.

Плутон – наиболее удален от Солнца. Его холодная поверхность слабо освещена Солнцем. Вся планета покрыта слоем метанового льда толщиной в несколько километров, а под ним, вероятно, лежит слой обычного водяного льда. В зимний период температура опускается до – 240 градусов С. Летом у Плутона образуется разреженная газовая оболочка и состоит она из метана, аргона и азота. Плутон окрашен в голубой цвет. Плутон имеет твердое каменное ядро которое окружено прочным ледяным панцирем.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ планет

И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Разные планеты земного шара имеют разный химический состав. Так, Меркурий, Венера и Земля сложены из более плотного материала, чем Марс и Луна. Различие состава внутренних планет, по всей вероятности, определяется различным соотношением силикатного и металлического материала. Более плотные планеты содержат больше металлического железа, менее плотные – меньше.

По составу, строению и размерам внешние планеты Солнечной системы резко отличаются от внутренних планет земной группы. В краевых частях Солнечной системы вокруг Солнца движутся гигантские планеты – Юпитер, Сатурн и Нептун. На поверхности этих планет господствуют очень низкие температуры, способствующие конденсации некоторых газов. Все внешние планеты окутаны мощными атмосферами, которые, состоят главным образом из водорода и его соединений с другими распространенными элементами (СН4, NН3), а также из Не. Огромное количество и состав этих газов свидетельствует о родстве вещества больших планет с веществом Солнца. По всей вероятности,

крупные планеты возникли при сгущении непосредственно солнечного вещества, без существенной дифференциации и фракционирования. Газы больших планет – первичного космического происхождения в отличие от газов планет внутренней группы, которые имеют атмосферы вторичного происхождения, обусловленные процессами, протекающими в самих планетах.

Все гигантские планеты имеют спутники, преимущественно твердые, в большинстве своем лишенные атмосфер и по природе близкие к внутренним планетам. Многие газы на больших планетах превращаются в твердые системы.

Таким образом, гигантские внешние планеты Солнечной системы по своему составу во многом близки к составу Солнца. Они сложены преимущественно из легких летучих компонентов: Н2, Не, СН2,2, Н2О. Сохранность этих веществ в составе больших планет, а также низкими температурами внешних краевых областей солнечной туманности, от которой они произошли.

Современный химический состав планет и их оболочек – результат процесса образования Солнечной системы. Важнейшие выводы вытекающие из последних достижений науки, заключаются в следующем:

— планеты Солнечной системы возникли из того же вещества, что и Солнце. Различие состава отдельных тел Солнечной системы связано с позднейшими процессами перераспределения химических элементов,

— исходный материал для построения планет Солнечной системы был первоначально представлен разоблаченными и ионизированными атомами. Это был в основном звездный газ, и только впоследствии (при его охлаждении) возникли молекулы, жидкие капли, твердые тела (частицы),

— различие плотности планет Солнечной системы отражает различие их состава. Ближайшие к Солнцу планеты содержат повышенное количество металлического железа и меньшую долю силикатов. Далекие от Солнца гигантские планеты состоят преимущественно из наиболее легких веществ – космических газов. Это указывает на фракционирование первичного материала: вблизи Солнца сохранились преимущественно тугоплавкие вещества, а вдали от него – менее тугоплавкие.

Наиболее сложный путь химической эволюции выдержала наша планета – Земля. Химические реакции на поверхности ее привели к образованию сложных высокомолекулярных соединений углерода, которые создали основу жизни. Возникновение жизни на Земле и процессов фотосинтеза изменило состав первичной атмосферы нашей планеты до неузнаваемости. Углекислая восстановительная атмосфера Земли превратилась в азотно-кислородную, что отличает ее от атмосферы других планет Солнечной системы.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ

Распределение элементов в космосе

Мы живем на планете Земля, которая обращается вокруг Солнца: без этого светила жизнь на Земле была бы невозможна. Всего у Солнца 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому их называют внутренними планетами, а те, что находятся за Землей – внешними.

Учеными второй половины XVII века был высказан принцип огромного научного значения – мысль о единстве материального состава и природных сил во всем космосе.

