Keemiliste elementide tekkimise allikad ruumis. Kosmose keemia
Kosmokeemia Kosmokeemia on teadus keemiline koostis kosmilised kehad, keemiliste elementide arvukuse ja jaotumise seadused Universumis, aatomite ühinemis- ja migratsiooniprotsessid kosmilise aine tekkimisel. Geokeemia on kosmokeemia enim uuritud osa. Kosmokeemia on teadus kosmiliste kehade keemilisest koostisest, keemiliste elementide arvukuse ja jaotumise seadustest Universumis, aatomite ühinemis- ja migratsiooniprotsessidest kosmilise aine tekkimisel. Geokeemia on kosmokeemia enim uuritud osa.
Maa keemia Maakoore koostis sisaldab: O – 46,6% Ca – 3,63% Al – 8,13% Na – 2,83% Si – % K – 2,59% Fe – 5,0% Mg – 2,0% Kokku - 98,59%
Meteoriidi keemiline koostis Meie planeedile langenud meteoriitide keemilised analüüsid on andnud märkimisväärseid tulemusi. Kui arvutada Maal levinumate elementide keskmine sisaldus kõigis meteoriitides: raud, hapnik, räni, magneesium, alumiinium, kaltsium, siis moodustavad need täpselt 94%, st meteoriitides on neid võrdne koostisega. maakera.
Tähtedevahelise ruumi keemia Mitte nii kaua aega tagasi eeldas teadus, et tähtedevaheline ruum on tühi. Kogu Universumi aine on koondunud tähtedesse ja nende vahel pole midagi. Meteoriidid ja nende salapärased suguvennad komeedid rändavad ainult Päikesesüsteemis, kusagil tundmatuid teid pidi. Mitte nii kaua aega tagasi tunnistas teadus, et tähtedevaheline ruum on tühi. Kogu Universumi aine on koondunud tähtedesse ja nende vahel pole midagi. Meteoriidid ja nende salapärased suguvennad komeedid rändavad ainult Päikesesüsteemis, kusagil tundmatuid teid pidi. Tähtedevahelise ruumi keemia on üllatavalt keeruline. Kosmosest avastati lihtsaimad radikaalid: näiteks metiin (CH), hüdroksüül (OH). Seal, kus on hüdroksüülrühm, peab olema ka vett ja seda on tegelikult leitud tähtedevahelisest ruumist. Kosmoses on vesi, orgaanilised molekulid (formaldehüüd), ammoniaak. Need ühendid võivad üksteisega reageerides põhjustada aminohapete moodustumist.
Kuu keemia Kuukivid on erilised – nende koostist mõjutab hapnikupuudus. Kuul polnud vaba vett ega atmosfääri. Kõik magmaprotsesside käigus tekkinud lenduvad ühendid lendasid kosmosesse. Kivimeteoriidid koosnevad lihtsatest silikaatidest, mineraalide arv neis küünib vaevalt sajani. Kuu kivimites on mineraale veidi rohkem kui meteoriitides – arvatavasti mitusada. Ja Maa pinnalt on avastatud üle 3 tuhande mineraali. See näitab maapealsete keemiliste protsesside keerukust võrreldes Kuu protsessidega.
Planeetide keemiline koostis Merkuur – Päikesele lähim planeet Merkuur on kaetud Maaga sarnaste silikaatkivimitega. Veenuse atmosfääri koostis on süsinikdioksiid (CO2) umbes 97%, lämmastik (N2) mitte rohkem kui 2%, veeaur (H2O) umbes 1%, hapnik (O2) mitte rohkem kui 0,1%.
Planeetide keemiline koostis Selle planeedi atmosfäär koosneb süsinikdioksiidist, seal on veidi lämmastikku, hapnikku ja veeauru. Nõukogude ja Ameerika teadlased saatsid Marsile automaatsed uurimisjaamad. Marss on külm, elutu, tolmune kõrb. Kõige huvitavam, hämmastav ja salapärane planeet keemilisest vaatenurgast on see Jupiter. Jupiter koosneb 98% vesinikust ja heeliumist. Samuti tuvastati vett, vesiniksulfiidi, metaani ja ammoniaaki.
Planeetide keemiline koostis Uraani atmosfäär koosneb ligikaudu 83% vesinikust, 15% heeliumist ja 2% metaanist. Nagu teistel gaasiplaneetidel, on ka Uraanil pilverihmad, mis liiguvad väga kiiresti. Oma ehituselt ja elementide kogum, millest Neptuuni koosneb, sarnaneb tõenäoliselt Uraaniga: erinevad “jääd” ehk tahkestunud gaasid, mis sisaldavad umbes 15% vesinikku ja vähesel määral heeliumi.Saturni atmosfäär on peamiselt vesinik ja heelium.
METALLID KOSMOSIS Titaan on tänapäeval kõige olulisem konstruktsioonimaterjal. Selle põhjuseks on selle metalli haruldane kerguse, tugevuse ja tulekindluse kombinatsioon. Titaanil põhinedes on lennunduses, laevaehituses ja raketitööstuses loodud palju ülitugevaid sulameid. Titaan on tänapäeval kõige olulisem ehitusmaterjal. Selle põhjuseks on selle metalli haruldane kerguse, tugevuse ja tulekindluse kombinatsioon. Titaanil põhinedes on lennunduses, laevaehituses ja raketitööstuses loodud palju ülitugevaid sulameid.
Fullereenid kosmoses fullereenid süsivesinike hargnenud ahelad fullereenid süsivesinike hargnenud ahelad Fullereene leiti esimest korda väljast Linnutee Esimest korda leiti fullereene väljaspool Linnuteed Fullereene leiti meteoriitidest Fullereene leiti meteoriitidest.
Maal - hapnik, kosmoses - vesinik
Universum sisaldab kõige rohkem vesinikku (74 massiprotsenti). See on säilinud alates Suurest Paugust. Ainult väike osa vesinikust suutis tähtedes muutuda raskemateks elementideks. Maal on kõige levinum element hapnik (46–47%). Suurem osa sellest on seotud oksiidide, peamiselt ränioksiidi (SiO 2) kujul. Maa hapnik ja räni tekkisid massiivsetest tähtedest, mis eksisteerisid enne Päikese sündi. Oma eluea lõpus plahvatasid need tähed supernoovades ja paiskasid nende moodustatud elemendid kosmosesse. Loomulikult sisaldasid plahvatusproduktid palju vesinikku ja heeliumi, aga ka süsinikku. Need elemendid ja nende ühendid on aga väga lenduvad. Noore Päikese lähedal need aurustusid ja kiirgusrõhu tõttu paiskusid nad Päikesesüsteemi äärealadele.
Kümme kõige levinumat elementi Linnutee galaktikas*
* Massiosa miljoni kohta.
Munitsipaalharidusasutus
Keskmine Üldhariduslik kool №7
Buguruslan, Orenburgi piirkond
Essee
teemal:
"Kosmosekeemia"
Lõpetatud
Utegenov Timur
7A klassi õpilane
2011
Plaan:
Sissejuhatus;
Maa keemia;
meteoriitide keemiline koostis;
Tähtede keemiline koostis;
Tähtedevahelise ruumi keemia;
Kuu keemia algus;
Planeetide keemiline koostis;
Sissejuhatus
Kui sulle meeldib tähistaevast vaadata,
Kui see tõmbab sind oma harmooniaga
Ja hämmastab oma tohutult -
See tähendab, et teie rinnus lööb elav süda,
See tähendab, et see suudab resoneerida kõige sisimas,
sõnad elu kohta kosmoses.
Kosmosekeemia kõlab naljakalt, kuid keemia on otseselt seotud paljude inimeste saavutustega kosmoseuuringutes.
B
Ilma arvukate keemikute, tehnoloogide ja keemiainseneride jõupingutusteta hämmastavad konstruktsioonimaterjalid, mis võimaldavad kosmoselaevadel gravitatsioonist üle saada, ülivõimas kütus, mis aitab mootoritel vajalikku võimsust arendada, ning kõige täpsemad instrumendid, instrumendid ja seadmed, mis tagavad kosmose toimimise. orbitaaljaamu poleks loodud.
Kahjuks on inimene õppinud kasutama ainult neid materjale, mis on Maa pinnal, kuid maakera ressursid on ammendunud. Sealt edasi küsimus: "Kas kosmoses on keemilisi elemente, mis on vähemalt natuke sarnased Maa omadega ja kas neid saab kasutada meie enda tarbeks?" See on minu valitud teema asjakohasus.
