Химический состав земной коры был определен по результатам анализа многочисленных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок и глубоких буровых скважин.
В настоящее время земная кора изучена на глубину до 15-20 км. Она состоит из химических элементов, которые входят в состав горных пород.
Наибольшее распространение в земной коре имеют 46 элементов, из них 8 составляют 97,2-98,8 % ее массы, 2 (кислород и кремний) -75 % массы Земли.
Первые 13 элементов (за исключением титана), наиболее часто встречающиеся в земной коре, входят в состав органического вещества растений, участвуют во всех жизненно необходимых процессах и играют важную роль в плодородии почв. Большое количество элементов, участвующих в химических реакциях в недрах Земли, приводит к образованию самых разнообразных соединений. Химические элементы, которых больше всего в литосфере, входят в состав многих минералов (из них в основном состоят разные породы).
Отдельные химические элементы распределяются в геосферах следующим образом: кислород и водород заполняют гидросферу; кислород, водород и углерод составляют основу биосферы; кислород, водород, кремний и алюминий являются основными компонентами глин и песчаных пород или продуктов выветривания (они в основном составляют верхнюю часть коры Земли).
Химические элементы в природе находятся в самых различных соединениях, называемых минералами. Это однородные химические вещества земной коры, которые образовались вследствие сложных физико-химических или биохимических процессов, например каменная соль (NaCl), гипс (CaS04*2H20), ортоклаз (K2Al2Si6016).
В природе химические элементы принимают неодинаковое участие в образовании разных минералов. Например, кремний (Si) входит в состав более 600 минералов, а также очень распространен в форме окисей. Сера образует до 600 соединений, кальций-300, магний -200, марганец-150, бор - 80, калий - до 75, соединений лития известно только 10, а йода - еще меньше.
Среди наиболее известных минералов в земной коре преобладает большая группа полевых шпатов с тремя основными элементами - К, Na и Са. В почвообразующих породах и продуктах их выветривания полевые шпаты занимают основное положение. Полевые шпаты постепенно выветриваются (распадаются) и обогащают почву на К, Na, Са, Mg, Fe и другие зольные вещества, а также микроэлементы.
Кла́рковое число́ - числа, выражающие среднее содержание химических элементов в земной коре, гидросфере, Земле, космических телах, геохимических или космохимических системах и др., по отношению к общей массе этой системы. Выражается в % или г/кг.
Виды кларков
Различают весовые (в %, в г/т или в г/г) и атомные (в % от числа атомов) кларки. Обобщение данных по химическому составу различных горных пород, слагающих земную кору, с учётом их распространения до глубин 16 км впервые было сделано американским учёным Ф. У. Кларком (1889). Полученные им числа процентного содержания химических элементов в составе земной коры, впоследствии несколько уточнённые А. Е. Ферсманом, по предложению последнего были названы числами Кларка или кларками.
Строение молекулы . Электрические, оптические, магнитные и другие свойства молекул связаны с волновыми функциями и энергиями различных состояний молекул. Информацию о состояниях молекул и вероятности перехода между ними дают молекулярные спектры.
Частоты колебаний в спектрах определяются массами атомов, их расположением и динамикой межатомных взаимодействий. Частоты в спектрах зависят от моментов инерции молекул, определение которых с спектроскопических данных позволяет получить точные значения межатомных расстояний в молекуле. Общее число линий и полос в колебательном спектре молекулы зависит от её симметрии.
Электронные переходы в молекулах характеризуют структуру их электронных оболочек и состояние химических связей. Спектры молекул, которые имеют большее количество связей, характеризуются длинноволновыми полосами поглощения, попадающими в видимую область. Вещества, которые построены из таких молекул, характеризуются окраской; к таким веществам относятся все органические красители.
Ионы. В результате переходов электронов образуются ионы – атомы или группы атомов, в которых число электронов не равно числу протонов. Если ион содержит отрицательно заряженных частиц больше, чем положительно заряженных, то такой ион называют отрицательным. В противоположном случае ион называют положительным. Ионы очень часто встречаются в веществах, например, они есть во всех без исключения металлах. Причина заключается в том, что один или несколько электронов от каждого атома металла отделяются и движутся внутри металла, образуя так называемый электронный газ. Именно из-за потери электронов, то есть отрицательных частиц, атомы металла становятся положительными ионами. Это справедливо для металлов в любом состоянии – твёрдом, жидком или газообразном.