В вечном круговороте движутся атомы химических элементов, наполняя видимую область космоса мириадами звезд и рассеянными межзвездным веществом. Видимая застывшей, величественная картина звездного неба отражает лишь одно мгновение в жизни Вселенной. Но ни на одну секунду не останавливаются газовые вихри звездных атмосфер, рассеивающие атомы межгалактического пространства. С громадной скоростью движутся потоки космических лучей, в мощных взрывах громадных космических систем рождаются новые атомы Вселенной.

Ряд причин определяет химический состав космических тел. Из них первостепенное значение имеют следующие:

  1. процессы рождения и преобразования атомов;

  2. процессы распределения уже готовых атомов под влиянием таких космических причин, как тяготение, световое давление, действие электромагнитных пролей;

  3. перераспределение групп атомов, электронов, молекул согласно законам физико-химического равновесия.

Основными источниками сведений о распространении химических элементов в Солнечной системе и ближайшей окрестности Галактики служат данные о составе Солнца и звезд, полученные с помощью спектрального анализа, данных химических анализов, проведенных в лабораториях по горным породам Земли, Луны и метеоритов.

Главные особенности распространения химических элементов в космосе определяется ядерными свойствами их атомов, из которых ведущее значение имеют заряд ядра, число нейтронов, связанная с ними четность и наличие заполненных ядер оболочек.

Наиболее известно и изучено вещество Солнечной системы, в которую входит наша планета. Главная масса вещества всей системы сосредоточена в самом Солнце, которое представляет собой раскаленную водородно-гелевую газовую сферу.

Если подойти к составу вещества Солнечной системы с точки зрения самих общих свойств элементов, то его можно разделить на две части: летучую и нелетучую.

К летучей относятся газы, такие, как Н2, N2, CH4, CO2, H2O, а также все инертные газы и галоиды F2, Cl2,, Br2, I2.

К летучим относятся большинство химических элементов таблицы Д.И. Менделеева как в состоянии свободных атомов, так в виде простейших природных соединений – окислов, сульфидов, силикатов. Наиболее распространенные элементы Солнечной системы, которые в виде простых веществ или простейших соединений не являются летучими, представлены: Si – кремнием, Fe – железом, Mg – магнием, Ca – кальцием, Al – алюминием, Ti – титаном, Vi – никелем. Причем соотношения этих элементов на Солнце близки к состояниям в других химически изученных телах Солнечной системы. Исследованный непосредственно в лабораториях химический состав материала земных пород, метеоритов и Луны показывает, что эти образования состоят в основном из одних и тех же химических элементов. В этом можно убедиться по данным таблицы.

Химический состав земной коры и метеоритов

(в весовых %)

Элемент

Земная кора

Лунная кора

Метеориты

(в среднем)

O – кислород

46,6

42,0

33,0

Si– кремний

27,7

21,0

17,0

Al – алюминий

8 13

4,8

1,1

Fe – железо

5,00

13,0

28,6

Mg – магний

2,09

4,8

13,8

Ca – кальций

3,63

6,8

1,39

Na –натрий

2,83

0,44

0,68

K – калий

2,59

0,17

0,10

Ti – титан

0,44

6,0

0,08

Ni – никель

0,006

0,02

1,68

Это свидетельствует о генетическом единстве вещества Солнечной системы.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ В ПЛАНЕТАХ

Планеты представляют собой космические скопления веществ, способного к многочисленным химическим реакциям. У большинства изученных планет наблюдается общая тенденция распределения химических элементов от периферии к центру – в виде оболочек различного состава. Газовые оболочки составляют атмосферы планет, в случае пребывания воды в жидком состоянии образуется гидросфера – водная жидкая оболочка, самые верхние – твердые – оболочки планет, насколько это известно по данным о Земле и Луне, сложены алюмосиликатными породами, мощные глубинные оболочки представлены различными соединениями кремния, а центральные ядра планет, по-видимому, состоят из металлических фаз с примесью некоторых других элементов. В общем и целом распределение элементов по отдельным зонам планет определяется химическими свойствами самих элементов, полем силы тяжести и термодинамическими условиями, в которых пребывала данная планета от момента своего рождения до настоящего времени.