Töö eesmärgid:
1. Uurib planeetide, tähtede, tähtedevahelise ruumi keemiat.
2. Tutvuge kosmokeemia teadusega.
3.Õpi ja räägi uutest ja huvitavaid fakte seotud kosmosekeemiaga.
4. Kasuta omandatud teadmisi edaspidi.
Tänapäeval on olemas isegi omaette teadus, kosmokeemia. Kosmokeemia on teadus kosmiliste kehade keemilisest koostisest, keemiliste elementide arvukuse ja jaotumise seadustest Universumis, aatomite ühinemis- ja migratsiooniprotsessidest kosmilise aine tekkimisel. Kosmokeemia enim uuritud osa on geokeemia. Kosmokeemia uurib valdavalt "külma" protsesse ainete aatom-molekulaarse interaktsiooni tasandil, samas kui "kuumad" tuumaprotsessid kosmoses - aine plasma olek, nukleogenees (keemiliste elementide moodustumise protsess) tähtede sees jne. peamiselt tegeleb füüsikaga. Kosmokeemia - uus piirkond teadmisi, mis said olulise arengu 20. sajandi 2. poolel. peamiselt tänu astronautika edule. Varem tegid avakosmoses toimuvate keemiliste protsesside ja kosmiliste kehade koostise uuringuid peamiselt spektraalanalüüs Päikese, tähtede ja osaliselt ka planeetide atmosfääri väliskihtide kiirgus. See meetod võimaldas elemendi heeliumi avastada Päikeselt enne selle avastamist Maalt.
1. Maa keemia.
Meie planeeti uurivate geoloogide jaoks on kõige olulisem teada kõige üldisemaid seaduspärasusi, mis määravad aine käitumise maakoore pinnal, selle paksuses ja maakera sügavustes. Geoloog ei saa pimesi otsida. Ta peab ette teadma, kust leiab rauda, kust uraani, kust fosforit, kust kaaliumi. Ta peab teadma, millised tingimused tekitavad Maal süsinikuvarusid: kust otsida kivisütt, kust grafiiti ja kust teemante. Geoloog peab teadma, millised elemendid maapõues üksteisega kaasas käivad, ta peab teadma erinevate elementide ühislademete tekkeseadusi.
Keerulistes tohututes keemilistes protsessides, mis on maakoores ja selle pinnal toimunud sadu miljoneid aastaid ja kestavad tänapäevani, on perioodilisuse tabelis oma asukoha poolest sarnastel elementidel sarnane geokeemiline saatus. See võimaldab geokeemikutel jälgida nende liikumist maapõues ja välja selgitada seadused, mis neid Maa pinnal levitavad.
Maakoore koostis sisaldab:
Kokku – 98,59%
Kui võrrelda kogu Maal saadaolevaid raua, koobalti ja nikli koguseid – perioodilise süsteemi kaheksandas rühmas kõrvuti seisvaid elemente, siis selgub, et maakera koosneb 36,9% rauast (aatomnumber 26), koobaltist ( aatomnumber 27) 0,2%, nikkel (aatomnumber 28) 2,9%.
Erinevate elementide geokeemilise käitumise määrab ennekõike nende aatomite väliste elektronkihtide struktuur, aatomite suurused ja vastavad ioonid. Täieliku välise elektronkestaga elemendid (väälisgaasid) eksisteerivad ainult atmosfääris; Nad ei sisene looduslikes tingimustes keemilistesse ühenditesse. Isegi radioaktiivse lagunemise käigus tekkinud heelium ja radoon ei jää kivimitesse täielikult kinni, vaid paisatakse neist pidevalt atmosfääri. Tabeli samas lahtris esinevad haruldased muldmetallid on looduses peaaegu alati koos. Samad maagid sisaldavad alati koos nii tsirkooniumi kui ka hafniumi.
Geoloogid teavad hästi, et osmiumi ja iriidiumi tuleks otsida samast kohast, kus plaatinat. IN perioodilisustabel Mendelejev seisavad koos kaheksandas rühmas ja on ka oma olemuselt lahutamatud. Rauaga kaasnevad nikli ja koobalti ladestused ning tabelis on need samas rühmas ja samal perioodil.
Maakoore põhipaksus koosneb vähestest mineraalidest; kõik need on peamiselt elementide keemilised ühendid lühikesed perioodid nii tabeli iga pika perioodi alguses kui lõpus. Pealegi on nende hulgas ülekaalus madala seerianumbriga kerged elemendid. Need elemendid moodustavad suurema osa silikaatkivimitest.
Perioodilisuse tabeli pikkade perioodide keskel seisvad elemendid moodustavad maagi, kõige sagedamini sulfiidi ladestusi. Paljud neist elementidest on leitud natiivses olekus.
Elemendi nii arvukuse kui ka geokeemilise käitumise (selle rände maakoores) määrab tema asukoht perioodilisustabelis. Arvukus sõltub aatomituuma struktuurist ja geokeemiline käitumine elektronkihi struktuurist.
Seetõttu on elementide perioodilisustabel geokeemiku jaoks vajalik. Ilma selleta poleks geokeemia saanud tekkida ega areneda. See teadus loob üldised mustrid keemiliste elementide vastastikuses kooseksisteerimises kivimites ja maakides. See võimaldab geoloogil leida maapõuest maavarade maardlaid.
Mendelejevi perioodiline seadus on geokeemikule ja geoloogile usaldusväärne ja tõestatud kompass.
Töö alguses ütlesin, et räägime kosmose keemiast, aga millegipärast hakkasin rääkima Maa keemilisest koostisest... Aga esiteks on ka Maa taevakeha ja teiseks peate teadma Maa keemilist koostist, et võrrelda seda meteoriitide ja muude kosmiliste kehade koostisega, mis lendavad meile Maale kosmose salapärastest sügavustest.
2. Meteoriitide keemiline koostis.
Kõige täpsem keemilised testid Meie planeedile langenud meteoriitide tohutu hulk andis märkimisväärseid tulemusi. Selgus, et kui arvutada välja Maal levinumate elementide keskmine sisaldus kõigis meteoriitides: raud, hapnik, räni, magneesium, alumiinium, kaltsium, siis langeb nende osakaal täpselt 94%, s.t sama palju on neid meteoriite, kui palju on maakera koostises.
TO
Lisaks selgus, et raudmeteoriitides
raud 91,0%,
koobalt 0,6%,
nikkel 8,4%.
Kui võrrelda neid numbreid ülaltoodud elementide suhtelise jaotusega maakeral, saame täiesti hämmastava kokkulangevuse: selgub, et Maal arvestame neist kolmest elemendist
raud 92%,
koobalt 0,5%,
nikkel 7,5%,
T
. See tähendab, et nii Maal kui ka meteoriitides leidub neid elemente ligikaudu samades proportsioonides. Need ja paljud teised avastatud kokkusattumused andsid teadlastele põhjuse järeldada: Maal ja taevakosmoses olev aine on sama. See koosneb samadest elementidest.
Kõigil elementidel nii Maal kui ka meteoriitides on peaaegu sama isotoopkoostis. Näiteks arvukate maakera eri paigus paiknevate vulkaanide tuhast ja lavast ekstraheeritud väävli isotoopkoostise korduvad analüüsid on näidanud, et väävel on kõikjal ühesugune. Kõikjal on suhe väävli -32 ja väävel-34 stabiilsete isotoopide koguste vahel sama. See võrdub 22 200-ga. Meteoriitidest – Kosmose ainsad esindajad, keda on võimalik otse uurida – pärineb väävli isotoopkoostis täpselt sama, mis Maal.
Edasi selgus, et enamlevinud elemendid on samad. Isegi nendevaheline suhe on siin-seal sama. Ka paaris- ja paaritu aatomarvuga elementide vaheldumist perioodilisustabelis täheldatakse ühtmoodi nii siin kui seal. Näiteid võiks muidugi tuua veel palju suur sarnasus keemiliste elementide käitumises Maal ja avakosmoses võib märkida palju üldisemaid mustreid.
Kas see võib olla juhuslik? Muidugi mitte.