Кристаллическая решётка моделирует расположение положительных ионов внутри кристалла однородного металлического вещества.
Известно, что в твёрдом состоянии все металлы являются кристаллами. Ионы всех металлов расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решётку. В расплавленных и испарённых (газообразных) металлах упорядоченное расположение ионов отсутствует, но электронный газ по-прежнему остаётся между ионами.
Изото́пы - разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём), и почти не зависят от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число. Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа. Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например, дейтерий, актинон).
В центре планеты Земля находиться ядро, оно отделено от поверхности слоями коры, магмы, и довольно тонким слоем наполовину газообразного вещества, наполовину жидкого. Этот слой играет роль смазки и позволяет ядру планеты вращаться практически независимо от основной её массы.
Верхний слой ядра состоит из очень плотной оболочки. Возможно, это вещество близко по своим свойствам к металлам, очень прочное и пластичное, возможно обладает магнитными свойствами.
Поверхность ядра планеты - его твёрдая оболочка - очень сильно разогрета до значительных температур, при соприкосновении с ней магма переходит почти в газообразное состояние.
Под твёрдой оболочкой внутреннее вещество ядра находится в состоянии сжатой плазмы, которая в основном состоит из элементарных атомов (водород) и продуктов деления ядер - протоны, электроны, нейтроны и другие элементарные частицы, которые образуются в результате реакций ядерного синтеза и ядерного распада.
Зоны ядерных реакций синтеза и распада.
В ядре планеты Земля идут реакции ядерного синтеза и распада, что вызывает постоянное выделение большого количества тепла и других видов энергий (электромагнитных импульсов, различных излучений), а так же поддерживает внутреннее вещество ядра постоянно в состоянии плазмы.
Зона ядра Земли - реакции ядерного распада.
В самом центре ядра планеты происходят реакции ядерного распада.
Она происходит следующим образом - тяжёлые и сверх тяжёлые элементы (которые образуются в зоне ядерного синтеза), так как обладают большей массой, чем все стальные элементы, как бы тонут в жидкой плазме, и постепенно погружаются в самый центр ядра планеты, где они набирают критическую массу и вступают в реакцию ядерного распада с выделением большого количества энергии и продуктов распада ядер. В этой зоне тяжёлые элементы деяться до состояния элементарных атомов - атома водорода, нейтронов, протонов, электронов и других элементарных частиц.
Эти элементарные атомы и частицы, вследствие выделения большой энергии с большими скоростями, разлетаются от центра ядра к его периферии, где и вступают в реакцию ядерного синтеза.
Зона ядра Земли - реакции ядерного синтеза.
Элементарные атомы водорода и элементарные частицы, которые образуются вследствие реакции ядерного распада в центре ядра Земли, достигают внешней твёрдой оболочки ядра, где в непосредственной близости от неё, в слое, расположенном под твёрдой оболочкой, происходят реакции ядерного синтеза.
Протоны, электроны и элементарные атомы, разогнанные до больших скоростей реакцией ядерного распада в центре ядра планеты, встречаются с различными атомами, которые находятся на периферии. Стоит отметить, что многие элементарные частицы вступают в реакции ядерного синтеза ещё по пути к поверхности ядра.
Постепенно, в зоне ядерного синтеза образуются всё более и более тяжёлые элементы, практически вся таблица Менделеева, некоторые из них имеют наиболее тяжёлую массу.
В этой зоне идёт своеобразное разделение атомов веществ по их весу вследствие свойства самой водородной плазмы, сжатой огромным давлением, которая имеет огромную плотность, вследствие центробежной силы вращения ядра, и вследствие центростремительной силы земного притяжения.
В результате сложения всех этих сил наиболее тяжёлые металлы тонут в плазме ядра и попадают в его центр для дальнейшего поддержания непрерывного процесса ядерного деления в центре ядра, а более лёгкие элементы стремиться или покинуть ядро, или осесть на его внутренней части - твёрдой оболочке ядра.