Все же наши знания о составе планет довольно ограничены. Планеты – тела холодные, поэтому спектральный анализ, давший нам столь обильную информацию о составе звезд, относительно состава сообщил нам очень мало.

Солнце – настоящий гигант! Это колоссальный раскаленный шар из водорода — 70 % и гелия – 28 % с примесью других элементов. В нем непрерывно идут реакции ядерного синтеза, дающие энергию в виде света и тепла. Солнце руководит движением всех членов семейства. Если сложить вместе все планеты, спутники, астероиды и кометы Солнечной системы, это груда все равно окажется в 750 раз легче Солнца.

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета высокой плотности. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы, например аргон и неон. Период собственного вращения равен периоду обращения вокруг Солнца. Поэтому планета оказывается повернутой в сторону Солнца все время одним полушарием. На освещенной стороне Меркурия температура достигает + 420 градусов С днем, до – 200 градусов С ночью. На неосвещенной стороне большинство газов должно замерзать, а на освещенной стороне молекулы газов должны приобретать тепловые скорости, превышающие скорость улетучивания с поверхности планеты. Плотность Меркурия значительно выше плотности Марса, поэтому он должен содержать относительно повышенную пропорцию тяжелых веществ – вероятно, металлов.

Венера – по своим размерам и плотности наиболее близкая сестра Земли. Венера окутана пеленой густых облаков, хорошо отражающих солнечный свет. Атмосфера была обнаружена еще М.В. Ломоносовым. Исследованиями установлено, что атмосфера планеты состоит на 93-97 % из СО2, обнаружено также присутствие О2, N2, Н2О. Содержание азота вместе с инертными газами достигает 2-5 %, а количество кислорода не превышает 0,4 %. Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию поверхности планеты, температура достигает около + 500 градусов С. Наиболее вероятным источником азота на Венере, может быть вулканического происхождения. В условиях обилия СО2 хлорид аммония превращается в карбонат аммония. При окислении же аммиака образуется свободный азот.

Образование небольших количеств свободного кислорода на Венере происходит при разложении молекул воды под действием солнечной радиации. Другой продукт разложения – водород – легко теряется верхними слоями атмосферы. Вследствие этого процесса происходит потеря воды, и Венера медленно высыхает.

Огромное количество СО2 в атмосфере создают парниковый эффект, вследствие которого у поверхности господствуют высокие температуры, т.е., вероятно, вся вода испаряется в атмосферу.

По своим размерам и средней плотности Венера близка к Земле, и в ее глубоких недрах не исключено присутствие металлического ядра, возникшего в результате химической дифференциации.

Земля – самая большая из внутренних планет и в то же время обладает наиболее крупным спутником – Луной, масса которой составляет 1/81 массы самой Земли. Согласно современным космогоническим представлениям, Земля образовалась 4,5 млрд. лет назад путем гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержащего все известные в природе химические элементы. Большую часть поверхности земли занимает Мировой океан – 361 млн. км или 71 %, суша составляет 149 млн. км или 29 %.

Одно из особенности Земли как планеты ее магнитное поле. Наша планета окружена обширной атмосферой. По своему составу азотно-кислородная атмосфера Земли отражает существование биосферы, коренным образом изменившей баланс газов в верхней оболочке планеты по сравнению с другими планетами, лишенными жизни. Химический состав атмосферы Земли (в объемных %) представляется в следующем виде:

N2 азот –78, 084;

O2 кислород – 20,946;

CO2 углекислота – 0, 033;

Ar аргон – 0, 934;

H2O вода – переменное содержание.

Кислород атмосферы Земля является продуктом фотосинтеза, который происходит в зеленых растениях Мирового океана и суши. При этом основными питательными веществами растений является вода (Н2О) и углекислота (СО2 ). Реакцию фотосинтеза в сокращенном виде можно записать следующим образом : Н2О + СО2 – СН2 О + О2.

Химическая природа отдельных оболочек соответствует химически дифференцированному земному шару, который разделен на две основные части – мощную силикатно-окисную твердую мантию и жидкое металлическое в основном ядро, занимающее 1/3 массы всей планеты.