Pole tähtis, kuhu juhuslikud külalised universumist meile Maa peale lendavad – võib-olla on need osad komeetidest, mis kuulusid Päikesesüsteemi; võib-olla on need killud väikestest planeetidest; võib-olla on need sõnumitoojad võõrast tähemaailmast – üks asi on oluline: oma keemilise koostise, elementide omavaheliste suhete, meteoriitides leiduvate keemiliste ühendite järgi ütlevad nad meile, et Mendelejevi suure seaduse mõju ei ole piiratud meie planeedi piiridega. See kehtib kogu universumi kohta, kus võivad eksisteerida aatomid koos oma elektronkattega. Sellest järeldub: "Mateeria on kõikjal ühendatud."
3. Tähtede keemiline koostis.
Element |
Kogus (umbes) |
Vesinik |
8300 |
Heelium |
1700 |
Süsinik |
1,5 |
Lämmastik |
0,9 |
Hapnik |
9,0 |
Fluor |
0,028 |
Neoon |
3,4 |
Magneesium |
0,49 |
Alumiiniumist |
0,05 |
Räni |
0,77 |
Fosfor |
0,0028 |
Väävel |
0,25 |
Kloor |
0,014 |
Argoon |
0,07 |
See tabel näitab ainult ligikaudseid numbreid, kuid on tähti, millel on suurenenud sisuüks või teine element. Seega on teada suure ränisisaldusega tähti (ränitähed), palju rauda sisaldavaid tähti (raudtähed), mangaani (mangaani), süsinikku (süsiniktähed) jne. Anomaalse koostisega tähed: elemendid on üsna mitmekesised. Noortest punastest hiiglaslikest tähtedest on avastatud suurenenud raskete elementide arvukus. Ühes neist leiti suurenenud molübdeenisisaldus, mis on 26 korda suurem kui selle sisaldus päikeses.
Tähtede sügavuses, Maa jaoks kujuteldamatutes tingimustes, sadade miljonite kelvinite temperatuuride ja arusaamatult tohutute rõhkude juures toimub palju erinevaid tuumakeemilisi reaktsioone.
Tänapäeval on juba olemas suur teadusvaldkond, ligipääsmatu põnev keemia – tuumaastrokeemia. See selgitab kogu teaduse jaoks kõige olulisemad küsimused: kuidas elemendid universumis tekkisid, kus ja millised elemendid tekivad, milline on nende saatus universumi igaveses arengus.
Selle teaduse meetodid on ebatavalised. Ta kasutab nii vaatlust – uurib spektroskoopiat kasutades tähtede atmosfääri koostist – kui ka eksperimenteerib – uurib kiirete osakeste reaktsioone maapealsetes kiirendites. Teoreetilised arvutused võimaldavad teadlastel vaadata tähtede sügavustesse, kus on juba avastatud palju huvitavat ja peidus on palju salapäraseid asju.
Leiti näiteks, et aastal kesksed piirkonnad tähed, ülikõrgetel temperatuuridel ja rõhkudel, kus vesiniku “läbipõlemise” kiirus on eriti suur, kus selle kogus on väike ja heeliumisisaldus suur, on võimalikud heeliumi tuumadevahelised reaktsioonid. Seal sünnivad salapärased berülliumi tuumad - 8 (neid ei saa Maal üldse eksisteerida) ja seal ilmuvad tugevaimad tuumad: süsinik - 12, hapnik - 16, neoon - 20 ja muud "heeliumi" tsükli tuumad.
Leitud tähtedest ja sellistest tuuma- keemilised reaktsioonid, mille juures tekivad neutronid. Ja kui on neutroneid, siis saame aru, kuidas peaaegu kõik muud elemendid tähtedes ilmuvad. Kuid sellel teel seisab teadus silmitsi paljude saladustega. Universumi tähtede mitmekesisus on arusaamatult tohutu.
IN
Tõenäoliselt on kõigis meie vaatlusele ligipääsetavates tähtedes ülekaalus vesinik, kuid tähtede teiste elementide sisaldus on väga erinev: mõnes tähes on selline kõrge sisaldusüksikud elemendid võrreldes tavaliste tähtedega, mida astrofüüsikas isegi tavaliselt nimetatakse: "magneesium", "räni", "raud", "strontsium", "süsinik" tähed. Hiljuti on avastatud isegi "liitiumi" ja "fosfori" tähed. Need müstilised erinevused tähtede kompositsioonides ootavad endiselt selgitust.
Samuti oli võimalik jälgida uute tuumade moodustumise hämmastavaid mehhanisme. Selgub, et mitte ainult ülikõrgete temperatuuride tõttu on tuumadel nii suur energia, et nad suudavad ületada elektrostaatilise tõuke ja reageerida üksteisega. Paljusid elemente ei saanud niimoodi üldse moodustada.
Deuteerium, liitium, berüllium, boor reageerivad tähtede sees leiduval kõrgel temperatuuril väga kiiresti vesinikuga ja hävivad koheselt. Neid universumi elemente "küpsetatakse" külmades "köökides", võib-olla tähtede pinnal tähtede atmosfääris, kus võimsad elektrilised ja magnetväljad, kiirendades osakesed ülikõrgete energiateni.
Tähtede "tehased", kus elemente luuakse, tekitavad teadlastele kummalisi saladusi, mis on seotud salapäraste neutriinoosakestega. Teadlased on hakanud kahtlustama, et nende tabamatute kummitusosakeste roll polegi nii tähtsusetu, kui hiljuti tundus. Selgus, et võimalikud on tuumakeemilised protsessid, mille käigus suurem osa tähes tekkivast energiast kantakse ära mitte kiirguse, vaid ainult neutriinodega.
Kuid tähe jaoks tähendab see katastroofi. Täht eksisteerib tasakaaluseisundis tähegaasi rõhu ja valguse rõhu tõttu, mis tasakaalustavad gravitatsioonijõude. Kui energiat hakatakse tähe sisemusest eemale kandma ainult neutriinodega, mis vastupanuta läbivad tähekehade paksust valguse kiirusel, siis surutakse täht koheselt gravitatsiooniliste külgetõmbejõudude poolt kokku.
Võib-olla nii tekivad siiani arusaamatud tähed - valged kääbused, mille aine tihedus võib ulatuda tuhandete tonnideni 1 cm3 kohta. Võib-olla põhjustavad sellised protsessid ka neid hiiglaslikke katastroofe, mille käigus sünnivad supernoovad.
Kuid pole kahtlust, et see, üks looduse suurimaid mõistatusi, saab lahenduse. Õpime ka tähtedes ja kosmilises ruumis leiduvate vesinikuvarude saladust, leitakse protsessid, mis viivad selle tekkeni ja “noorte” vesiniktähtede tekkeni.
Supernoova universumisse ilmumise küsimus on äärmiselt oluline. Tuleb lahendada mõistatus, kuidas tekib nii kolossaalne energiahulk, mis on võimeline tähe laiali hajutama ja udukoguks muutma. Täpselt nii juhtus näiteks aastal 1054. Sõnni tähtkujus puhkes supernoova, mis tuhmudes muutus Krabi udukoguks.
Meie ajal ulatub see udukogu juba üle sadade miljardite (1012) kilomeetri. Kõige huvitavam on see, et järk-järgult hääbuv Supernoova plahvatus kaotab oma heleduse, nagu koosneks see isotoobist California-254. Selle poolestusaeg on 55 päeva. – langeb täpselt kokku supernoova heleduse vähenemise perioodiga.
Aga võib-olla peamine ülesanne astrokeemia – et teada saada, kuidas vesinik universumis ilmub. Tõepoolest, lugematutes tähemaailmades toimub vesiniku pidev hävimine ja selle koguvarud universumis peavad vähenema.
Ja paljud lääne teadlased on jõudnud raskele ja süngele järeldusele universumi "vesinikusurma" kohta. Nad usuvad, et universumis kustuvad üksteise järel tähed, olles ammendanud oma vesinikuvarud. Ja need varem eredalt säravad valgustid muutuvad üksteise järel külmadeks surnud maailmadeks, mis on määratud igavesti avakosmoses hõljuma.
Sünge järeldus universumi "vesiniksurma" kohta on loogiliselt vigane ja vale. Selle lükkavad ümber eksperimentaalsed faktid ja kaasaegse teaduse saavutused – Universumi keemia.