В результате в магму постепенно попадают атомы всей таблицы Менделеева, которые затем вступают в химические реакции над поверхностью ядра, образуя сложные химические элементы.
Магнитное поле ядра планеты.
Магнитное поле ядра образуется за счёт реакции ядерного распада в центре ядра вследствие того, что элементарные продукты ядерного распада, вылетая из центральной зоны ядра, увлекают за собой потоки плазмы в ядре, образуя мощные вихревые потоки, которые закручиваются вокруг основных силовых линий магнитного поля. Так как эти потоки плазмы содержат элементы с определённым зарядом, то и возникают сильнейший электрический ток, который создаёт своё электромагнитное поле.
Основной вихревой ток (поток плазмы) находиться в зоне термоядерного синтеза ядра, всё внутреннее вещество в этой зоне движется в сторону вращения планеты по кругу (по экватору ядра планеты), создавая мощное электромагнитное поле.
Вращение ядра планеты.
Вращение ядра планеты не совпадает с плоскостью вращения самой планеты, ось вращения ядра находиться между осью вращения планеты и осью, соединяющей магнитные плюса.
Угловая скорость вращения ядра планеты больше угловой скорости ращения самой планеты, и опережает её.
Баланс процессов ядерного распада и синтеза в ядре планеты.
Процессы ядерного синтеза и ядерного распада в планете в принципе уравновешены. Но по нашим наблюдениям это равновесие может нарушаться в ту или иную сторону.
В зоне ядерного синтеза ядра планеты может постепенно накапливаться избыток тяжёлых металлов, которые затем, попадая в центр планеты в большем количестве, чем обычно, могут вызвать усиление реакции ядерного распада, вследствие чего выделиться значительно больше энергии, чем обычно, что отразиться на сейсмической активности в сейсмоопасных районах, а так же вулканической активности на поверхности Земли.
По нашим наблюдениям, время от времени происходит микро разрыв твёрдой белочки ядра Земли, что приводит к попаданию плазмы ядра в магму планеты, и это приводит к резкому увеличению её температуры в этом месте. Над этими местами возможно резкое усиление сейсмической активности и вулканической активности на поверхности планеты.
Возможно, периоды глобального потепления и глобального похолодания связаны с балансом процессов ядерного синтеза и ядерного распада внутри планеты. Смены геологических эпох так же связаны с этими процессами.
В наш исторический период.
По нашим наблюдениям сейчас происходит рост активности ядра планеты, увеличение его температуры, и как следствие - разогрев магмы, которая окружает ядро планеты, а так же увеличение глобальной температуры её атмосферы.
Косвенно это подтверждает ускорение дрейфа магнитных полюсов, которое указывает на то, что процессы внутри ядра изменились и перешли в иную фазу.
Уменьшение напряжённости магнитного поля Земли связано с накоплением в магме планеты веществ, которые экранируют магнитное поле Земли, что, естественно, так же повлияет на изменения режимов ядерных реакций в ядре планеты.
Рассматривая нашу планету и все процессы на ней, мы обычно в своих исследованиях и прогнозах оперируем или понятиями физическими, или энергетическими, но в некоторых случаях проведение связи между той и другой стороной даст лучшее понимание описываемых тем.
В частности в контексте описанных грядущих эволюционных процессов на Земле, а так же периода серьёзных катаклизмов по всей планете было рассмотрено её ядро, процессы в нём и в слое магмы, а так же взаимосвязи с поверхностью, биосферой и атмосферой. Процессы эти были рассмотрены и на уровне физики, и на уровне энергетических взаимосвязей.
Устройств ядра Земли оказалось довольно простым и логичным с точки зрения физики, это в целом замкнутая система с двумя преобладающими термоядерными процессами в разных его частях, которые гармонично взаимодополняют друг друга.
В первую очередь надо сказать, что ядро находится в непрерывном и очень быстром движении, это ращение так же поддерживает процессы в нём.