По современным оценкам геохимиков, наш земной шар характеризуется следующим элементарным составом (в весовых %):

Железо – 35,39;

Кислород – 27,79;

Кремний – 12,64;

Магний – 17,00;

Никель – 2,07;

Сера – 2,74;

Кальций – 0,61;

Алюминий – 0,44;

Натрий – 0,14;

Хром – 0,01;

Кобальт – 0,20;

Фосфор – 0,03;

Калий – 0,07;

Титан – 0,04.

По этим данным можно судить, что Земля сложена из немногих элементов начала периодической системы Д.И. Менделеева, но в целом повторяет особенности распространения химических элементов в космических системах.

Марс наиболее удален от Солнца и обладает наиболее низкой средней плотностью. Отражательная способность Марса невелика (16 %), однако выше, чем у Меркурия и Луны, что свидетельствует о более светлом материале, из которого сложена его поверхность. Марс наполовину состоит из окислов железа: планета словно бы проржавела. Мелкая пыль на ее поверхности – гидроксид железа, который придает розоватый оттенок. Зимой на Марсе мороз — 120 градусов С, летом температура + 5 градусов С. Жидкой воды нет. На нем имеется весьма разреженная атмосфера, довольно прозрачная, позволяющая производить наблюдения его поверхности. В атмосфере Марса обнаружена углекислота. В полярной области Марса периодически возникает белое пятно. Исследования показали, что полярные шапки Марса состоят не из углекислоты, а из замороженной воды в виде снега или инея.

Юпитер – пятая по расстоянию от солнца и самая большая планета Солнечной системы. У Юпитера нет твердой поверхности, а Красное пятно имеет вихревую структуру и вращается как циклон – это чистое атмосферное явление. Атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В атмосфере Юпитера есть и другие химические элементы в виде простых соединений: метан, аммиак, вода, гидросульфит аммония.

Сатурн – вторая по величине среди планет Солнечной системе. Имеет очень низкую среднюю плотностью, планета состоит главным образом из водорода и гелия. Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана – 184 градусов С, из твердых частичек которого скорее всего состоит облачный слой планеты. Сатурн окружен кольцами. Плотная система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью.

Уран – седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. Уран имеет горячее ядро из металлов и силикатов, но, в отличие от остальных, своего тепла оно не выделяет. В его атмосфере довольно много водяного пара. Температура на Уране точнее, на видимой поверхности облаков – около — 215 градусов С. В таких условиях газы замерзают

Нептун – восьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. В центре Нептуна, согласно расчетам имеется тяжело ядро из силикатов, металлов и других элементов. Планета главным образом состоит из водорода и гелия с примесью соединений других химических элементов. Хотя температура верхних слоев атмосферы Нептуна более чем леденящая – 210 градусов С, она была бы еще ниже, не выделяй он 2,7 раза больше энергии, чем получает от солнца.

Плутон – наиболее удален от Солнца. Его холодная поверхность слабо освещена Солнцем. Вся планета покрыта слоем метанового льда толщиной в несколько километров, а под ним, вероятно, лежит слой обычного водяного льда. В зимний период температура опускается до – 240 градусов С. Летом у Плутона образуется разреженная газовая оболочка и состоит она из метана, аргона и азота. Плутон окрашен в голубой цвет. Плутон имеет твердое каменное ядро которое окружено прочным ледяным панцирем.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ планет

И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Разные планеты земного шара имеют разный химический состав. Так, Меркурий, Венера и Земля сложены из более плотного материала, чем Марс и Луна. Различие состава внутренних планет, по всей вероятности, определяется различным соотношением силикатного и металлического материала. Более плотные планеты содержат больше металлического железа, менее плотные – меньше.

По составу, строению и размерам внешние планеты Солнечной системы резко отличаются от внутренних планет земной группы. В краевых частях Солнечной системы вокруг Солнца движутся гигантские планеты – Юпитер, Сатурн и Нептун. На поверхности этих планет господствуют очень низкие температуры, способствующие конденсации некоторых газов. Все внешние планеты окутаны мощными атмосферами, которые, состоят главным образом из водорода и его соединений с другими распространенными элементами (СН4, NН3), а также из Не. Огромное количество и состав этих газов свидетельствует о родстве вещества больших планет с веществом Солнца. По всей вероятности,

крупные планеты возникли при сгущении непосредственно солнечного вещества, без существенной дифференциации и фракционирования. Газы больших планет – первичного космического происхождения в отличие от газов планет внутренней группы, которые имеют атмосферы вторичного происхождения, обусловленные процессами, протекающими в самих планетах.