Teaduse saavutused, mis tutvustasid meile kättesaamatute tähtede saladusi, nende koostist, olemust, nende sügavuses toimuvaid salapäraseid protsesse, põhinevad teadmistel aatomi olemuse ja selle struktuuri kohta. See teadmine sisaldub Mendelejevi perioodilises seaduses. Kuid ei tasu arvata, et perioodiline seadus jääb igaveseks külmutatuks ja muutumatuks. Ei, ta ise areneb, sealhulgas aina rohkem rohkem sisu, peegeldades sügavamalt ja täpsemalt loodusseaduste tõde.
Perioodilisuse seadus on iseloomulik ka aatomituumade ehitusele. See võimaldab meil loota lõplikku otsust elementide suhtelise stabiilsuse kohta maailmas ja kõigi taevakehade koostise kohta.
4. Tähtedevahelise ruumi keemia.
Mitte nii kaua aega tagasi tunnistas teadus, et tähtedevaheline ruum on tühi. Kogu Universumi aine on koondunud tähtedesse ja nende vahel pole midagi. Meteoriidid ja nende salapärased suguvennad komeedid rändavad ainult Päikesesüsteemis, kusagil tundmatuid teid pidi.
Teed ühe tulevikuteaduse – kosmosekeemia – tekkeni on üllatavalt keerulised ja ootamatud. Fašistliku okupatsiooni pimedatel ja kohutavatel aastatel Hollandi väikelinnas Leidenis tegi noor tudeng Van de Holst ettekande põrandaaluse teadusringkonna salajasel koosolekul. Tuginedes aatomi struktuuri teooriale (mille, nagu me juba teame, töötas välja teadus Mendelejevi perioodilise seaduse alusel), arvutas ta välja, milline peaks olema vesinikkiirguse spektri pikim laine. Selgus, et selle laine pikkus on 21 cm. See kuulub lühikeste raadiolainete hulka. Erinevalt hästi uuritud kuuma vesiniku kiirgavast nähtavast spektrist võib selle raadiokiirgus esineda ka madalatel temperatuuridel.
Van de Holst arvutas välja, et Maal on selline vesinikuaatomi kiirgus ebatõenäoline. On vaja oodata palju miljoneid aastaid, kuni elektronid liiguvad vesinikuaatomis, millega kaasneb 21 cm pikkuste raadiolainete emissioon.
Noor teadlane tegi oma ettekandes oletuse: kui piiritus kosmilises ruumis on vesinikku, võib loota selle tuvastamist 21 cm lainelise kiirgusega.See ennustus oli õigustatud. Selgus, et Universumi tohututest sügavustest jõuavad meieni Maale alati hämmastavad raadioteated universumi saladuste kohta, mida tähtedevaheline vesinik meieni toob, peatumata ei ööl ega päeval, 21 cm lainel.
21 cm laine tormab meie planeedi poole Universumi nii kaugetest nurkadest, et raadioteleskoopide antennideni jõudmiseni kulub tuhandeid ja miljoneid aastaid. Ta ütles teadlastele, et kosmoses pole tühjust, see on olemas silmale nähtamatu kosmilise vesiniku pilved, mis ulatuvad ühest tähesüsteemist teise. Nende vesiniku kogunemiste ulatust ja kuju oli isegi võimalik kindlaks teha. 21 cm laine jaoks pole ruumis takistusi. Isegi mustad läbitungimatud kosmilise tolmu pilved, mis varjavad uurija pilgu eest suuri Linnutee alasid, on vesiniku külmale kiirgusele täiesti läbipaistvad. Ja need lained aitavad nüüd teadlastel mõista selle aine olemust, millest on ehitatud mitte ainult Linnutee kauged tähed, vaid ka kõige kaugemad udukogud, mis asuvad meile ligipääsetava universumi osa ääres.
Hiiglaslikud tähemaailmad, mida eraldavad vahemaad tühjas piiritus ruumis, ühendavad end nüüd hiiglaslike vesinikupilvedega üheks tervikuks. Teaduslike ideede arengu järjepidevust on raske jälgida, kuid pole kahtlust, et noore Hollandi üliõpilase julge ennustuse ja Mendelejevi suurepärase idee vahel on otsene ja pidev seos. Nii leiti tähtedevahelisest ruumist vesinik.
Piiramatut maailmaruumi ei saa pidada tühjaks. Nüüd on sellest leitud lisaks vesinikule ka palju muid elemente.
Ruumi keemia on väga omapärane. See on ülikõrge vaakumkeemia. Aine keskmine tihedus ruumis on vaid 10-24 g/cm3. Sellist vaakumit ei saa füüsikalaborites veel tekitada. Kõige olulisem roll Aatomi vesinik mängib kosmose keemias rolli. Levinuim on heelium, seda on kümme korda vähem; Juba on leitud hapnikku, neooni, lämmastikku, süsinikku, räni – neid on avakosmoses tühiselt vähe.
Selgus, et tähtedevahelise aine roll universumis on tohutu. See moodustab, vähemalt meie galaktikas, peaaegu poole kogu ainest, ülejäänu on tähtedes.
Tähtedevahelise ruumi keemias viimased aastad on tehtud täiesti hämmastavaid avastusi. Kõik sai alguse keeruka molekuli, mida nimetatakse tseanoatsetüleeniks (HC3N) ootamatust avastamisest kosmoses. Enne kui kosmokeemikud jõudsid selgitada, kuidas nii keerulise koostise ja struktuuriga orgaaniline molekul tähtedevahelises ruumis tekib, tekkisid Amburi tähtkujus raadioteleskoobi abil ootamatult Maa kõige tavalisema keemilise ühendi hiiglaslikud pilved, mis on täiesti ootamatud. kosmos – avastati sipelghape (HCOOH). Järgmine avastus oli veelgi ootamatum. Selgus, et avakosmoses on formaldehüüdi (HCOH) pilved. See on iseenesest juba üsna üllatav, kuid fakt, et erinevatel kosmilistel formaldehüüdipilvedel on erinev isotoopkoostis, jääb täiesti seletamatuks. Justkui tähtedevahelise meediumi ajalugu aastal erinevad osad Galaktikad on erinevad.
Siis tuli veelgi kummalisem avastus: ammoniaak (NH3) avastati väikesest tähtedevahelisest tolmupilvest, mis lebas kuskil meie galaktika keskpunkti poole. Kosmilise ammoniaagi raadiokiirguse intensiivsuse põhjal oli võimalik mõõta isegi selle ruumipiirkonna temperatuuri (25 K). Kosmilise ammoniaagi mõistatus seisneb selles, et see on sellistes tingimustes ebastabiilne ja hävib ultraviolettkiirguse mõjul. See tähendab, et see tekib intensiivselt - moodustub ruumis. Aga kuidas? See on praegu teadmata.
Tähtedevahelise ruumi keemia osutub üllatavalt keeruliseks. Formamiidi molekulid on juba leitud - kuue aatomiga molekulid, mis koosnevad nelja erineva elemendi aatomitest. Kuidas need tekivad? Mis on nende saatus? Samuti leiti metüültseaniidi (CH 3 CN), süsinikdisulfiidi (CS 2), süsiniksulfiidi (COS) ja ränioksiidi (SiO) molekule.
Lisaks avastati kosmoses kõige lihtsamad radikaalid: näiteks metiin (CH), hüdroksüül (OH). Kui hüdroksüüli olemasolu tuvastati, hakati otsima vett. Seal, kus on hüdroksüülrühm, peab olema ka vett ja seda on tegelikult leitud tähtedevahelisest ruumist. See avastus on eriti huvitav ja oluline. Kosmoses on vesi, on orgaanilisi molekule (formaldehüüd), on ammoniaaki. Need ühendid võivad üksteisega reageerides põhjustada aminohapete moodustumist, mis on katseliselt kinnitatud maismaa tingimustes.
Mida veel tähtedevahelises "tühjuses" avastatakse? Rohkem kui 20 kompleksi keemilised ühendid. Tõenäoliselt avastatakse ka aminohapped. Hämmastavad orgaaniliste ühendite kosmilised pilved, näiteks tsüanoatsetüleeni pilv Amburi tähtkujus, on üsna tihedad ja ulatuslikud. Arvutused näitavad, et sellised pilved peaksid gravitatsiooni mõjul kokku suruma. Kas pole võimalik teha täiesti fantastilist oletust, et planeedid sisaldavad nende tekke ajal juba komplekse orgaanilised ühendid– primitiivsete eluvormide alus? Võib-olla muutub täiesti vastuvõetavaks arutada tõsiselt näiliselt täiesti võimatu küsimust: "Mis on vanem - planeedid või elu neil?" Muidugi on raske arvata, milline on vastus. Üks on selge: teaduse jaoks pole lahendamatuid küsimusi.