Самый центр ядра нашей планеты представляет собой предельно тяжёлую и сжатую сложную структуру частиц, которые за счёт центробежной силы, сталкивания этих частиц и постоянного сжатия в определённый момент разделяются на более лёгкие и элементарные отдельные элементы. Это процесс термоядерного распада - в самой середине ядра планеты.
Освобождённые частицы относит на периферию, где продолжается общее быстрое движение в пределах ядра. В этой части частицы больше отстают друг от друга в пространстве, сталкиваясь на больших скоростях они заново образуют более тяжёлые и сложные частицы, которые центробежной силой затягивает обратно в середину ядра. Это процесс термоядерного синтеза - на периферии ядра Земли.
Огромные скорости движения частиц и протекания описанных процессов дают постоянные и колоссальные температуры.
Здесь стоит уточнить некоторые моменты - во-первых движение частиц происходит вокруг оси ращения Земли и по её движению - в том же направлении, это взаимодополняющее вращение - самой планеты всей массой и частиц в её ядре. Во-вторых нужно отметить, что скорость движения частиц в ядре просто огромна, она многократно превышает скорость вращения самой планеты вокруг своей оси.
Для поддержания этой системы на постоянной основе сколь угодно долго - многого не надо, достаточно, что бы на Землю время от времени попадали любые космические тела, постоянно увеличивая собой массу нашей планеты целом и ядра в частности, в то время как часть её массы уходит с тепловой энергией и газами через истончённые участки атмосферы в открытый космос.
В общем же система довольно стабильна, встаёт вопрос - какие же процессы могут привести к серьёзным геологическим, тектоническим, сейсмологическим, климатическим и другим катастрофам на поверхности?
Рассматривая физическую составляющую этих процессов получается следующая картина - время от времени из периферической части ядра в магму с огромной скоростью «выстреливают» некоторые потоки разогнанных частиц, участвующих в термоядерном синтезе, огромный слой магмы, в который они попадают, как бы гасит эти «выстрелы» собой, своей плотностью, вязкость, меньшей температурой - до поверхности планеты они не поднимаются, но зато те участки магмы, на которые приходятся подобные выбросы - резко разогреваются, приходят в движение расширяются, сильнее давят на земную кору, что и приводит к резким движениям геологических плит, разломам земной коры, скачкам температур, не говоря уже о землетрясениях и извержениях вулканов. Так же это может приводить к опусканию материковых плит в океаны и поднятию на поверхность новых континентов и островов.
Причинами таких незначительных выбросов из ядра в магму могут быть чрезмерные температуры и давление в общей системе ядра планеты, но когда речь заходит об эволюционно обусловленных катастрофических событиях повсеместно на планете, о чистке живой осознанной Земли от людской агрессии и мусора, то мы говорим сознательном намеренном акте живого осознанного существа.
С точки зрения энергетики и эзотерики планета даёт намеренные импульсы из центра-осознания-ядра в тело-магму-нижний слой Хранителей, то есть условно Титанам, на проведение к поверхности действий по зачистке территорий. Здесь стоит упомянуть о некоей прослойке между ядром и мантией, просто на уровне физики это слой остывающего вещества, с одной стороны соответствующего характеристикам ядра, с другой - магмы, что позволяет проводить энергоинформационные потоки в обе стороны. С точки зрения энергетики это что-то типа первичного «нервного проводящего поля», выглядит как корона у Солнца во время полного затмения, является связью сознания планеты с первым и самым глубинным и масштабным слоем Хранителей Земли, которые передают импульс дальше - к более мелким и мобильным зональным Хранителям, реализующим эти процессы на поверхности. Правда в период сильнейших катаклизмов, поднятия новых континентов и перекройки нынешних материков, предполагается частичное участие самих Титанов.
Здесь так же стоит отметить ещё одно важное физическое явление, связанное с устройством ядра нашей планеты и процессами, в нём протекающими. Это формирование магнитного поля Земли.
Магнитное поле образуется в результате высокой скорости движения частиц по орбите внутри ядра Земли, и можно сказать, что внешнее магнитное поле Земли является своеобразной голограммой, которая наглядно показывает термоядерные процессы, происходящие внутри ядра планеты.
Чем дальше от центра планеты распространяется магнитное поле, тем оно более разряжено, внутри планеты рядом с ядром оно на порядки сильнее, внутри же самого ядра представляет собой монолитное магнитное поле.
Элементный состав живого вещества и ОВ горючих ископаемых
Горючие ископаемые содержат в своем составе те же элементы, что и вещество живых организмов, поэтому элементы - углерод, водород, кислород, азот, серу и фосфор называют или биогенными, или биофильными, или органогенными .
На долю водорода, углерода, кислорода и азота приходится более 99% как массы, так и числа атомов, входящих в состав всех живых организмов. Кроме них в значительных количествах в живых организмах могут концентрироваться еще око
ло 20-22 химических элементов. 12 элементов составляют 99,29 %, остальные 0,71%
Распространенность в космосе: Н, Не, С, N.
До 50% - C, до 20% - O, до 8% - H, 10-15% - N, 2-6% - P, 1% - S, 1% - K, ½% - Mg и Ca, 0,2% - Fe, в следовых количествах – Na, Mn, Cu, Zn.
Строение атома, изотопы, распространение в земной коре водорода, кислорода, серы и азота
ВОДОРОД - главный эл-т космоса, самый распространенный элемент Вселенной. Хим эл-т 1 группы, атомный номер 1, атомная масса 1,0079 . В современных изданиях таблицы Менделеева H располагают также в VII группе над F, так как некоторые св-ва H похожи на свойства галогенов. Известны три изотопа H. Два стабильные - это протий 1 Н – Р (99,985%), дейтерий 2 Н - D (0,015%), и один радиоактивный - тритий 3 Н - Т, Т 1/2 =12,262 лет. Искусственно получен еще один - четвертый крайне неустойчивый изотоп - 4 Н. В разделении Р и D в природных условиях основную роль играет испарение, однако, масса вод мирового океана так велика, что содержание дейтерия в нем изменяется слабо. В тропических странах содержание дейтерия в атмосферных осадках выше, чем в полярной зоне. В свободном состоянии H - бесцветный газ, без вкуса и запаха, самый легкий из всех газов, в 14,4 раза легче воздуха. H становится жидким при -252,6°С, твердым при -259,1°С. H - прекрасный восстановитель. Горит в O несветящимся пламенем, образуя воду. В земной коре H намного меньше, чем в звездах и на Солнце. Его весовой кларк в земной коре 1%. В природных химических соединениях Н образует ионные, ковалентные и водородные связи . Водородные связи играют важную роль в биополимерах (углеводах, спиртах, белках, нуклеиновых кислотах), определяют свойства и строение геополимеров керогена и молекул ГИ. При определенных условиях атом Н способен соединиться одновременно с двумя другими атомами. Как правило, с одним из них он образует прочную ковалентную связь, а с другим - слабую, она и получила название водородной связи .
КИСЛОРОД - Самый распространенный элемент земной коры, составляет в ней по массе 49,13%. O имеет порядковый номер 8, находится во 2 периоде, VI группе, атомная масса 15,9994. Известны три стабильных изотопа O - 16 О (99,759%), 17 О (0,0371%), 18 О (0,2039%). Долгоживущие радиоактивные изотопы O отсутствуют. Искусственный радиоактивный изотоп 15 О (Т 1/2 = 122 секунды). Применяется для геологических реконструкций соотношение изотопов 18 О/ 16 О, которое в природных объектах изменяется на 10% от 1/475 до 1/525. Наиболее низкий изотопный коэффициент имеют полюсные льды, наиболее высокий - СО 2 атмосферы. При сравнении изотопного состава пользуются величиной d 18 О , которое вычисляется по формуле: d 18 О ‰= . За стандарт принято среднее соотношение этих изотопов в океанической воде. Вариации изотопного состава O в гп, воде определяются температурой, при которой протекает процесс образования конкретных минералов. Чем ниже T, тем интенсивнее будет фракционирование изотопов. Полагают, что изотопный состав O океана за последние 500 млн. лет не менялся. Главным фактором, определяющим изотопный сдвиг (вариации изотопного состава в природе), является кинетический эффект, определяемый температурой прохождения реакций. O при обычных условиях газ, невидим, безвкусен, лишен запаха. В реакциях с подавляющим большинством атомов O выступает в роли окислителя . Лишь в реакции с F окислителем является F. O существует в двухаллотропных модификациях . Первая - молекулярный кислород - О 2 Вторая модификация – озон – О 3 , обр под действием электрических разрядов в воздухе и чистом O, в радиоактивных процессах, действием на обычный O ультрафиолетовых лучей. В природе О 3 образуется постоянно под действием УФ лучей в верхних слоях атмосферы. На высоте около 30-50 км существует «озоновый экран», задерживающий основную массу УФ лучей, защищая организмы биосферы от губительного действия этих лучей. При малых концентрациях у О 3 приятный, освежающий запах, но если в воздухе более 1% О 3 , он весьма токсичен.
АЗОТ - концентрируется в биосфере: он преобладает в атмосфере (75,31% по весу, 78,7% по объему), а в земной коре его весовой кларк - 0,045 %. Химический элемент V группы, 2 периода атомный номер 7, атомная масса 14,0067. Известны три изотопа N - два стабильных 14 N (99,635%) и 15 N (0,365 %) и радиоактивный 13 N , Т 1/2 = 10,08 мин. Общий разброс значений отношений 15 N/ 14 N невелик. Нефти обогащены изотопом 15 N, а сопутствующие природные газы обеднены им. Горючие сланцы также обогащены тяжелым изотопом.N 2 бесцветный газ, без вкуса и запаха.N в отличие от О не поддерживает дыхания, смесь N с О наиболее приемлема для дыхания большинства обитателей нашей планеты. N химически неактивен. Он входит в состав ЖВ всех организмов. Малая химическая активность азота определяется строением его молекулы. Как и у большинства газов, кроме инертных, молекула N состоит из двух атомов. В образовании связи между ними участвуют по 3 валентных электрона внешней оболочки каждого атома, образуется тройная ковалентная химическая связь , которая дает самую стабильную из всех известных двухатомных молекул. «Формальная» валентность от -3 до +5, «истинная» валентность 3. Образуя прочные ковалентные связи с O,H и C, он входит в состав комплексных ионов: - , - , + , которые дают легко растворимые соли.
СЕРА – эл-т ЗК, в мантии (ультраосновные породы) ее в 5 раз меньше, чем в литосфере. Кларк в ЗК - 0,1%. Хим эл-т VI группы,3 периода, атомный номер 16, атомная масса 32,06. Высоко электроотрицательный эл-т, проявляет неметаллические свойства. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов. Обр кислоты и соли. Многие серосодерж соли малорастворимы в воде. S может обладать валентностями: (-2), (0), (+4), (+6), из них наиболее характерны первая и последняя. Характерны как ионные, так и ковалентнные связи. Основное значение для природных процессов имеет комплексный ион - 2 S - неметалл, хим активный элемент. Лишь с Au и Pt S не взаимодействует. Из неорг соединений кроме сульфатов, сульфидов и H2SO4 на Земле распространены оксиды SO 2 - газ, сильно загрязняющий атмосферу, и SO 3 (твердое вещество), а также сероводород. Для элементарной S характерно три аллотроп-ные разновидности : S ромбическая (наиболее устойчивая), S моноклинная (циклическая молекула - восьмичленное кольцо S 8) и пластическая S 6 - это линейные цепочки из шести атомов. В природе известны 4 стабильных изотопа S: 32 S (95,02%), 34 S (4,21%), 33 S (0,75%), 36 S (0,02%). Искусственный радиоактивный изотоп 35 S c Т 1/2 = 8,72 дня. За стандарт принята S троилита (FeS) из метеорита Каньона Диабло (32 S/ 34 S= 22,22) Реакции окисления и восстановления могут вызывать изотопный обмен, выражающийся в изотопном сдвиге. В природе - бактериальным путем, но возможен и термический. В природе к настоящему времени произошло четкое разделение S земной коры на 2 группы - биогенных сульфидов и газов, обогащенных легким изотопом 32 S, и сульфатов , входящих в соли океанической воды древних эвапоритов, гипсов, содержащих 34 S. Газы, сопутствующие нефтяным залежам, варьируют по изотопному составу и заметно отличаются от нефтей.
Для геохимии важно выяснить принцип распространения химических элементов в земной коре. Почему одни из них часто встречаются в природе, другие значительно реже, а третьи вообще представляют собой «музейные редкости»?
Мощным инструментом для объяснения многих геохимических явлений служит Периодический закон Д.И. Менделеева. В частности с его помощью может быть исследован вопрос о распространённости химических элементов в земной коре.
Впервые связь геохимических свойств элементов с положением их в Периодической системе химических элементов показали Д.И. Менделеев, В.И. Вернадский и А.Е. Ферсман.
Правила (законы) геохимии
Правило Менделеева
В 1869 году, работая над периодическим законом, Д.И. Менделеев сформулировал правило: «Элементы с малым атомным весом в общем более распространены, чем элементы с большим атомным весом » (см. приложение 1, Периодическую систему химических элементов). Позднее, с раскрытием строения атома было показано, что у химических элементов с малой атомной массой число протонов приблизительно равно числу нейтронов в ядрах их атомов, то есть отношение этих двух величин равно или близко к единице: для кислорода = 1,0; для алюминия
У менее распространённых элементов в ядрах атомов преобладают нейтроны и отношение их числа к числу протонов существенно больше единицы: для радия ; для урана = 1,59.
Дальнейшее развитие «правило Менделеева» нашло в работах датского физика Нильса Бора и российского химика, академика АН СССР Виктора Ивановича Спицына.
 | Виктор Иванович Спицын (1902-1988) |
Правило Оддо
В 1914 году итальянский химик Джузеппе Оддо сформулировал другое правило: «Атомные веса наиболее распространённых элементов выражаются числами, кратными четырём, или мало отклоняются от таких чисел ». Позднее это правило получило некоторую трактовку в свете новых данных о строении атомов: ядерная конструкция, состоящая из двух протонов и двух нейтронов обладает особой прочностью.
Правило Гаркинса
В 1917 году американский физикохимик Уильям Дрепер Гаркинс (Харкинс) обратил внимание на то, что химические элементы с чётными атомными (порядковыми) номерами распространены в природе в несколько раз больше, чем соседние с ними элементы с нечётными номерами. Подсчёты подтвердили наблюдение: из первых 28 элементов периодической системы 14 чётных составляют до 86 %, а нечётные - только 13,6 % от массы земной коры.
В этом случае объяснением может служить тот факт, что химические элементы с нечётными значениями атомного номера содержат частицы, не связанные в гелионы, а потому являются менее стабильными.
Из правила Гаркинса имеется много исключений: так, чётные благордные газы распространены крайне слабо, а нечётный алюминий Al обгоняет по распространению чётный магний Mg. Однако есть предположения, что это правило распространяется не столько на земную кору, сколько на весь земной шар. Хотя достоверных данных о составе глубинных слоёв земного шара пока нет, но некоторые сведения позволяют предполагать, что количество магния в целом в земном шаре вдвое больше, чем алюминия. Количество же гелия He в космическом пространстве во много раз превосходит его земные запасы. Это едва ли не самый распространённый химический элемент Вселенной.
Правило Ферсмана
А.Е. Ферсман наглядно показал зависимость распространённости химических элементов в земной коре от их атомного (порядкового) номера. Эта зависимость становится особо очевидной, если построить график в координатах: атомный номер - логарифм атомного кларка. На графике прослеживается чёткая тенденция: атомные кларки понижаются с увеличением атомных номеров химических элементов.
Рис. . Распространённость химических элементов в земной коре
Рис. 5. Распространённость химических элементов во Вселенной
(lg C – логарифмы атомных кларков по Ферсману)
(данные о количестве атомов отнесены к 10 6 атомов кремния)
Сплошная кривая – чётные значения Z,
пунктирная – нечётные значения Z
Однако имеются и некоторые отклонения от этого правила: часть химических элементов значительно превосходит ожидаемые значения распространённости (кислород O, кремний Si, кальций Ca, железо Fe, барий Ba), а другие (литий Li, бериллий Be, бор B) встречаются много реже, чем следовало ожидать, исходя из правила Ферсмана. Такие химические элементы называются соответственно избыточными и дефицитными .
Формулировка основного закона геохимии дана на с.
Водород (Н) очень легкий химический элемент, с содержанием в Земной коре 0,9% по массе, а в воде 11,19%.
Характеристика водорода
По легкости он первый среди газов. При нормальных условиях безвкусен, бесцветен, и абсолютно без запаха. При попадании в термосферу улетает в космос из-за малого веса.
Во всей вселенной это самый многочисленный химический элемент (75% от всей массы веществ). Настолько, что многие звезды в космическом пространстве состоят полностью из него. Например, Солнце. Его основной компонент - водород. А тепло и свет это итог выделения энергии при слиянии ядер материала. Так же в космосе есть целые облака из его молекул различной величины, плотности и температуры.
Физические свойства
Высокая температура и давление значительно меняют его качества, но при обычных условиях он:
Обладает высокой теплопроводностью, если сравнивать с другими газами,
Нетоксичен и плохо растворим в воде,
С плотностью 0,0899 г/л при 0°С и 1 атм.,
Превращается в жидкость при температуре -252,8°С
Становится твердым при -259,1°С.,
Удельная теплота сгорания 120,9.106 Дж/кг.
Для превращения в жидкость или твердое состояние требуются высокое давление и очень низкие температуры. В сжиженном состоянии он текуч и легок.
Химические свойства
Под давлением и при охлаждении (-252,87 гр. С) водород обретает жидкое состояние, которое по весу легче любого аналога. В нем он занимает меньше места, чем в газообразном виде.
Он типичный неметалл. В лабораториях его получают путем взаимодействия металлов (например, цинка или железа) с разбавленными кислотами. При обычных условиях малоактивен и вступает в реакцию только с активными неметаллами. Водород может отделять кислород из оксидов, и восстанавливать металлы из соединений. Он и его смеси образуют водородную связь с некоторыми элементами.
Газ хорошо растворяется в этаноле и во многих металлах, особенно в палладии. Серебро его не растворяет. Водород может окисляться во время сжигания в кислороде или на воздухе, и при взаимодействии с галогенами.
Во время соединения с кислородом, образуется вода. Если температура при этом обычная, то реакция идет медленно, если выше 550°С - со взрывом (превращается в гремучий газ).
Нахождение водорода в природе
Хотя водорода очень много на нашей планете, но в чистом виде его найти нелегко. Немного можно обнаружить при извержении вулканов, во время добычи нефти и в месте разложения органических веществ.
Больше половины всего количества находится в составе с водой. Так же он входит в структуру нефти, различной глины, горючих газов, животных и растений (присутствие в каждой живой клетке 50% по числу атомов).
Круговорот водорода в природе
Каждый год в водоемах и почве разлагается колоссальное количество (миллиарды тонн) остатков растений и это разложение выплескивает в атмосферу огромную массу водорода. Так же он выделяется при любом брожении, вызываемом бактериями, сжигании и наравне с кислородом участвует в круговороте воды.
Области применения водорода
Элемент активно используется человечеством в своей деятельности, поэтому мы научились получать его в промышленных масштабах для:
Метеорологии, химпроизводства;
Производства маргарина;
Как горючее для ракет (жидкий водород);
Электроэнергетики для охлаждения электрических генераторов;
Сварки и резки металлов.
Масса водорода используется при производстве синтетического бензина (для улучшения качества топлива низкого качества), аммиака, хлороводорода, спиртов, и других материалов. Атомная энергетика активно использует его изотопы.
Препарат «перекись водорода» широко применяют в металлургии, электронной промышленности, целлюлозно-бумажном производстве, при отбеливании льняных и хлопковых тканей, для изготовления красок для волос и косметики, полимеров и в медицине для обработки ран.
«Взрывной» характер этого газа может стать гибельным оружием - водородной бомбой. Ее взрыв сопровождается выбросом огромного количества радиоактивных веществ и губительно для всего живого.
Соприкосновение жидкого водорода и кожных покровов грозит сильным и болезненным обморожением.
Загрузка...
