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

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

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.

students-library.com

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, Cl_2,, 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 %)

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, N_2, 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: Н_2, Не, СН₂,_{NН2, 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:

4. процессы рождения и преобразования атомов;

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

6. 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, Cl_2,, 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 %)

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, N_2, 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: Н_2, Не, СН₂,_{NН2, 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.

textarchive.ru

Химические элементы в солнечной системе

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.
   

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, Cl_2,, 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.

(в весовых %)

Это свидетельствует о генетическом единстве вещества Солнечной системы.

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, N_2, 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: Н_2, Не, СН₂,_{NН2, 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:

4. 
   процессы рождения и преобразования атомов;
   
5. 
   процессы распределения уже готовых атомов под влиянием таких космических причин, как тяготение, световое давление, действие электромагнитных пролей;
   
6. 
   перераспределение групп атомов, электронов, молекул согласно законам физико-химического равновесия.
   

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, Cl_2,, 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.

(в весовых %)

Это свидетельствует о генетическом единстве вещества Солнечной системы.

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, N_2, 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: Н_2, Не, СН₂,_{NН2, 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.

konesh.ru

Самое распространенное вещество во Вселенной: sly2m

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.

sly2m.livejournal.com

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.

Следующая глава >

bio.wikireading.ru

Химический состав солнечной системы — Вселенная — От плоской Земли до квазаров

vsln.ru