Meie silme ette kerkib uus teadus. Raske on ette näha selle arenguteed ja ennustada, milliste veelgi hämmastavamate avastusteni kosmiline keemia viib.
5. Kuu keemia algus.
M
Aastaid tagasi, 1609. aastal, suunas Galileo Galilei esimest korda teleskoobi taevasse. Kuu "mered" ilmusid talle raamituna valgest kivist. Pärast Galilei tähelepanekuid pikka aega nad arvasid, et Kuu "mered" on veega täidetud. Nad ütlesid isegi, et Kuul on meeldivam elada kui Maal. 18. sajandi kuulus astronoom. William Herschel kirjutas: "Kui ma peaksin valima, kas elada Maal või Kuul, ei kõhkleks ma hetkekski Kuu kasuks."
Aeg möödus. Teave Kuu kohta muutus üha täpsemaks. 1840. aastal eksponeeriti Kuu pinda esmakordselt fotoplaadil. Oktoobris 1959 Nõukogude kosmosejaam Luna 3 edastas Maale kujutise Kuu kaugemast küljest. Ja nii jäeti 21. juulil 1969 Kuu pinnale inimese jalajälg. Ameerika kosmonaudid ja seejärel Nõukogude automaatjaamad tõid Maale Kuu kivimeid.
Kuukivid on erilised – nende koostist mõjutab hapnikupuudus. Metalle neis ei leidu kõrgemad kraadid oksüdatsiooni korral leitakse ainult kahevalentset rauda. Kuul polnud vaba vett ega atmosfääri. Kõik magmaprotsesside käigus tekkinud lenduvad ühendid lendasid kosmosesse ja sekundaarne atmosfäär ei saanud tekkida. Lisaks kulges Kuu sulamisprotsess (kooriku moodustumine) väga kiiresti ja kõrgematel temperatuuridel: 1200–1300 ° C, samal ajal kui need protsessid Maal toimusid temperatuuril 1000–1100 ° C.
Kuu on alati sama küljega Maa poole. Selgel ööl näete sellel tumedaid laike - Kuu "mered", mille Galileo avastas. Need hõivavad umbes kolmandiku Kuu nähtavast küljest. Ülejäänud osa selle pinnast on mägismaa. Pealegi pole teisel, meile nähtamatul, "merd" peaaegu üldse. Kõrge mäe moodustavad kivid tagakülgöötäht ja meile nähtavale küljele jääv “mandriosa”, heledam kui “merede” kaljud.
N
ja Kuul ei ole pikki lineaarseid seljakuid nagu Maal. Seal kõrguvad rõngasstruktuurid - kõrged (kuni mitu kilomeetrit) tohutute vulkaaniliste tsirkuste seinad - kraatrid. Suured mitmekilomeetrise läbimõõduga kraatrid pärinevad vulkaanidest. Nende madalatesse kohtadesse valguv laava moodustas kolossaalsed laavajärved - need on Kuu "mered". Paljud alla kilomeetrise läbimõõduga kraatrid tekkisid arvatavasti meteoriitide või plahvatusliku vulkanismi poolt esile kerkinud kivimite kukkumisel Kuule. See oletus leidis kinnitust aastal 1972. Kuule langes meteoriit ja moodustas uue 100 m läbimõõduga kraatri. Meteoriit aktiveeris Kuule paigaldatud seismilised instrumendid. See võimaldab määrata kuukoore paksust ja õppida tundma selle süvastruktuuri.
Ja Kuu mäed, kraatrid ja Kuu "mered" moodustavad "kuu maastiku". Väga võimalik, et Maa oma geoloogilise ajaloo algajastul sõid ära kraatrid ja see oli maastikult sarnane praeguse Kuuga. Kuid Maale omased võimsad kivimite hävitamise protsessid matsid esmase reljeefi settekihi alla. Maapealsete kivimite hävimine – murenemine – toimub vee, elusorganismide, hapniku, süsihappegaasi jt mõjul. keemilised tegurid, samuti temperatuurimuutused. Kuul pole atmosfääri, vett ega organisme, mis tähendab, et oksüdatsiooniprotsess, nagu ka muud keemilised reaktsioonid, seal peaaegu puudub. Seetõttu kogevad Kuu kivimid peamiselt füüsilist ja mehaanilist killustumist, maapealsed kivimid aga läbivad hävitamisel sügava keemilise ümberstruktureerimise. Kuu kivimid muutuvad tolmuks Kuu päeva ja kuu öö vahelise järsu temperatuurimuutuse mõjul. Kivimeid mõjutab nii galaktiline kiirgus kui ka "päikesetuul" - päikesekiirgus. Me ei tohi unustada meteoriite, mis tohutu kiirusega Kuu pinnale põrkuvad. Kõigi nende protsesside tulemusena tekkis Kuu tihedatele kivimitele peeneteralise kuumulda kiht. See katab "mered" paksu kihiga. See eksisteerib ka Kuu mandriosa mägismaa pinnal.
Galaktiline kiirgus tungib Kuu kehasse umbes meetri kaugusele ning prootonite mõjul toimuvad kivimites tuumatransformatsioonid. Tänu prootonipommitamisele on Kuul levinud radioaktiivsed isotoobid (23AI, 22Na jne), mida maistes kivimites peaaegu pole. On ka muid erinevusi. Näiteks Kuu kivimid sisaldavad rohkem argooni kui maapealsed kivimid. Ja veel üks keemiline omadus – suure tõenäosusega ei leidu Kuul maavarasid. Fakt on see, et maagikehade moodustamiseks on vaja hüdrotermilisi lahendusi ja Kuu paksuses pole kunagi olnud vaba vett. Kuid mõned Kuu kivimid sisaldavad umbes 10% titaani.
Kosmosest pärit kivid – meteoriidid – on inimestele tuttavad juba ammu. Kuid esimesed kivitükid Kuult jõudsid meieni üsna hiljuti. Need tõid Maale Ameerika astronaudid kosmoselaevad"Apollo" ja nõukogude automaatjaamad "Luna - 16" ja "Luna - 20". Hämmastav on tükike Kuust käes hoida! Teadlased on kuukivist rääkinud sajandeid, luuletajad on sellest laulnud, sellest on nii palju kirjutatud! Ja alles meie päevil on inimesele antud erakordne võimalus võrrelda maa-, meteoriidi- ja kuukivide materjali koostist.
Kivimeteoriidid koosnevad peamiselt lihtsatest silikaatidest, mineraalide arv neis küünib vaevalt sajani. Kuu kivimites on mineraale veidi rohkem kui meteoriitides – arvatavasti mitusada. Ja Maa pinnalt on avastatud üle 3 tuhande mineraali. See näitab maapealsete keemiliste protsesside keerukust võrreldes Kuu protsessidega.
Siinkohal on paslik meenutada, et kivimeteoriitide (kondriitide) keemiline elementaarne koostis on väga sarnane Päikese koostisega. Kivistes meteoriitides ja Päikesel on keemiliste elementide rohkus ja nendevahelised suhted peaaegu ühesugused (erandiks on meteoriitide tekke käigus aurustunud gaasid). Kõik Päikesest leitud keemilised elemendid on leitud ka meteoriitides. Lisaks on Si/Mg suhe sama nii Päikesel kui ka meteoriitidel ning ühtsusele lähedane. Kui selgus, et Kuu “meredest” toodud kivid osutusid basaltkivimite kildudeks, selgus, et kuukoorel on Maaga palju ühist.
Kuu vulkanismi ajal pursanud Kuu basaltid on kondriitidest pisut erineva keemilise koostisega. Seega ei ole Si/Mg suhe neis võrdne ühega, vaid ligikaudu 6-ga (nagu maapealsetes basaltides). Nende kivimite koostis ei vasta enam Päikese esmasele koostisele, kuid need sulatati Kuu materjalist kivimeteoriitidele väga lähedalt. Piisab, kui öelda, et Kuu keskmine tihedus on sama, mis kivimeteoriitidel – 3,34 g/cm3. Maa tihedus on üle 5, kuid maakoor koosneb peamiselt basaltidest. See tähendab, et Kuul puudub tõenäoliselt raske raudtuum.