Все гигантские планеты имеют спутники, преимущественно твердые, в большинстве своем лишенные атмосфер и по природе близкие к внутренним планетам. Многие газы на больших планетах превращаются в твердые системы.

Таким образом, гигантские внешние планеты Солнечной системы по своему составу во многом близки к составу Солнца. Они сложены преимущественно из легких летучих компонентов: Н2, Не, СН2,2, Н2О. Сохранность этих веществ в составе больших планет, а также низкими температурами внешних краевых областей солнечной туманности, от которой они произошли.

Современный химический состав планет и их оболочек – результат процесса образования Солнечной системы. Важнейшие выводы вытекающие из последних достижений науки, заключаются в следующем:

— планеты Солнечной системы возникли из того же вещества, что и Солнце. Различие состава отдельных тел Солнечной системы связано с позднейшими процессами перераспределения химических элементов,

— исходный материал для построения планет Солнечной системы был первоначально представлен разоблаченными и ионизированными атомами. Это был в основном звездный газ, и только впоследствии (при его охлаждении) возникли молекулы, жидкие капли, твердые тела (частицы),

— различие плотности планет Солнечной системы отражает различие их состава. Ближайшие к Солнцу планеты содержат повышенное количество металлического железа и меньшую долю силикатов. Далекие от Солнца гигантские планеты состоят преимущественно из наиболее легких веществ – космических газов. Это указывает на фракционирование первичного материала: вблизи Солнца сохранились преимущественно тугоплавкие вещества, а вдали от него – менее тугоплавкие.

Наиболее сложный путь химической эволюции выдержала наша планета – Земля. Химические реакции на поверхности ее привели к образованию сложных высокомолекулярных соединений углерода, которые создали основу жизни. Возникновение жизни на Земле и процессов фотосинтеза изменило состав первичной атмосферы нашей планеты до неузнаваемости. Углекислая восстановительная атмосфера Земли превратилась в азотно-кислородную, что отличает ее от атмосферы других планет Солнечной системы.

Самые многочисленные элементы в земной коре

Бенджамин Элиша Саве, 17 июля 2018 г., Окружающая среда

A diagram showing the makeup of the Earth. Схема, показывающая состав Земли.

Жесткий верхний слой Земли называется литосферой. Он состоит из земной коры и самой верхней части мантии. Большая часть геологической деятельности, влияющей на Землю, происходит в литосфере. Это самый жесткий из всех слоев Земли. Литосфера состоит из океанической и континентальной литосфер. Океаническая литосфера состоит из океанической коры, которая формирует дно морей и океанов, а континентальная литосфера состоит из континентальной коры, состоящей из массивов суши.Земная кора важна, поскольку она поддерживает жизнь человека и растений и содержит элементы, такие как алюминий, которые способствуют технологическому развитию. Наиболее распространенные элементы в земной коре представлены ниже:

Самые многочисленные элементы в земной коре

Кислород — 46,6%

Кислород — самый распространенный элемент в земной коре.Кислород составляет 467 100 частей на миллион (частей на миллион) земной коры, или 46,6%. Он существует как основное соединение силикатных минералов, где он соединяется с другими элементами. Он также существует в виде соединения в карбонатах и ​​фосфатах. Кислород используется в промышленных, медицинских и коммерческих целях. Он используется с ацетиленом для резки и сварки металлов. Он используется в больницах для облегчения респираторных заболеваний, а также может использоваться для производства взрывчатых веществ среди других многочисленных применений.