JA
Seega koosnevad Kuu “mered” basaltsest lavast ja kaetud sama koostisega peeneteralise pinnasega. Kuid üksikasjalikult erineb üks "meri" teisest. Näiteks Rohumeri koosneb basaltidest, milles on umbes 3% titaani, ja rahumere basaltid sisaldavad kuni 10% titaani. Seda leidub siin mineraalse ilmeniidi kujul. Mere kuubasaltid on rauarikkad - kuni 18%, maapealsetes basaltides aga tavaliselt umbes 7%. Võrreldes maapealsete basaltidega on Kuu basaltidel suurem uraani, tooriumi ja kaaliumi sisaldus. Need radioaktiivsed elemendid põhjustavad Kuu vulkanismi.
Kuu mägismaal ei domineeri mitte basaltid, vaid muud kivimid, nn anortosiidid, mis koosnevad peamiselt mineraalsest anortiidist. Maal leidub selliseid kive mäekilpide kõige iidsemate kivimite hulgas. Maapealsetel anortosiitidel on auväärne vanus – nad on kuni 3,5 miljardit aastat vanad. Kõik anortosiidid, sealhulgas Kuu omad, sisaldavad palju alumiiniumi ja kaltsiumi ning veidi rauda, vanaadiumi, mangaani ja titaani. Samal ajal on "mere" kuu basaltides raua ja titaani sisaldus väga kõrge.
Kuu anortosiitide moodustumise viisi avastamine selgitaks maapealset geoloogilised protsessid kauge minevik. Võib oletada, et anortosiidid tekivad gabro-basaltse magma kristalliseerumise diferentseerumise käigus. Kuul kristalliseerub anortosiit magma väga kiire väljavalamise ajal ruumi vaakumis. Kõik viitab sellele, et anortosiidi tekkeks on vaja vett ja soojust. Kuu magma oli kuum, kuid on märke, et see sisaldas vähe lenduvaid komponente: vett, gaase, süsihappegaasi. Tõsi, sellised lenduvad ühendid võivad Kuult kergesti kosmosesse pääseda.
Anortosiitide päritolu kohta on veel palju ebaselget, kuid nende kivimite avastamine Kuu mägismaal on taaselustanud vanad geoloogilised ideed Maa primaarse anortosiidi koore kohta.
Väga huvitav on nikli kontsentratsioon Kuu kivimites. Seda leidub monoliitsetes merebasaltides vähe. Aga pinnases (killustik) on seda pool suurusjärku rohkem. Ja Kuu mandripiirkondade anortosiidid sisaldavad palju niklit mitte ainult pinnases, vaid ka kivitükkides. Ja kõige huvitavam on see, et pinnasest leiti pihustatud metallist niklit sisaldavat rauda. Suure tõenäosusega on tegemist meteoriitide metallfaasi osakestega. Oli võimalik välja arvutada, et Kuu pinnas sisaldab 0,25% seda rauasulamit ehk 2,5% kivimeteoriidi ainet. See tähendab, et kosmosest toodi Kuule palju miljoneid tonne ainet. Maale toimetatud kuukivimite abil määrati meie öötähe absoluutne “geoloogiline” vanus. Selgus, et Kuu on umbes 4,6 * 109 aastat vana, s.o. ta on Maaga sama vana. Samal ajal on üksikud kristalsed kivimid (peamiselt Kuu "merede" basaltid) miljard aastat nooremad: nad on umbes 3,0 * 109 aastat vanad.
6. Planeetide keemiline koostis.
KOOS
teadmised planeetide keemiast kasvavad väga kiiresti. Viimastel aastatel oleme palju õppinud aine keemilise muundamise seaduste ja selle koostise kohta salapärastel kaugetel maailmadel – meie naabritel universumis.
elavhõbe- Päikesele kõige lähemal asuv planeet. Kuid me teame siiski väga ligikaudselt, mis planeedil toimub. Selle mass on liiga väike (0,054 Maa oma), päikesepoolne temperatuur on liiga kõrge (üle 400 ° C) ja mis tahes gaasi molekulid lahkuvad planeedi pinnalt tohutu kiirusega, lennates avakosmosesse. Tõenäoliselt on elavhõbe kaetud Maaga sarnaste silikaatkivimitega.
Peal Veenus Nõukogude teadlased saatsid mitu automaatlaborit.
T
Nüüd on saadud usaldusväärset teavet selle atmosfääri keemilise koostise ja tingimuste kohta selle pinnal.
Maalt saadetud Nõukogude automaatsed planeetidevahelised jaamad "Venera - 4", "Venera - 5" ja "Venera - 6" tegid õhugaaside koostise, mõõdetud rõhu ja temperatuuri otsese analüüsi. Saadud teave edastati Maale.
Selle planeedi atmosfääri koostis on nüüd usaldusväärselt teada:
süsinikdioksiid (CO 2 ) umbes 97%,
lämmastik (N 2) mitte rohkem kui 2%,
veeaur (H 2 O) umbes 1%,
hapnik (O 2) mitte rohkem kui 0,1%.
Elu on Veenuse pinnal võimatu. Kosmoselabori termomeeter näitas temperatuuri umbes 500 o C, rõhk oli umbes 100 atm.
Veenuse pind on (peaaegu kindlasti) kuum kivikõrb.
KOOS
Nõukogude ja Ameerika teadlased saatsid automaatsed uurimisjaamad Marss. Kuigi neid lahutab kümneid miljoneid miile tühja ruumi, on Marsil ja Maal salapärane seos. On kindlaks tehtud, et selle planeedi atmosfäär koosneb peaaegu süsinikdioksiidist, milles on veidi lämmastikku, hapnikku ja veeauru. Marsi atmosfäär on väga haruldane, selle pinnarõhk on enam kui 100 korda väiksem kui Maal. Marsil valitseb temperatuur alla 0 o C, suured ööpäevased temperatuurikõikumised põhjustavad kohutavaid tolmutorme. Planeedi pind, nagu ka Kuu, on kaetud paljude kraatritega. Marss on külm, elutu, tolmune kõrb.
Keemia seisukohalt on kõige huvitavam, hämmastavam ja salapärasem planeet Jupiter. Hiljuti avastati Jupiteri raadiokiirgus. Millised protsessid võivad sellel külmal hiiglasel raadiolaineid tekitada, on mõistatus. Teoreetikud on välja arvutanud, et planeedi tuum peaks olema vedel. Seda ümbritseb metallilise vesiniku kest ja seal valitseb miljoni atmosfääri suurune rõhk. Teadlased üritavad laborites järjekindlalt saada metallilist vesinikku. Termodünaamiliste arvutuste põhjal on nad edus kindlad.
Jupiter on ümbritsetud kümnete tuhandete kilomeetrite paksuse tiheda atmosfääriga. Keemikud on avastanud Jupiteri atmosfäärist palju erinevaid ühendeid. Kõik need on loomulikult üles ehitatud perioodilise seadusega täielikult kooskõlas. Jupiter koosneb 98% vesinikust ja heeliumist. Samuti tuvastati vett ja vesiniksulfiidi. Leiti metaani ja ammoniaagi märke. Jupiteri keskmine tihedus on väga madal – 1,37 g/cm3.
F
Teadlased on välja arvutanud, et Jupiteri sisemine tuum peab olema väga kuum. See saab Päikeselt vähe soojust – 27 korda vähem kui Maa ja peegeldab samal ajal 40% tagasi kosmosesse. Kuid see kiirgab neli korda rohkem kui neelab. Kust Jupiter lisaenergiat saab ja kuidas see tekib, pole teada. Termotuumaprotsessid on sellel võimatud. Võib-olla on see üleliigne energia planeedi kokkusurumise energia?
Jupiteri välispind on väga külm – -90 kuni -120°C. Järelikult peavad selle atmosfääri sees olema alad, kus tingimused erinevad Maa omadest vähe. Sellise tsooni paksus pole sugugi väike, umbes 3000 km. Selles tsoonis on temperatuurikõikumised -5 kuni +100°C. Siinne vesi peaks olema vedel ja muud atmosfääriühendid peaksid olema gaasilised.
Astronoomid usuvad, et Jupiteri väliskülg on kaetud häguse kestaga, mis koosneb jää ja ammoniaagi tahketest osakestest. Seetõttu särab ta taevas nii eredalt. Läbi teleskoobi on Jupiteri pinnal selgelt näha hiiglasliku kiirusega hõljuvate salapäraste pilvede triibud. See on orkaanide ja koletute äikesetormide kuningriik.
Teadlased püüdsid laboris Jupiteri atmosfääri tingimusi uuesti luua. Tulemused olid ootamatud. Elektrilahenduste (äikesetormide) mõjul ioniseerivad ja ultraviolettkiirgust (päikesevalgus ja kosmilised kiired) tekkisid Jupiteri atmosfääriga sarnase koostisega gaasilises keskkonnas keerulised orgaanilised ühendid: uurea, adeniin, süsinikdioksiid, isegi mõned aminohapped ja komplekssed süsivesinikud. Lisaks tsüanopolümeerid punased ja oranž värv. Nende spektrid osutusid sarnaseks Jupiteri salapärase punase laigu spektriga. Teadlastel on küsimus: kas Jupiteril on elu? Meie maiste organismide jaoks on selle planeedi atmosfäär mürk. Aga võib-olla on see esmaste eluvormide tsoon, eelbioloogiliste ühendite ookean, mis on vajalik kõige primitiivsemate, lihtsamate eluvormide tekkeks? Või äkki on nad sinna juba ilmunud?
KOOS
sinine värv Uraan on punase valguse neeldumise tulemus atmosfääri ülakihtides metaani poolt. Tõenäoliselt on ka teist värvi pilvi, kuid neid varjab vaatlejate eest katmine metaanikihiga. Uraani atmosfäär (aga mitte Uraan tervikuna!) koosneb ligikaudu 83% vesinikust, 15% heeliumist ja 2% metaanist. Nagu teistel gaasiplaneetidel, on ka Uraanil pilverihmad, mis liiguvad väga kiiresti. Kuid need on liiga halvasti eristatavad ja on nähtavad ainult Voyager 2 tehtud kõrge eraldusvõimega piltidel. Hiljutised HST vaatlused on paljastanud suured pilved. Eeldatakse, et see võimalus ilmnes seoses hooajaliste mõjudega, sest nagu võite arvata, on talv ja suvi Uraanil väga erinevad: talvel varjab kogu poolkera Päikese eest mitu aastat! Uraan saab aga Päikeselt 370 korda vähem soojust kui Maa, seega ei lähe seal kuumaks ka suvel. Lisaks ei eralda Uraan rohkem soojust, kui Päikeselt saab, seetõttu on selle sees tõenäoliselt külm
KOOS
kolmekordne ja komponentide komplekt Neptuun elemendid on tõenäoliselt Uraaniga sarnased: erinevad "jääd" ehk tahkestunud gaasid, mis sisaldavad umbes 15% vesinikku ja vähesel määral heeliumi Nagu Uraan ning erinevalt Jupiterist ja Saturnist ei pruugi Neptuunil olla selget sisemist kihistumist. Kuid kõige tõenäolisemalt on sellel väike tahke tuum (mis on Maaga võrdne). Neptuuni atmosfäär koosneb peamiselt metaanist: Sinine värv Neptuun on tingitud sellest, et see gaas neelab atmosfääris punase valguse, nagu Uraanil. Nagu tüüpiline gaasiplaneet, on Neptuun kuulus suurte tormide ja pööriste poolest, mis puhuvad ekvaatoriga paralleelsetes piiratud ribades puhuvate kiirete tuulte poolest. Neptuunil on päikesesüsteemi kiireimad tuuled, mille kiirus ulatub kuni 2200 km/h. Tuuled puhuvad Neptuuni sisse lääne poole, planeedi pöörlemise vastu. Pange tähele, et hiidplaneetide puhul suureneb voolude ja hoovuste kiirus nende atmosfääris Päikesest kaugenedes. Sellel mustril pole veel selgitust. Piltidel on näha pilvi Neptuuni atmosfääris Sarnaselt Jupiterile ja Saturnile on ka Neptuunil sisemine soojusallikas – see kiirgab rohkem kui kaks ja pool korda rohkem energiat, kui Päikeselt saab.
Keemiline koostis Pluuto samuti teadmata, kuid selle tihedus (umbes 2 g/cm3) näitab, et see koosneb tõenäoliselt 70% kivimi ja 30% vesijää segust, sarnaselt Tritonile. Heledad alad pinnal võivad olla kaetud lämmastik jää väikesed lisandid (tahke) metaani, etaani ja vingugaas. Pluuto pinna tumedate piirkondade koostis pole teada, kuid see võib tekkida ürgsest orgaanilisest materjalist või kosmiliste kiirte põhjustatud fotokeemiliste reaktsioonide kaudu. Pluuto atmosfääri kohta on vähe teada, kuid tõenäoliselt koosneb see peamiselt lämmastikust, vähesel määral süsinikmonooksiidi ja metaani.
A
Saturni atmosfäär koosneb peamiselt vesinikust ja heeliumist. Kuid planeedi kujunemise eripära tõttu on osa Saturnist suurem kui Jupiteril ja koosneb muudest ainetest. Voyager 1 leidis, et umbes 7 protsenti Saturni atmosfääri ülemiste kihtide mahust on heelium (võrreldes 11 protsendiga Jupiteri atmosfääris), samas kui peaaegu kõik muu on vesinik.
Kosmosekeemia hämmastavad saavutused on võimaldanud alustada kaugete, seni ligipääsmatute maailmade pinnal toimuvate protsesside uurimist. See viib väga olulise järelduseni: kõige ilusam planeet on meie kodumaa Maa. Iga inimese kohus on hoolitseda kogu oma rikkuse ja ilu eest.
Järeldus
Meie teadmised universumi keemilisest koostisest pärinevad Päikese ja tähtede kiirguse spektroskoopilistest uuringutest, meteoriitide analüüsist ning sellest, mida me teame Maa ja teiste planeetide koostise kohta. Spektroskoopilised vaatlused võimaldavad tuvastada emissioonide eest vastutavaid elemente ning spektrijoonte intensiivsuse hoolika analüüsi põhjal saab anda ligikaudseid hinnanguid kiirgava keha välisosades esinevate erinevate elementide suhteliste koguste kohta. Sel viisil saadud andmed kinnitavad oletust, et Universum koosneb samadest elementidest. Ja esitatud andmed kinnitavad seda.
Bibliograafia.
1. Internet;
2. G. Hancock, R. Bauval, J. Grigsby “Marsi saladused”
3. V. N. Demin "Universumi saladused"
“Metsaline ja lind, tähed ja kivi – me kõik oleme üks, me kõik oleme üks...” pomises Cobra, langetas kapuutsi ja kiikus. - Madu ja laps, kivi ja täht - me kõik oleme üks...
Pamela Travers. "Mary Poppins"
Keemiliste elementide levimuse kindlakstegemiseks universumis on vaja kindlaks määrata selle aine koostis. Ja see pole koondunud ainult suurtesse objektidesse - tähtedesse, planeetidele ja nende satelliitidele, asteroididele, komeetidele. Loodus, nagu me teame, ei talu tühjust, mistõttu avakosmos seda on täidetud tähtedevahelise gaasi ja tolmuga. Kahjuks on meile otseseks uurimiseks saadaval ainult maapealne aine (ja ainult see, mis on "meie jalge all") ning väga väike kogus Kuu pinnast ja meteoriite - kunagiste kosmiliste kehade fragmente.
Kuidas saame määrata meist tuhandete valgusaastate kaugusel asuvate objektide keemilist koostist? Kogu selleks vajaliku teabe sai võimalikuks saada pärast spektraalanalüüsi meetodi väljatöötamist 1859. aastal Saksa teadlaste Gustav Kirchhoffi ja Robert Bunseni poolt. Ja 1895. aastal avastas Würzburgi ülikooli professor Wilhelm Conrad Roentgen kogemata tundmatu kiirguse, mida teadlane nimetas röntgenkiirteks (praegu tuntud kui röntgenikiirgus). Tänu sellele avastusele ilmus röntgenspektroskoopia, mis võimaldabMäärake elemendi seerianumber otse spektrist.