Кремний — 27.7%

Кремний — второй по распространенности элемент, присутствующий в коре, его содержание составляет 276 900 частей на миллион. Он существует как соединение в мантии и коре. В коре он существует в сочетании с кислородом с образованием силикатных минералов. Он находится в песке, который является богатым и легкодоступным ресурсом на Земле. Кремний также получают из кварцита, слюды и талька. Из кремния мы получаем силиконы, используемые, среди прочего, в гидравлических жидкостях, электрических изоляторах и смазках.Твердый кремний в основном используется в качестве полупроводника, особенно в компьютерном оборудовании. Он используется для изготовления транзисторов в электронной промышленности. Кремний используется в алюминиевой промышленности при производстве алюминиевых сплавов. Он используется в производстве керамики, стекла, косметики, инсектицидов, некоторых видов стали и фармацевтических продуктов.

Алюминий — 8,1%

При 80 700 ppm алюминий является третьим по содержанию элементом в земной коре.Алюминий не существует как отдельный элемент, а встречается в виде соединения. Многочисленные соединения алюминия включают оксид алюминия, гидроксид алюминия и сульфат алюминия калия. Алюминий извлекается из его соединений в основном с помощью процессов Байера и Холла-Херу. Элемент идеален из-за его легкого веса, а алюминиевые сплавы широко используются для изготовления фольги для посуды, упаковочных материалов. Он используется в производстве деталей автомобилей, ракет и машин.

Железо — 5%

Железо присутствует в земной коре, и его состав составляет 50 500 частей на миллион.Железо извлекается в виде железных руд, существующих в формах оксида железа, таких как гематит и магнетит. Доменные печи используются для извлечения железа из железной руды. Железо находит широкое применение, например, в производстве стали. Из железа также делают посуду и кухонные принадлежности. Он также используется для производства чугуна и кованого железа, которое широко используется во многих отраслях промышленности. Элемент железа всегда будет реагировать с водой и кислородом, а поверхность железа обычно блестящая и серебристо-серая, но на открытом воздухе оно имеет тенденцию к окислению с образованием гидратированного оксида железа, обычно известного как ржавчина.В чистом виде железо относительно мягкое, оно затвердевает и укрепляется в процессе плавки за счет добавления небольшого процента углерода. Добавление углерода от 0,002% до 2,1% приведет к получению стали, которая может быть в 1000 раз тверже, чем чистое железо.

Чрезмерная добыча ведет к ухудшению состояния окружающей среды

Другие распространенные элементы включают: кальций (36 500 частей на миллион), натрий (27 500 частей на миллион), калий (25 800 частей на миллион), магний (20 800 частей на миллион), титан (6200 частей на миллион) и водород (1400 частей на миллион).Горнодобывающая промышленность предполагает использование массивных машин на поверхности земли. Эти типы техники оставляют открытые карьеры на земле и нарушают хрупкую экологическую систему. Процессы, используемые при добыче элементов, выделяют вредные побочные продукты, такие как тяжелые, токсичные металлы, для морской и наземной жизни. Следовательно, чрезмерная добыча ведет к ухудшению состояния окружающей среды.

Самые многочисленные элементы в земной коре

Титан

46

Рейтинг Элемент Содержание в корке (ppm)
1 Кислород 467,100
2 Кремний 276,900
3 Алюминий 80,700
4 Железо 50,500
5 Кальций 36,500
6 Натрий 27,500
7 Калий 25,800
8 Магний 20800
9 6
10 Водород 1,400
.

Изобилие элементов в земной коре

Элемент Символ Атомный номер % по массе в
Солнечной системе
Процент на Земле Процент в теле человека
Водород H 1 70,6 0,14 9,5
Гелий He 2 27,5 След След
Углерод C 6 0.30 0,03 18,5
Азот N 7 0,11 След 3,3
Кислород O 8 0,59 47 65
Натрий Na 11 0,0033 2,8 0,2
Магний Мг 12 0.0069 2,1 0,1
Фосфор P 15 След 0,07 1
Сера S 16 0,0396 0,03 0,3
Хлор Класс 17 След 0,01 0,2
Калий K 19 След 2.6 0,4
Кальций Ca 20 0,006 3,6 1,5
Железо Fe 26 0,12 5 След

Процентное содержание указанных элементов в процентах по массе. Значения для солнечной системы получены от Арнетта, см. Ниже. Видно, что состав человеческого тела заметно отличается от содержания элементов в земной коре.Элементы, на которых основана жизнь, часто суммируются комбинацией CHONPS, углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора и серы. Обратите внимание, что азот редко встречается на Земле, но является основным компонентом белков, рабочих молекул жизни.