Spektraal- ja röntgenspektraalanalüüsi aluseks on iga keemilise elemendi aatomite võime kiirgada või neelata energiat rangelt määratletud unikaalse pikkusega lainete kujul, mis tuvastatakse spetsiaalsete seadmete - spektromeetrite abil. Aatom kiirgab nähtava valguse laineid elektronide üleminekul välistel tasanditel ja "sügavamad" elektroonilised kihid vastutavad röntgenkiirguse eest. Spektri teatud joonte intensiivsuse järgi määratakse elemendi sisaldus konkreetses taevakehas.
XX lõpuks V. Uuritud on paljude Universumi objektide spektreid ja kogunenud tohutult statistilist materjali. Muidugi ei ole andmed kosmiliste kehade ja tähtedevahelise aine keemilise koostise kohta lõplikud ja täienevad pidevalt, kuid tänu juba kogutud teabele õnnestus kindlaks teha määrata elementide keskmine sisaldus ruumis.
Kõik Universumi kehad koosnevad samade keemiliste elementide aatomitest, kuid nende sisaldus erinevates objektides on erinev. Samal ajal täheldatakse huvitavaid mustreid. Levimuse liidrid on vesinik (88,6% selle aatomitest kosmoses) ja heelium (11,3%). Ülejäänud elemendid moodustavad vaid 1%! Süsinik, lämmastik, hapnik, neoon, magneesium, räni, väävel, argoon ja raud on levinud ka tähtedel ja planeetidel. Seega domineerivad kerged elemendid. Kuid on ka erandeid. Nende hulgas on "rike" liitiumi, berülliumi ja boori ja madal sisaldus fluor ja skandium, mille põhjust pole veel kindlaks tehtud.
Tuvastatud mustreid saab esitada graafiku kujul. Väliselt sarnaneb vana saag, mille hambad lihviti erinevalt ja mõni läks ka katki. Hammaste tipud vastavad paaris aatomnumbriga elementidele (st nendele, mille tuumades on paarisarv prootoneid). Seda mustrit nimetatakse Oldo-Harkinsi reegliks itaalia keemiku Giuseppe Oddo (1865-1954) ja Ameerika füüsiku ja keemiku William Harkinsi (1873-1951) auks. Selle reegli järgi on paaritu laenguga elementi rohkem kui tema naabreid, kelle tuumas on paaritu arv prootoneid. Kui elemendil on paarisarv neutroneid, siis leidub seda veelgi sagedamini ja see moodustab rohkem isotoope. Universumis on 165 stabiilset isotoopi, milles nii neutronite kui ka prootonite arv on paaris; 56 paaritu arvu prootonite ja paaritu neutronite arvuga isotoopi; 53 isotoopi paaritu arvu neutronite ja paaritu arvu prootonitega; ja ainult 8 isotoopi, milles on paaritu arv neutroneid ja prootoneid.
Veel üks silmatorkav maksimum on see, et see vastab rauale, mis on üks levinumaid elemente. Diagrammil tõuseb selle haru nagu Everest. Selle põhjuseks on raua tuuma kõrge sidumisenergia – kõigi keemiliste elementide seas kõrgeim.
Ja siin on meie sae katkine hammas - graafikul pole tehneetsiumi, elemendi nr 43 arvukuse väärtust, selle asemel on tühik. Näib, mis selles nii erilist on? Tehneetsium on perioodilisuse tabeli keskel, tema naabrite arvukus järgib üldisi mustreid. Asi on aga selles: see element lihtsalt “lõpetas” juba ammu; selle pikima elueaga isotoobi poolestusaeg on 2.12.10 6 aastat. Tehneetsiumi selle sõna traditsioonilises tähenduses isegi ei avastatud: see sünteesiti kunstlikult 1937. aastal ja siis juhuslikult. Kuid siin on huvitav: 1960. aastal avastati Päikese spektris "olematu" elemendi nr 43 rida! See on hiilgav kinnitus tõsiasjale, et keemiliste elementide süntees tähtede sügavuses jätkub tänaseni.
Teiseks katkiseks hambaks on graafikul (nr 61) promeetiumi puudumine ja seda seletatakse samade põhjustega. Selle elemendi stabiilseima isotoobi poolestusaeg on väga lühike, vaid 18 aastat. Ja siiani pole see kuskil kosmoses tunda andnud.
Graafikul pole üldse elemente, mille seerianumber on suurem kui 83: kõik need on ka väga ebastabiilsed ja neid on ruumis äärmiselt vähe.
Meid ümbritsevas maapealses keskkonnas ei ole midagi, mis kasvõi kaugeltki sarnaneks üliharuldase tähtedevahelise keskkonnaga. Õhku peetakse tavaliselt kõige kergemaks aineks. Kuid võrreldes mis tahes tähtedevahelise udukoguga näib õhk olevat ebatavaliselt tihe moodustis.
Ruumiõhu kuupsentimeetri mass on ühe milligrammi lähedal; Orioni udukogu mass samas mahus on 100 000 000 000 000 000 (10 17) korda väiksem. Seda numbrit pole lihtne lugeda. Kuid veelgi raskem on ette kujutada aine nii suurt haruldast.
Tähtedevaheliste gaasiudukogude tihedus (10-20 g/cm3) on nii tühine, et 100 kuupkilomeetrise ruumalaga gaasipilve mass oleks üks milligramm!
Tehnoloogias püüavad nad mõnel juhul saavutada vaakumit - gaaside väga haruldast olekut. Üsna keerukaid nippe kasutades on võimalik ruumiõhu tihedust vähendada 10 miljardit korda. Kuid isegi selline "tehniline tühjus" osutub ikkagi miljon korda tihedamaks kui ükski gaasiudu!
Toaõhus on nii palju molekule, et nad peavad pidevalt üksteisega kokku põrkama. Ükski neist ei suuda lennata rohkem kui tuhandikku sentimeetrit ilma naabriga kokku põrkamata. Gaasilistes udukogudes on ruumi palju rohkem. Iga aatom võib turvaliselt lennata siia miljoneid kilomeetreid, kartmata kokkupõrget teise aatomiga.
Me ei tea mitte ainult Maal, vaid ka Päikesesüsteemis ühtegi moodustist, mis oma haruldaselt võiks konkureerida gaasiliste udukogudega. Isegi komeedid paistavad udukogude kõrval õhuga võrreldes sama tihedalt kui teras. Gaaside tihedus komeetide peades on tuhandeid kordi suurem kui tähtedevaheliste udukogude tihedus.
Võib tunduda kummaline, miks selline haruldane meedium fotodel näib olevat pidev ja isegi tihe helendav pilv, samas kui õhk on nii läbipaistev, et peaaegu ei moonuta läbi selle vaadeldavat universumipilti. Põhjus on muidugi udukogude suuruses. Need on nii suurejoonelised, et pole lihtsam ette kujutada nende hõivatud mahtu kui nende tühist tihedust.
Keskmiselt on udukogude läbimõõt mõõdetud valgusaastates või isegi kümnetes valgusaastates. See tähendab, et kui Maa taandataks nööpnõelapea suuruseks, siis sellisel skaalal paistaks Orioni udukogu maakera suuruse pilvena! Seetõttu piisaks Orioni udukogu ainest hoolimata seda moodustavate gaaside ebaolulisest tihedusest siiski üsnagi mitmesaja meie Päikese sarnase tähe "tootmiseks".
Oleme Orioni udukogust nii kaugel, et valgusel kulub 1800 aastat. Tänu sellele näeme seda kõike tervikuna. Kui tulevikus satuvad reisijad tähtedevaheliste lendude ajal Orioni udukogusse, siis pole seda lihtne märgata - see imeline udukogu "seestpoolt" vaadates tundub peaaegu täiesti läbipaistev.
Gaasiudude kuma võib põhjustada erinevatel põhjustel. Juhtudel, kui udukoguga külgnev täht on väga kuum (pinnatemperatuuriga üle 20 000 K), kiirgavad udukogu aatomid uuesti tähelt saadud energiat ja hõõgumisprotsessil on luminestsentsi iseloom. Seevastu pidevalt liikuvad gaasipilved põrkuvad mõnikord üksteisega ja kokkupõrkeenergia muundub osaliselt kiirguseks. Muidugi võivad need põhjused toimida ka koos.
Ükskõik kui lühiajalised gaasiudud oma tiheduselt ka poleks, on tähtedevaheline keskkond kümme tuhat korda haruldasem. Nõus, et nimi "nähtav mittemiski" sobib tähtedevahelise gaasilise keskkonna jaoks palju paremini kui komeetidele.