Индекс

Таблицы

Справка по данным
Audesirk & Audesirk
Ch 2, Table 2-1

.

Самые многочисленные элементы в Солнечной системе

Изобилие

Элемент

27 900 000 000

Водород

2,720,000,000

Гелий

23 800 000

Кислород

10 100 000

Углерод

3 440 000

Неон

3 130 000

Азот

1 074 000

Магний

1 000 000

Кремний

Изобилие

Элемент

900 000

Утюг

515 000

Сера

101 000

Аргон

84 900

Алюминий

61 100

Кальций

57 400

Натрий

49 300

Никель

.

Малые тела Солнечной системы

Маленькие тела в солнечной системе включают кометы, астероиды, объекты в поясе Койпера и облако Оорта, малые спутники планет, Тритон, Плутон, Харон и межпланетную пыль. Поскольку считается, что некоторые из этих объектов минимально изменились по сравнению с их состоянием в молодой солнечной туманности, из которой сформировались планеты, они могут дать представление о планете Земля, а также о формировании и эволюции Солнечной системы.

Это впечатляющее изображение кометы Tempel 1 было получено через 67 секунд после того, как она уничтожила космический корабль-ударник
Deep Impact.

Облако Оорта — это сферическая оболочка из миллионов ледяных тел, которая окружает солнечную систему на огромных расстояниях и считается местом рождения долгопериодических комет.

Пояс Койпера — это область, простирающаяся от орбиты Нептуна до дальних и далеких уголков Солнечной системы и, возможно, являющаяся лучшим из имеющихся сведений об исходных межзвездных материалах, которые сформировали солнечную туманность. Этот регион за Нептуном также является наиболее вероятным местом рождения короткопериодических комет.

Кометы — это нетронутые остатки образования Солнечной системы, состоящие из минералов, горных пород и в основном льда, похожие на грязный снежный ком. Они движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам и могут наклоняться к плоскости Солнечной системы под любым углом. Кометы могут давать хвосты, простирающиеся на многие десятки миллионов миль во время самого близкого приближения к Солнцу. Считается, что короткопериодические кометы происходят из пояса Койпера на окраине орбиты Нептуна и далее, а более длиннопериодические кометы — из облака Оорта, огромной сферической оболочки, окружающей Солнечную систему на огромном расстоянии.Недавние встречи космических кораблей с кометами, кажется, вызывают больше вопросов, чем ответов, а некоторые находки являются весьма неожиданными. НАСА нацелено на некоторые из этих тел с помощью космических кораблей, загруженных приборами, которые помогают разгадывать секреты, скрывающиеся в этих ледяных телах.

Плутон находится в поясе Койпера. С орбитой, наклоненной к плоскости Солнечной системы, Плутон, скорее всего, эволюционировал от сплющенного диска Солнца, где сформировались более крупные тела (или планеты). Орбита Плутона пересекает орбиту Нептуна, что означает, что Плутон также является членом класса транснептуновых объектов (TNO).Система Плутона очень экзотична, в ней три спутника, включая Харон, открытый в 1978 году, и Никс и Гидру, открытые в 2005 году.

Астероиды — это скалистые остатки образования Солнечной системы. Они не имеют сферической формы, имеют разный состав и историю. Большинство, хотя и не все астероиды, находятся в области между Марсом и Юпитером, где вокруг Солнца вращаются многочисленные другие небольшие скалистые миры. Некоторые астероиды принадлежат к группам, которые произошли от более крупных родительских тел, которые были разбиты во время прошлых столкновений с другими астероидами.Некоторые из них находятся на орбитах, которые пересекаются с орбитами Земли или других планет. Астероиды, пересекающие орбиту Земли, называются потенциально опасными астероидами (PHA), и чем больше мы наблюдаем за небом, тем больше их мы находим, причем некоторые из них видны впервые сразу после прохождения вблизи Земли.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *