تا به حال، در مورد نظریه اتمی صحبت می کنیم، در مورد اینکه چگونه از چندین نوع اتم متصل به یکدیگر به ترتیب های مختلف، مواد کاملاً متفاوتی به دست می آید، ما هرگز این سؤال "بچگانه" را نپرسیده ایم - خود اتم ها از کجا آمده اند؟ چرا تعداد زیادی اتم برخی از عناصر و تعداد بسیار کمی از عناصر دیگر وجود دارد و آنها بسیار نابرابر توزیع شده اند؟ به عنوان مثال، فقط یک عنصر (اکسیژن) نیمی از پوسته زمین را تشکیل می دهد. سه عنصر (اکسیژن، سیلیکون و آلومینیوم) در مجموع 85 درصد را تشکیل می دهند و اگر آهن، پتاسیم، سدیم، پتاسیم، منیزیم و تیتانیوم را به آنها اضافه کنیم، 99.5 درصد از پوسته زمین را به دست می آوریم. سهم چند ده عنصر دیگر تنها 0.5 درصد است. کمیاب ترین فلز روی زمین رنیوم است و طلا و پلاتین زیادی در آن وجود ندارد و به همین دلیل گران هستند. در اینجا یک مثال دیگر وجود دارد: اتم های آهن در پوسته زمین حدود هزار برابر بیشتر از اتم های مس، هزار برابر اتم های مس بیشتر از اتم های نقره و صد برابر نقره بیشتر از رنیم است.
توزیع عناصر روی خورشید کاملاً متفاوت است: بیشترین هیدروژن (70٪) و هلیوم (28٪) وجود دارد و همه عناصر دیگر - فقط 2٪ - اگر کل جهان قابل مشاهده را بگیرید، هیدروژن حتی بیشتر است در آن چرا اینطور است؟ در دوران باستان و قرون وسطی، سؤالاتی در مورد منشأ اتم ها مطرح نمی شد، زیرا آنها معتقد بودند که آنها همیشه به شکل و کمیت بدون تغییر وجود داشته اند (و طبق سنت کتاب مقدس، آنها توسط خداوند در یک روز خلقت ایجاد شده اند). . و حتی زمانی که نظریه اتمی پیروز شد و شیمی به سرعت شروع به توسعه کرد، و D.I مندلیف سیستم معروف خود را از عناصر ایجاد کرد، مسئله منشا اتم ها همچنان بیهوده تلقی می شد. البته گهگاه یکی از دانشمندان جسارت می کرد و نظریه خود را مطرح می کرد. همانطور که قبلا گفته شد. در سال 1815، ویلیام پروت پیشنهاد کرد که همه عناصر از اتم‌های سبک‌ترین عنصر یعنی هیدروژن منشأ می‌گیرند. همانطور که پروت نوشت، هیدروژن ماده اصلی فیلسوفان یونان باستان است. که از طریق "تراکم" همه عناصر دیگر را می دهد.
در قرن بیستم، با تلاش ستاره شناسان و فیزیکدانان نظری، یک نظریه علمی در مورد منشاء اتم ها ایجاد شد که به طور کلی به سؤال منشاء عناصر شیمیایی پاسخ داد. به روشی بسیار ساده، این نظریه به این صورت است. در ابتدا، تمام مواد در یک نقطه با چگالی فوق العاده بالا (K) * "g/cm") و دمای (1027 K) متمرکز شدند. این اعداد آنقدر زیاد هستند که نامی برای آنها وجود ندارد. حدود 10 میلیارد سال پیش، در نتیجه انفجار بزرگ، این نقطه فوق متراکم و فوق داغ به سرعت شروع به گسترش کرد. فیزیکدانان ایده بسیار خوبی از چگونگی وقوع رویدادها 0.01 ثانیه پس از انفجار دارند. تئوری آنچه قبلاً اتفاق افتاده بود بسیار کمتر توسعه یافته بود، زیرا در لخته ماده ای که در آن زمان وجود داشت، قوانین فیزیکی شناخته شده اکنون ضعیف عمل می کردند (و هر چه زودتر، بدتر). علاوه بر این، این سوال که قبل از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد اساساً هرگز مورد توجه قرار نگرفت، زیرا زمان خود در آن زمان وجود نداشت! به هر حال، اگر جهان مادی، یعنی هیچ رویدادی وجود نداشته باشد، پس زمان از کجا می آید؟ چه کسی یا چه چیزی آن را شمارش معکوس خواهد کرد؟ بنابراین، ماده به سرعت از هم جدا شد و سرد شد. هرچه دما پایین تر باشد، فرصت بیشتری برای تشکیل ساختارهای مختلف (به عنوان مثال، در دمای اتاق میلیون ها ترکیب آلی مختلف می تواند وجود داشته باشد، در +500 درجه سانتیگراد - فقط تعداد کمی، و بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد، احتمالاً هیچ آلی وجود ندارد. مواد می توانند وجود داشته باشند - همه آنها در دماهای بالا به اجزای سازنده خود تقسیم می شوند). به گفته دانشمندان، 3 دقیقه پس از انفجار، زمانی که درجه حرارت به یک میلیارد درجه کاهش یافت، فرآیند سنتز هسته آغاز شد (این کلمه از هسته لاتین - "هسته" و یونانی "سنتز" - "ترکیب، ترکیب" می آید). یعنی فرآیند اتصال پروتون و نوترون به هسته عناصر مختلف. علاوه بر پروتون ها - هسته های هیدروژن، هسته های هلیوم نیز ظاهر شدند. این هسته‌ها هنوز نمی‌توانستند الکترون‌ها را بچسبانند و آگوم‌ها را تشکیل دهند، زیرا دما بسیار بالا بود. جهان اولیه متشکل از هیدروژن (تقریباً 75٪) و هلیوم، با مقدار کمی از فراوان ترین عنصر بعدی، لیتیوم (سه پروتون در هسته خود است). این ترکیب تقریباً برای 500 هزار سال تغییر نکرده است. جهان به انبساط، سرد شدن، و به طور فزاینده ای کمیاب شدن ادامه داد. هنگامی که دما به +3000 درجه سانتیگراد کاهش یافت، الکترون ها توانستند با هسته ها ترکیب شوند که منجر به تشکیل اتم های هیدروژن و هلیوم پایدار شد.
به نظر می رسد که جهان، متشکل از هیدروژن و هلیوم، به انبساط و سرد شدن تا بی نهایت ادامه خواهد داد. اما در آن صورت نه تنها عناصر دیگر، بلکه کهکشان‌ها، ستاره‌ها و همچنین من و شما وجود خواهند داشت. انبساط بی نهایت جهان توسط نیروهای گرانش جهانی (گرانش) خنثی شد. فشردگی گرانشی ماده در بخش‌های مختلف کیهان نادر با گرمایش شدید مکرر همراه بود - مرحله تشکیل ستارگان انبوه آغاز شد که حدود 100 میلیون سال طول کشید در آن مناطق از گاز و غبار که دما به 10 میلیون سال رسید درجات مختلف، فرآیند همجوشی حرارتی هلیوم با همجوشی هسته‌های هیدروژن آغاز شد وجود هیدروژن کافی در آن، فشرده سازی ستاره تحت تأثیر گرانش با تابش "از درون" به دلیل "سوختن" هیدروژن خنثی شد پروتون های باردار توسط نیروی دافعه کولن جلوگیری می شود.
هنگامی که عرضه سوخت هیدروژن به پایان می رسد، سنتز هلیوم به تدریج متوقف می شود و همراه با آن تشعشعات قدرتمند محو می شوند. نیروهای گرانشی دوباره ستاره را فشرده می کنند، دما افزایش می یابد و امکان ادغام هسته های هلیوم با یکدیگر برای تشکیل هسته های کربن (6 پروتون) و اکسیژن (8 پروتون در هسته) فراهم می شود. این فرآیندهای هسته ای با آزاد شدن انرژی نیز همراه است. اما دیر یا زود، ذخایر هلیوم تمام خواهد شد. و سپس مرحله سوم فشرده سازی ستاره توسط نیروهای گرانشی آغاز می شود. و سپس همه چیز به جرم ستاره در این مرحله بستگی دارد. اگر جرم خیلی بزرگ نباشد (مانند خورشید ما)، آنگاه اثر افزایش دما با انقباض ستاره کافی نخواهد بود تا کربن و اکسیژن وارد واکنش های همجوشی هسته ای بعدی شوند. چنین ستاره ای به اصطلاح به یک کوتوله سفید تبدیل می شود. عناصر سنگین‌تر در ستارگانی ساخته می‌شوند که ستاره‌شناسان آن‌ها را غول‌های قرمز می‌نامند - جرم آنها چندین برابر خورشید است. در این ستاره ها، واکنش های سنتز عناصر سنگین تر از کربن و اکسیژن صورت می گیرد. همانطور که ستاره شناسان به صورت مجازی بیان می کنند، ستارگان آتش های هسته ای هستند که خاکستر آن عناصر شیمیایی سنگین است.
33
2- 1822
انرژی آزاد شده در این مرحله از زندگی ستاره، لایه‌های بیرونی غول سرخ را به شدت «باد» می‌کند. اگر خورشید ما چنین ستاره ای می شد. زمین در نهایت درون این توپ غول پیکر قرار می گیرد - چشم انداز چندان خوشایندی برای همه چیز روی زمین نیست. باد ستاره ای
"تنفس" از سطح غول های قرمز، عناصر شیمیایی سنتز شده توسط این غول ها را به فضای بیرون می برد که سحابی ها را تشکیل می دهند (بسیاری از آنها از طریق تلسکوپ قابل مشاهده هستند). غول های قرمز عمر نسبتا کوتاهی دارند - صدها برابر کمتر از خورشید. اگر جرم چنین ستاره ای 10 برابر از جرم خورشید بیشتر شود، شرایط (دمای یک میلیارد درجه) برای سنتز عناصر تا آهن ایجاد می شود. آهن یالرو در بین تمام هسته ها پایدارترین است. این بدان معنی است که واکنش های سنتز عناصری که سبک تر از آهن هستند، انرژی آزاد می کنند، در حالی که سنتز عناصر سنگین تر نیاز به انرژی دارد. با صرف انرژی، واکنش های تجزیه آهن به عناصر سبک تر نیز رخ می دهد. بنابراین، در ستارگانی که به مرحله رشد "آهن" رسیده اند، فرآیندهای چشمگیری رخ می دهد: به جای آزاد شدن انرژی، جذب می شود که با کاهش سریع دما و فشرده شدن به حجم بسیار کمی همراه است. ستاره شناسان این فرآیند را فروپاشی گرانشی می نامند (از کلمه لاتین collapsus - "ضعیف، افتاده"؛ بی دلیل نیست که پزشکان این را افت ناگهانی فشار خون می نامند که برای انسان بسیار خطرناک است). در هنگام فروپاشی گرانشی، تعداد زیادی نوترون تشکیل می شود که به دلیل کمبود بار، به راحتی به هسته همه عناصر موجود نفوذ می کنند. هسته های فوق اشباع شده با نوترون ها تحت یک تبدیل خاص قرار می گیرند (به آن واپاشی بتا می گویند) که طی آن یک پروتون از یک نوترون تشکیل می شود. در نتیجه، از هسته یک عنصر معین، عنصر بعدی به دست می آید که در هسته آن یک پروتون دیگر وجود دارد. دانشمندان یاد گرفته اند که چنین فرآیندهایی را در شرایط زمینی بازتولید کنند. یک مثال شناخته شده سنتز ایزوتوپ پلوتونیوم-239 است، زمانی که اورانیوم طبیعی (92 پروتون، 146 نوترون) با نوترون ها تابش می شود، هسته آن یک نوترون را جذب می کند و عنصر مصنوعی نپتونیوم تشکیل می شود (93 پروتون، 146 نوترون). و از آن پلوتونیوم بسیار کشنده (94 پروتون، 145 نوترون) که در بمب های اتمی استفاده می شود. در ستارگانی که دچار فروپاشی گرانشی می شوند، در نتیجه جذب نوترون و متعاقب آن واپاشی بتا، صدها هسته مختلف از همه ایزوتوپ های ممکن عناصر شیمیایی تشکیل می شود. فروپاشی یک ستاره با یک انفجار بزرگ، همراه با پرتاب توده عظیمی از ماده به فضای بیرونی به پایان می رسد - یک ابرنواختر تشکیل می شود. ماده پرتاب شده، حاوی تمام عناصر جدول تناوبی (و بدن ما حاوی همان اتم ها است!)، با سرعتی تا 10000 کیلومتر بر ثانیه به اطراف پراکنده می شود. و بقایای کوچکی از ماده از ستاره مرده فشرده می شود (فرو می ریزد) تا یک ستاره نوترونی فوق متراکم یا حتی یک سیاهچاله را تشکیل دهد. گاهی اوقات، چنین ستارگانی در آسمان ما شعله ور می شوند، و اگر شعله ور شدن نه چندان دور اتفاق بیفتد، درخشندگی ابرنواختر از همه ستارگان بیشتر می شود و این تعجب آور نیست: درخشندگی یک ابرنواختر می تواند از روشنایی کل کهکشان متشکل از یک کهکشان بیشتر باشد. یک میلیارد ستاره، طبق تواریخ چینی، در سال 1054 شعله ور شد. اکنون در این مکان سحابی معروف خرچنگ در صورت فلکی ثور وجود دارد و در مرکز آن یک چرخش سریع (30 دور در ثانیه) وجود دارد! ) ستاره نوترونی، و نه برای سنتز عناصر جدید)، چنین ستارگانی تاکنون فقط در کهکشان های دور شعله ور شده اند.
در نتیجه "سوختن" ستاره ها و انفجار ابرنواخترها، بسیاری از عناصر شیمیایی شناخته شده در فضای بیرونی پیدا شدند. بقایای ابرنواخترها به شکل سحابی های در حال گسترش، "گرم شده" توسط دگرگونی های رادیواکتیو، با یکدیگر برخورد می کنند، به شکل گیری های متراکم متراکم می شوند، که از آن ستارگان نسل جدید تحت تأثیر نیروهای گرانشی به وجود می آیند. این ستارگان (از جمله خورشید ما) از همان ابتدای پیدایش خود حاوی ترکیبی از عناصر سنگین هستند. همین عناصر در ابرهای گاز و غبار اطراف این ستارگان وجود دارد که از آن سیارات تشکیل شده اند. بنابراین عناصری که همه چیزهای اطراف ما را تشکیل می دهند، از جمله بدن ما، در نتیجه فرآیندهای عظیم کیهانی متولد شده اند...
چرا برخی از عناصر بسیاری شکل گرفتند و عناصر کمی؟ به نظر می رسد که در فرآیند نوکلئوسنتز، هسته هایی متشکل از تعداد زوج کوچکی از نوترون ها و نوترون ها به احتمال زیاد تشکیل می شوند. هسته های سنگین، "سرریز" از پروتون ها و نوترون ها، پایداری کمتری دارند و تعداد کمتری از آنها در کیهان وجود دارد. یک قانون کلی وجود دارد: هرچه بار یک هسته بیشتر باشد، سنگین تر باشد، چنین هسته هایی در جهان کمتر است. با این حال، این قانون همیشه رعایت نمی شود. به عنوان مثال، در پوسته زمین، هسته های سبک کمی از لیتیوم (3 پروتون، 3 نوترون)، بور (5 پروتون و 5 یا نوترون b) وجود دارد. فرض بر این است که این هسته ها به دلایلی نمی توانند در اعماق ستارگان تشکیل شوند و تحت تأثیر پرتوهای کیهانی از هسته های سنگین تر انباشته شده در فضای بین ستاره ای "شکاف" می شوند. بنابراین، نسبت عناصر مختلف روی زمین، پژواک فرآیندهای آشفته در فضا است که میلیاردها سال پیش، در مراحل بعدی توسعه کیهان رخ داده است.

ترکیب عنصری ماده زنده و OM سوخت های فسیلی

سوخت های فسیلی حاوی همان عناصر موجودات زنده هستند، بنابراین عناصر موجود هستند کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و فسفر به نام یا بیوژنیک یا بیوفیلیک یا ارگانوژنیک.

هیدروژن، کربن، اکسیژن و نیتروژن را تشکیل می دهند بیش از 99%هم جرم و هم تعداد اتم هایی که همه موجودات زنده را تشکیل می دهند. علاوه بر آنها، آنها همچنین می توانند در مقادیر قابل توجهی در موجودات زنده متمرکز شوند.

اینجا 20-22 عنصر شیمیایی. 12 عنصر 99.29٪، بقیه 0.71٪ را تشکیل می دهند.

شیوع در فضا: H، He، C، N.

تا 50٪ - C، تا 20٪ - O، تا 8٪ - H، 10-15٪ - N، 2-6٪ - P، 1٪ - S، 1٪ - K، ½٪ - Mg و کلسیم، 0.2٪ - آهن، به مقدار کمی - Na, Mn, Cu, Zn.

ساختار اتمی، ایزوتوپ ها، توزیع هیدروژن، اکسیژن، گوگرد و نیتروژن در پوسته زمین

هیدروژن - عنصر اصلی کیهان، رایج ترین عنصر کیهان . Chem el-t گروه 1، عدد اتمی 1، جرم اتمی 1.0079. در نسخه های مدرن جدول تناوبی، H نیز در گروه VII بالای F قرار می گیرد، زیرا برخی از خواص H مشابه خواص هالوژن است. سه ایزوتوپ H شناخته شده است دو ایزوتوپ پایدار پروتیوم 1 H - P (99.985٪)، دوتریوم 2 H - D (0.015٪)، و یکی رادیواکتیو تریتیوم 3 H - T، T 1/2 = 12.262 سال است. یکی دیگر به طور مصنوعی به دست می آید - چهارمین ایزوتوپ بسیار ناپایدار - 4 H. در جداسازی P و D در شرایط طبیعی، تبخیر نقش اصلی را ایفا می کند، با این حال، جرم آب اقیانوس های جهان به قدری زیاد است که محتوای دوتریوم دارد. در آن کمی تغییر می کند. در کشورهای گرمسیری میزان دوتریوم در بارندگی بیشتر از ناحیه قطبی است. در حالت آزاد، H گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو، سبک ترین گاز، ۱۴.۴ برابر سبکتر از هوا است. H در -252.6 درجه سانتیگراد مایع و در -259.1 درجه سانتیگراد به جامد تبدیل می شود. H یک عامل کاهنده عالی است. در O با شعله غیر درخشان می سوزد و آب را تشکیل می دهد. در پوسته زمین، H بسیار کمتر از ستارگان و خورشید است. وزن کلارک آن در پوسته زمین 1 درصد است. در ترکیبات شیمیایی طبیعی H شکل می گیرد یونی، کووالانسیو پیوند های هیدروژنی . پیوندهای هیدروژنی نقش مهمی در بیوپلیمرها (کربوهیدرات ها، الکل ها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک) ایفا می کنند و خواص و ساختار ژئوپلیمرهای کروژن و مولکول های GI را تعیین می کنند. تحت شرایط خاصی، اتم H می تواند به طور همزمان با دو اتم دیگر ترکیب شود. به عنوان یک قاعده، با یکی از آنها پیوند کووالانسی قوی و با دیگری پیوند ضعیف ایجاد می کند، به همین دلیل به آن می گویند. پیوند هیدروژنی.

اکسیژن - رایج ترین عنصر پوسته زمین، 49.13٪ جرمی را تشکیل می دهد. O دارای شماره سریال 8، در دوره 2، گروه VI، جرم اتمی 15.9994 است. سه ایزوتوپ پایدار O شناخته شده است - 16 O (99.759٪)، 17 O (0.0371٪)، 18 O (0.2039٪). هیچ ایزوتوپ رادیواکتیو با عمر طولانی O وجود ندارد. ایزوتوپ رادیواکتیو مصنوعی 15 O (T 1/2 = 122 ثانیه). نسبت ایزوتوپ 18 O/16 O برای بازسازی های زمین شناسی استفاده می شود که در اجرام طبیعی 10 درصد از 1/475 تا 1/525 متغیر است. یخ قطبی کمترین ضریب ایزوتوپی را دارد و بالاترین آن اتمسفر CO2 است. هنگام مقایسه ترکیب ایزوتوپی، از مقدار استفاده کنید d 18 O، که با فرمول d محاسبه می شود 18 O‰= . پشت استانداردنسبت متوسط ​​این ایزوتوپ ها در آب اقیانوس ها در نظر گرفته شده است. تغییرات در ترکیب ایزوتوپی O در آب توسط دمایی که در آن تشکیل مواد معدنی خاص رخ می دهد تعیین می شود. هرچه T کمتر باشد، شکنش ایزوتوپ شدیدتر خواهد بود. اعتقاد بر این است که ترکیب ایزوتوپی O اقیانوس در طول 500 میلیون سال گذشته تغییر نکرده است. عامل اصلی تعیین کننده تغییر ایزوتوپ (تغییرات در ترکیب ایزوتوپی در طبیعت) اثر جنبشی است که توسط دمای واکنش تعیین می شود. O در شرایط عادی، گاز نامرئی، بی مزه و بی بو است. در واکنش با اکثریت قریب به اتفاق اتم ها، O نقش دارد عامل اکسید کننده. فقط در واکنش با F عامل اکسید کننده وجود دارد تغییرات دیالوتروپیک . اولین - اکسیژن مولکولی - O 2اصلاح دوم - ازن - O 3،تحت تأثیر تخلیه های الکتریکی در هوا و O خالص، در فرآیندهای رادیواکتیو، و در اثر تأثیر اشعه ماوراء بنفش بر روی O معمولی تشکیل می شود. در طبیعت O 3به طور مداوم تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش در لایه های بالایی جو تشکیل می شود. در ارتفاع حدود 30-50 کیلومتری، یک "صفحه ازن" وجود دارد که قسمت عمده اشعه ماوراء بنفش را مسدود می کند و از ارگانیسم های بیوسفر از اثرات مخرب این اشعه ها محافظت می کند. در غلظت های پایین O 3بوی دلپذیر و با طراوت، اما اگر در هوا باشد بیش از 1٪ O 3، بسیار سمی است .

نیتروژن - در بیوسفر متمرکز است: در جو غالب است (75.31٪ وزنی، 78.7٪ از نظر حجم) و در پوسته زمین آن را. وزن کلارک - 0.045٪.عنصر شیمیایی گروه V دوره 2 عدد اتمی 7 جرم اتمی 14.0067.سه ایزوتوپ N شناخته شده است - دو پایدار 14 نیوتن (99.635%) و 15 نیوتن (0.365٪ و رادیواکتیو 13 N، T 1/2 = 10.08 دقیقه. گسترش کلی مقادیر نسبت 15 N / 14 Nکم اهمیت . روغن ها در ایزوتوپ 15N غنی می شوند، در حالی که گازهای طبیعی همراه در آن تخلیه می شوند. شیل نفتی نیز در ایزوتوپ سنگین N 2 یک گاز بی رنگ، بی مزه و بی بو است. نبر خلاف O از تنفس پشتیبانی نمی کند، مخلوط ن c O برای اکثر ساکنان سیاره ما قابل قبول ترین برای تنفس است. N از نظر شیمیایی غیر فعال است. بخشی از مواد حیاتی همه موجودات است. فعالیت شیمیایی کم نیتروژن توسط ساختار مولکول آن تعیین می شود. مانند بیشتر گازها، به جز گازهای بی اثر، مولکول ناز دو اتم تشکیل شده است. 3 الکترون ظرفیتی از لایه بیرونی هر اتم در تشکیل پیوند بین آنها شرکت می کنند و تشکیل می دهند. پیوند شیمیایی کووالانسی سه گانه که می دهد پایدارترین از تمام مولکول های دو اتمی شناخته شده ظرفیت "رسمی" از -3 تا +5 است، ظرفیت "واقعی" 3 است. با تشکیل پیوندهای کووالانسی قوی با O، H و C، بخشی از یون های پیچیده است: -، -، +، که نمک های به راحتی محلول می دهد.

گوگرد - el-t ZK،در گوشته (سنگ های اولترابازیک) 5 برابر کمتر از لیتوسفر است. کلارک در ZK - 0,1%. el-t شیمیایی گروه VI، 3 دوره، عدد اتمی 16، جرم اتمی 32.06. بسیار الکترونگاتیو، خواص غیر فلزی را نشان می دهد. در ترکیبات هیدروژن و اکسیژن در یون های مختلف یافت می شود. اسید و نمک. بسیاری از نمک های حاوی گوگرد کمی در آب محلول هستند. S می تواند دارای ظرفیت هایی باشد: (-2)، (0)، (+4)، (+6)، که اولین و آخرین مشخصه ترین آنهاست. هر دو پیوند یونی و کووالانسی مشخصه هستند. از اهمیت اولیه برای فرآیندهای طبیعی، یون پیچیده - 2 S - یک غیر فلز، یک عنصر شیمیایی فعال است. S فقط با Au و Pt تعامل ندارد. از ترکیبات معدنی، علاوه بر سولفات ها، سولفیدها و H2SO4، رایج ترین اکسیدهای روی زمین SO 2 - گازی که به شدت جو را آلوده می کند، و SO 3 (یک جامد) و همچنین سولفید هیدروژن هستند. S ابتدایی با مشخصه سه نوع آلوتروپیک : S لوزی (پایدارترین)، S monoclinic (مولکول حلقوی - حلقه هشت عضوی S 8) و پلاستیک S 6 - اینها زنجیره های خطی شش اتمی هستند. 4 ایزوتوپ پایدار S در طبیعت شناخته شده است: 32 S (95.02%)، 34 S (4.21%)، 33 S (0.75%)، 36 S (0.02%). ایزوتوپ رادیواکتیو مصنوعی 35 S با T 1/2 = 8.72 روز. S به عنوان استاندارد در نظر گرفته شده است troilite(FeS) از شهاب سنگ Diablo Canyon (32 S/ 34 S = 22.22) واکنش های اکسیداسیون و کاهش می تواند باعث تبادل ایزوتوپ شود که به صورت یک تغییر ایزوتوپ بیان می شود. در طبیعت - از نظر باکتریایی، اما از نظر حرارتی نیز امکان پذیر است. در طبیعت، تا به امروز، تقسیم واضح S از پوسته زمین به 2 گروه - بیوژنیک وجود داشته است. سولفیدها و گازهای غنی شده در ایزوتوپ نور 32 S، و سولفات هادر نمکهای آب اقیانوس تبخیرهای باستانی، گچ حاوی 34 اس.

ترکیب شیمیایی پوسته زمین بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل نمونه‌های متعددی از سنگ‌ها و کانی‌هایی که در طی فرآیندهای تشکیل کوه به سطح زمین آمده‌اند و همچنین برگرفته از معادن و گمانه‌های عمیق تعیین شد.

در حال حاضر، پوسته زمین تا عمق 15-20 کیلومتری مورد مطالعه قرار گرفته است. از عناصر شیمیایی تشکیل شده است که بخشی از سنگ ها هستند.

رایج ترین عناصر در پوسته زمین 46 است که 8 عنصر 97.2-98.8٪ جرم آن را تشکیل می دهند، 2 (اکسیژن و سیلیکون) - 75٪ از جرم زمین.

13 عنصر اول (به استثنای تیتانیوم)، که اغلب در پوسته زمین یافت می شوند، بخشی از مواد آلی گیاهان هستند، در تمام فرآیندهای حیاتی شرکت می کنند و نقش مهمی در حاصلخیزی خاک دارند. تعداد زیادی از عناصر شرکت کننده در واکنش های شیمیایی در روده های زمین منجر به تشکیل طیف گسترده ای از ترکیبات می شود. عناصر شیمیایی که بیشترین فراوانی را در لیتوسفر دارند در بسیاری از کانی ها یافت می شوند (عمدتا سنگ های مختلف از آنها تشکیل شده اند).

عناصر شیمیایی منفرد در ژئوسفرها به شرح زیر توزیع می شوند: اکسیژن و هیدروژن هیدروسفر را پر می کنند. اکسیژن، هیدروژن و کربن اساس بیوسفر را تشکیل می دهند. اکسیژن، هیدروژن، سیلیکون و آلومینیوم اجزای اصلی خاک رس و ماسه یا محصولات هوازدگی هستند (که عمدتاً قسمت بالایی پوسته زمین را تشکیل می دهند).

عناصر شیمیایی در طبیعت در ترکیبات مختلفی به نام کانی ها یافت می شوند. اینها مواد شیمیایی همگن پوسته زمین هستند که در نتیجه فرآیندهای فیزیکوشیمیایی یا بیوشیمیایی پیچیده به وجود آمده اند، به عنوان مثال سنگ نمک (NaCl)، گچ (CaS04*2H20)، ارتوکلاز (K2Al2Si6016).

در طبیعت، عناصر شیمیایی نقش نابرابر در تشکیل کانی های مختلف دارند. به عنوان مثال سیلیکون (Si) جزء بیش از 600 ماده معدنی است و به صورت اکسید نیز بسیار رایج است. گوگرد تا 600 ترکیب، کلسیم - 300، منیزیم - 200، منگنز - 150، بور - 80، پتاسیم - تا 75، تنها 10 ترکیب لیتیوم شناخته شده است، و حتی ترکیبات ید کمتری.

در میان بهترین کانی های شناخته شده در پوسته زمین، گروه بزرگی از فلدسپات ها با سه عنصر اصلی - K، Na و Ca غالب هستند. در سنگ های خاک ساز و محصولات هوازدگی آنها، فلدسپات ها جایگاه اصلی را به خود اختصاص می دهند. فلدسپات ها به تدریج هوا می شوند (تجزیه می شوند) و خاک را با پتاسیم، سدیم، کلسیم، منیزیم، آهن و سایر مواد خاکستر و همچنین عناصر ریز غنی می کنند.

شماره کلارک- اعدادی که میانگین محتوای عناصر شیمیایی در پوسته زمین، هیدروسفر، زمین، اجرام کیهانی، سیستم های ژئوشیمیایی یا کیهانی و غیره را نسبت به جرم کل این سیستم بیان می کنند. بر حسب درصد یا گرم بر کیلوگرم بیان می شود.

انواع کلارک

کلارک های وزنی (% g/t یا g/g) و اتمی (% از تعداد اتم ها) وجود دارد. تعمیم داده ها در مورد ترکیب شیمیایی سنگ های مختلف که پوسته زمین را تشکیل می دهند، با در نظر گرفتن توزیع آنها تا اعماق 16 کیلومتری، اولین بار توسط دانشمند آمریکایی F. W. Clark (1889) انجام شد. اعدادی که او برای درصد عناصر شیمیایی در ترکیب پوسته زمین به دست آورد، که متعاقباً توسط A.E. Fersman به پیشنهاد او تا حدودی اصلاح شد، اعداد کلارک یا کلارک نامیده شدند.

ساختار مولکولی. خواص الکتریکی، نوری، مغناطیسی و سایر خواص مولکول ها به عملکرد موج و انرژی حالت های مختلف مولکول ها مربوط می شود. طیف های مولکولی اطلاعاتی در مورد وضعیت مولکول ها و احتمال انتقال بین آنها ارائه می دهد.

فرکانس‌های ارتعاش در طیف‌ها توسط جرم اتم‌ها، مکان آنها و دینامیک برهمکنش‌های بین اتمی تعیین می‌شود. فرکانس‌ها در طیف‌ها به لحظه‌های اینرسی مولکول‌ها بستگی دارد، که تعیین آن از داده‌های طیف‌سنجی به فرد امکان می‌دهد مقادیر دقیق فواصل بین اتمی را در مولکول به دست آورد. تعداد کل خطوط و نوارها در طیف ارتعاشی یک مولکول به تقارن آن بستگی دارد.

انتقال های الکترونیکی در مولکول ها ساختار پوسته های الکترونیکی آنها و وضعیت پیوندهای شیمیایی را مشخص می کند. طیف مولکول هایی که تعداد پیوندهای بیشتری دارند با نوارهای جذب موج بلند که در ناحیه مرئی سقوط می کنند مشخص می شوند. موادی که از چنین مولکول هایی ساخته می شوند با رنگ مشخص می شوند. این مواد شامل تمام رنگ های آلی می شود.

یون هادر نتیجه انتقال الکترون، یون ها تشکیل می شوند - اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که در آنها تعداد الکترون ها با تعداد پروتون ها برابر نیست. اگر یک یون دارای ذرات با بار منفی بیشتری نسبت به ذرات دارای بار مثبت باشد، چنین یونی منفی نامیده می شود. در غیر این صورت، یون مثبت نامیده می شود. یون ها در مواد بسیار رایج هستند، به عنوان مثال، آنها در تمام فلزات بدون استثنا یافت می شوند. دلیل آن این است که یک یا چند الکترون از هر اتم فلز جدا شده و در داخل فلز حرکت می کنند و چیزی را تشکیل می دهند که گاز الکترونی نامیده می شود. به دلیل از دست دادن الکترون ها، یعنی ذرات منفی، اتم های فلز به یون های مثبت تبدیل می شوند. این برای فلزات در هر حالتی - جامد، مایع یا گاز - صادق است.

شبکه کریستالی آرایش یون های مثبت را در داخل یک کریستال از یک ماده فلزی همگن مدل می کند.

مشخص است که در حالت جامد همه فلزات کریستال هستند. یون های تمام فلزات به صورت منظم چیده شده اند و یک شبکه کریستالی را تشکیل می دهند. در فلزات مذاب و تبخیر شده (گاز)، آرایش منظمی از یون ها وجود ندارد، اما گاز الکترون همچنان بین یون ها باقی می ماند.

ایزوتوپ ها- انواع اتم ها (و هسته های) یک عنصر شیمیایی که دارای عدد اتمی (ترتیبی) یکسانی هستند، اما در عین حال اعداد جرمی متفاوتی دارند. این نام به این دلیل است که همه ایزوتوپ های یک اتم در یک مکان (در یک سلول) جدول تناوبی قرار می گیرند. خواص شیمیایی یک اتم به ساختار لایه الکترونی بستگی دارد که به نوبه خود عمدتاً توسط بار هسته Z (یعنی تعداد پروتون های موجود در آن) تعیین می شود و تقریباً به جرم آن بستگی ندارد. عدد A (یعنی تعداد کل پروتون های Z و نوترون های N) . همه ایزوتوپ های یک عنصر دارای بار هسته ای یکسان هستند و فقط در تعداد نوترون ها با هم تفاوت دارند. به طور معمول، ایزوتوپ با نماد عنصر شیمیایی که به آن تعلق دارد، با اضافه کردن پسوند بالا سمت چپ که عدد جرمی را نشان می دهد، مشخص می شود. شما همچنین می توانید نام عنصر را بنویسید و سپس یک عدد جرمی خط فاصله بنویسید. برخی از ایزوتوپ‌ها نام‌های خاص سنتی دارند (به عنوان مثال، دوتریوم، اکتینون).

هیدروژن (H) یک عنصر شیمیایی بسیار سبک است که 0.9 درصد وزنی در پوسته زمین و 11.19 درصد در آب دارد.

ویژگی های هیدروژن

در بین گازها از نظر سبکی اولین است. در شرایط عادی بی مزه، بی رنگ و کاملاً بی بو است. وقتی وارد ترموسفر می شود به دلیل وزن کمش به فضا پرواز می کند.

در کل جهان، این عنصر پرتعدادترین عنصر شیمیایی (75٪ از کل جرم مواد) است. به طوری که بسیاری از ستارگان در فضای بیرونی به طور کامل از آن ساخته شده اند. مثلا خورشید. جزء اصلی آن هیدروژن است. و گرما و نور نتیجه آزاد شدن انرژی هنگام ادغام هسته های یک ماده هستند. همچنین در فضا ابرهای کاملی از مولکول های آن در اندازه ها، چگالی ها و دماهای مختلف وجود دارد.

مشخصات فیزیکی

دما و فشار بالا به طور قابل توجهی کیفیت آن را تغییر می دهد، اما در شرایط عادی:

در مقایسه با سایر گازها رسانایی حرارتی بالایی دارد.

غیر سمی و کم محلول در آب،

با چگالی 0.0899 گرم در لیتر در 0 درجه سانتی گراد و 1 اتمسفر،

در دمای -252.8 درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شود

در -259.1 درجه سانتی گراد سخت می شود،

گرمای ویژه احتراق 120.9.106 J/kg.

برای تبدیل شدن به مایع یا جامد به فشار بالا و دمای بسیار پایین نیاز دارد. در حالت مایع، سیال و سبک است.

خواص شیمیایی

تحت فشار و پس از سرد شدن (252.87- درجه سانتیگراد)، هیدروژن حالت مایع به دست می آورد که از نظر وزن سبک تر از هر آنالوگ است. فضای کمتری در آن نسبت به حالت گازی اشغال می کند.

این یک غیر فلز معمولی است. در آزمایشگاه ها از واکنش فلزات (مانند روی یا آهن) با اسیدهای رقیق تولید می شود. در شرایط عادی غیر فعال است و فقط با غیر فلزات فعال واکنش می دهد. هیدروژن می تواند اکسیژن را از اکسیدها جدا کند و فلزات را از ترکیبات کاهش دهد. آن و مخلوط های آن با عناصر خاصی پیوند هیدروژنی تشکیل می دهند.

این گاز در اتانول و در بسیاری از فلزات به ویژه پالادیوم بسیار محلول است. نقره آن را حل نمی کند. هیدروژن می تواند در حین احتراق در اکسیژن یا هوا و در هنگام تعامل با هالوژن ها اکسید شود.

هنگامی که با اکسیژن ترکیب می شود، آب تشکیل می شود. اگر دما نرمال باشد، واکنش به کندی پیش می رود، اگر بالاتر از 550 درجه سانتیگراد باشد، منفجر می شود (به گاز منفجر کننده تبدیل می شود).

یافتن هیدروژن در طبیعت

اگرچه مقدار زیادی هیدروژن در سیاره ما وجود دارد، اما یافتن آن به شکل خالص آن آسان نیست. مقدار کمی را می توان در طول فوران های آتشفشانی، در طول تولید نفت و جایی که مواد آلی تجزیه می شود، یافت.

بیش از نیمی از مقدار کل در ترکیب با آب است. همچنین در ساختار نفت، رس های مختلف، گازهای قابل اشتعال، حیوانات و گیاهان (حضور در هر سلول زنده 50٪ به تعداد اتم ها) گنجانده شده است.

چرخه هیدروژن در طبیعت

هر ساله مقدار عظیمی (میلیاردها تن) از بقایای گیاهی در آب و خاک تجزیه می شود و این تجزیه توده عظیمی از هیدروژن را در جو آزاد می کند. همچنین در طی هر گونه تخمیر ناشی از باکتری، احتراق آزاد می شود و همراه با اکسیژن در چرخه آب شرکت می کند.

کاربردهای هیدروژن

این عنصر به طور فعال توسط بشریت در فعالیت های خود استفاده می شود، بنابراین ما یاد گرفته ایم که آن را در مقیاس صنعتی برای:

هواشناسی، تولید مواد شیمیایی؛

تولید مارگارین؛

به عنوان سوخت موشک (هیدروژن مایع)؛

صنعت برق برای خنک کننده ژنراتورهای الکتریکی؛

جوشکاری و برش فلزات.

هیدروژن زیادی در تولید بنزین مصنوعی (برای بهبود کیفیت سوخت کم کیفیت)، آمونیاک، کلرید هیدروژن، الکل ها و مواد دیگر استفاده می شود. انرژی هسته ای به طور فعال از ایزوتوپ های خود استفاده می کند.

داروی "پراکسید هیدروژن" به طور گسترده در متالورژی، صنایع الکترونیک، تولید خمیر و کاغذ، برای سفید کردن پارچه های کتانی و پنبه ای، برای تولید رنگ مو و لوازم آرایشی، پلیمرها و در پزشکی برای درمان زخم ها استفاده می شود.

ماهیت "منفجره" این گاز می تواند به یک سلاح کشنده تبدیل شود - یک بمب هیدروژنی. انفجار آن با انتشار مقدار زیادی مواد رادیواکتیو همراه است و برای همه جانداران مخرب است.

تماس هیدروژن مایع و پوست می تواند باعث سرمازدگی شدید و دردناک شود.

8. غیر آلی، اجزای آلی جو. آئرویون ها.

آئرویون ها

9. تبدیلات شیمیایی ترکیبات در جو. ذرات واکنش پذیر اتمسفر ازن. اکسیژن مولکولی و اتمی

10. تبدیلات شیمیایی ترکیبات در جو. رادیکال های هیدروکسیل و هیدروپراکسید

11. تبدیلات شیمیایی ترکیبات در جو. اکسیدهای نیتروژن دی اکسید گوگرد.

12. اکسیداسیون فتوشیمیایی متان (طرح تبدیل). واکنش های همولوگ متان شیمی اتمسفر هیدروکربن ها. آلکن ها

13. تبدیلات شیمیایی ترکیبات در جو. بنزن و همولوگ های آن

14. فوتوشیمی مشتقات هیدروکربنی. آلدهیدها و کتون ها.

15. فوتوشیمی مشتقات هیدروکربنی. کربوکسیلیک اسیدها و الکل ها. آمین ها و ترکیبات حاوی گوگرد.

16. فتوشیمی جو آلوده شهرها. تشکیل فتوشیمیایی مه دود

17. شیمی اتمسفر ترکیبات هالوژن دار. تاثیر اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات آلی حاوی هالوژن بر لایه ازن.

18. شیمی جو آلوده شهرها. تخریب فلزات، روکش ساختمان، شیشه. مشکل از بین رفتن جنگل

19. انواع اصلی آبهای طبیعی. طبقه بندی آب ها

20. گروه ها، انواع، طبقات، خانواده ها، جنس آب ها. کانی سازی عمومی آب

21. یون های سرب و کمیاب آب های طبیعی. طبقه بندی آب های طبیعی بر اساس ترکیب یونی

22. خصوصیات انرژی یونها. تعادل اسید و باز در مخازن طبیعی

23. شرایط ردوکس آبهای طبیعی.

24. نمودار پایداری آب (pH مجدد).

26. قلیاییت کل آب. فرآیندهای اسیدی شدن آب های سطحی

27. خواص اساسی آب. گازهای آب طبیعی

گازهای آب طبیعی

30. آلودگی آب های زیرزمینی، رودخانه ها و دریاها با بقایای آلی.

31. آلودگی آب های زیرزمینی، رودخانه ها و دریاها با بقایای غیر آلی.

2 انتشار اسید

32. آلودگی آب های زیرزمینی، رودخانه ها و دریاها با فلزات سنگین.

33. خوردگی فلزات در محیط آبی. عوامل موثر بر شدت فرآیند خوردگی.

34. تخریب بتن و بتن مسلح تحت تاثیر آب.

35. تشکیل لایه خاک. طبقه بندی ذرات خاک بر اساس اندازه و ترکیب مکانیکی.

طبقه بندی ذرات خاک بر اساس اندازه آنها

35. ترکیب عنصری و فازی خاکها.

37. ظرفیت رطوبت، نفوذپذیری آب خاک ها. اشکال مختلف آب در خاک

38. محلول های خاک.

39. ظرفیت تبادل کاتیونی خاکها. ظرفیت جذب خاک گزینش پذیری تبادل کاتیونی

40. اشکال ترکیبات آلومینیوم در خاک. انواع اسیدیته خاک

41. ترکیبات سیلیسیم و آلومینوسیلیکاتها در خاک.

42. ترکیبات کربن معدنی و آلی در خاک. معنی هوموس. دی اکسید کربن، اسید کربنیک و کربنات ها

مواد آلی و اهمیت آنها

43. تقسیم مواد هیومیک در خاک.

44. هوموس. ترکیبات هوموسی خاص

اسیدهای فولویک

45. ترکیبات هوموسی غیر اختصاصی. باقیمانده غیر قابل هیدرولیز

46. ​​اسیدهای هیومیک خاک.

47. آلودگی انسان زایی خاک. آلودگی اسیدی

48. آلودگی انسان زایی خاک. تاثیر فلزات سنگین بر شرایط خاک و رشد گیاه.

49. آلودگی انسان زایی خاک. آفت کش ها در خاک.

50. آلودگی انسان زایی خاک. تأثیر رژیم آب نمک بر وضعیت خاک.

پاسخ به سوالات،

ارائه شده برای آزمون در رشته «فرایندهای فیزیکوشیمیایی در محیط زیست» برای دانشجویان سال سوم رشته تخصصی «مدیریت محیط زیست و ممیزی در صنعت»

فراوانی اتم ها در محیط. کلارک عناصر.

عنصر کلارک - تخمین عددی میانگین محتوای یک عنصر در پوسته زمین، هیدروسفر، اتمسفر، زمین به عنوان یک کل، انواع سنگ‌ها، اجرام فضایی و غیره. کلارک یک عنصر را می‌توان بر حسب واحد جرم بیان کرد. ، g/t)، یا در درصد اتمی. معرفی شده توسط Fersman، به نام فرانک اونگلیزورت، ژئوشیمیدان آمریکایی.

کلارک اولین کسی بود که فراوانی کمی عناصر شیمیایی را در پوسته زمین ایجاد کرد. او همچنین هیدروسفر و جو را در پوسته زمین گنجاند. با این حال، جرم هیدروسفر چندین درصد است و جو صدم درصد جرم پوسته جامد است، بنابراین اعداد کلارک عمدتاً ترکیب پوسته جامد را منعکس می کنند. بنابراین، در سال 1889 کلارک ها برای 10 عنصر، در سال 1924 - برای 50 عنصر محاسبه شدند.

رادیومتری مدرن، فعال‌سازی نوترونی، جذب اتمی و سایر روش‌های آنالیز، تعیین محتوای عناصر شیمیایی در سنگ‌ها و کانی‌ها را با دقت و حساسیت زیادی ممکن می‌سازد. ایده ها در مورد کلارک تغییر کرده است. به عنوان مثال: Ge در سال 1898 فاکس کلارک را برابر با n * 10 -10٪ در نظر گرفت. Ge ضعیف مورد مطالعه قرار گرفت و هیچ اهمیت عملی نداشت. در سال 1924، کلارک برای آن n*10 -9٪ محاسبه شد (کلارک و جی. واشنگتن). بعدها، جنرال الکتریک در زغال سنگ کشف شد و کلارک آن به 0.p٪ افزایش یافت. جنرال الکتریک در مهندسی رادیو استفاده می شود، جستجوی مواد خام ژرمانیوم، مطالعه دقیق ژئوشیمی جنرال الکتریک نشان داد که جنرال الکتریک در پوسته زمین چندان نادر نیست، کلارک آن در لیتوسفر 1.4 * 10-4٪ است، تقریباً یکسان است. همانطور که Sn، As، در پوسته زمین بسیار بالاتر از Au، Pt، Ag.

فراوانی اتم ها در

ورنادسکی مفهوم حالت پراکنده عناصر شیمیایی را معرفی کرد و تایید شد. همه عناصر در همه جا حضور دارند.این گزاره در مورد پراکندگی کلی عناصر شیمیایی قانون کلارک-ورنادسکی نامیده می شود.

بر اساس صدای عناصر در پوسته جامد زمین (درباره وینوگرادوف)، تقریبا ½ از پوسته جامد زمین از O تشکیل شده است، یعنی پوسته زمین یک "کره اکسیژن" است، یک ماده اکسیژن.

کلارک اکثر عناصر از 0.01-0.0001٪ تجاوز نمی کند - اینها عناصر کمیاب هستند. اگر این عناصر توانایی تمرکز ضعیفی داشته باشند، به آنها به شدت پراکنده می گویند (Br، In، Ra، I، Hf).

به عنوان مثال: برای U و Br، مقادیر کلارک به ترتیب ≈ 2.5 * 10 -4، 2.1 * 10-4 هستند، اما U به سادگی یک عنصر کمیاب است، زیرا ذخایر آن شناخته شده است، و Br نادر، پراکنده است، زیرا در پوسته زمین متمرکز نیست. ریزعناصر عناصری هستند که در یک سیستم معین در مقادیر کم (≈ 0.01٪ یا کمتر) موجود هستند. بنابراین، Al یک ریز عنصر در موجودات و یک درشت عنصر در سنگ های سیلیکات است.

طبقه بندی عناصر بر اساس ورنادسکی.

در پوسته زمین، عناصر مربوط به جدول تناوبی رفتار متفاوتی دارند - آنها به روش های مختلف به پوسته زمین مهاجرت می کنند. ورنادسکی مهمترین لحظات در تاریخ عناصر در پوسته زمین را در نظر گرفت. اهمیت اصلی به پدیده ها و فرآیندهایی مانند رادیواکتیویته، برگشت پذیری و برگشت ناپذیری مهاجرت داده شد. توانایی تامین مواد معدنی ورنادسکی 6 گروه از عناصر را شناسایی کرد:

گازهای نجیب (He، Ne، Ar، Kr، Xe) - 5 عنصر.

فلزات نجیب (Ru، Rh، Pd، Os، Ir، Pt، Au) - 7 عنصر.

عناصر چرخه ای (شرکت در چرخه های پیچیده) - 44 عنصر.

عناصر پراکنده - 11 عنصر؛

عناصر بسیار پرتوزا (Po، Ra، Rn، Ac، Th، Pa، U) - 7 عنصر.

عناصر خاکی کمیاب - 15 عنصر.

عناصر گروه 3 بر حسب جرم در پوسته زمین غالب هستند.

ایده های تجربی روزمره با داده های واقعی مطابقت ندارند. بنابراین، روی، مس به طور گسترده در زندگی روزمره و فناوری توزیع می شود و Zr (زیرکونیوم) و Ti برای ما عناصر کمیاب هستند. اگرچه Zr در پوسته زمین 4 برابر مس و Ti 95 برابر بیشتر است. «نادر بودن» این عناصر با دشواری استخراج آنها از سنگ معدن توضیح داده می شود.

عناصر شیمیایی نه متناسب با جرم خود، بلکه مطابق با تعداد اتم ها با یکدیگر تعامل دارند. بنابراین، کلارک ها را می توان نه تنها در جرم، بلکه بر حسب درصد تعداد اتم ها، یعنی. با در نظر گرفتن توده های اتمی (چیروینسکی، فرسمن). در همان زمان، صدای عناصر سنگین کاهش می یابد و صدای عناصر سبک افزایش می یابد.

مثلا:

محاسبه بر اساس تعداد اتم ها تصویر متضادی تری از شیوع عناصر شیمیایی به دست می دهد - غلبه حتی بیشتر از اکسیژن و نادر بودن عناصر سنگین.

هنگامی که ترکیب متوسط ​​پوسته زمین مشخص شد، این سوال در مورد دلیل توزیع ناهموار عناصر مطرح شد. این گله با ویژگی های ساختاری اتم ها مرتبط است.

اجازه دهید ارتباط بین مقادیر کلارک و خواص شیمیایی عناصر را در نظر بگیریم.

بنابراین، فلزات قلیایی Li، Na، K، Rb، Cs، Fr از نظر شیمیایی به یکدیگر نزدیک هستند - یک الکترون ظرفیت، اما مقادیر کلارک متفاوت هستند - Na و K - ≈ 2.5. Rb - 1.5 * 10 -2; Li - 3.2 * 10 -3 ; Cs - 3.7 * 10 -4 مقادیر کلارک برای F و Cl، Br و I، Si (29.5) و Ge (1.4*10-4)، Ba (6.5*10-2) و Ra (2*10-10) به شدت متفاوت است.

از سوی دیگر، عناصری که از نظر شیمیایی متفاوت هستند دارای مقادیر کلارک مشابه هستند - Mn (0.1) و P (0.093)، Rb (1.5 * 10-2) و Cl (1.7 * 10-2).

فرسمن وابستگی مقادیر کلارک های اتمی را برای عناصر زوج و فرد جدول تناوبی به عدد اتمی عنصر ترسیم کرد. مشخص شد که با پیچیده تر شدن ساختار هسته اتم (وزن)، مقادیر کلارک عناصر کاهش می یابد. با این حال، این وابستگی ها (منحنی ها) شکسته شدند.

فرسمن یک خط وسط فرضی ترسیم کرد که با افزایش تعداد ترتیبی عنصر به تدریج کاهش یافت. دانشمند عناصری را که در بالای خط میانی قرار دارند و قله‌ها را تشکیل می‌دهند، اضافی (O، Si، Fe و غیره) و عناصری که در زیر خط قرار دارند - کمبود (گازهای بی‌اثر و غیره) نامید. از وابستگی به‌دست‌آمده چنین برمی‌آید که پوسته زمین تحت سلطه اتم‌های سبک است که سلول‌های اولیه جدول تناوبی را اشغال می‌کند، هسته‌های آن حاوی تعداد کمی پروتون و نوترون است. در واقع، پس از Fe (شماره 26) یک عنصر مشترک وجود ندارد.

بیشتر اودو (دانشمند ایتالیایی) و گارکینز (دانشمند آمریکایی) در 1925-1928. یکی دیگر از ویژگی های شیوع عناصر مشخص شد. پوسته زمین توسط عناصری با اعداد اتمی زوج و جرم اتمی تسلط دارد. در بین عناصر همسایه، عناصر زوج تقریباً همیشه دارای کلارک بالاتری نسبت به عناصر فرد هستند. برای 9 عنصر متداول (8 O، 14 Si، 13 Al، 26 Fe، 20 Ca، 11 Na، 19 K، 12 Mg، 22 Ti)، جرم زوج در مجموع 86.43٪ و موارد فرد - 13.05٪ است. کلارک عناصری که جرم اتمی آنها بر 4 بخش پذیر است به خصوص بزرگ هستند، اینها O، Mg، Si، Ca.

بر اساس تحقیقات Fersman، هسته های نوع 4q (q یک عدد صحیح است) 86.3 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند. هسته های نوع 4q+3 (12.7%) و هسته های بسیار کمی از نوع 4q+1 و 4q+2 (1%) کمتر رایج هستند.

در میان عناصر زوج، که با He شروع می‌شود، هر ششم بالاترین کلارک‌ها را دارد: O (شماره 8)، Si (شماره 14)، Ca (شماره 20)، Fe (شماره 26). برای عناصر فرد - یک قانون مشابه (شروع با H) - N (شماره 7)، Al (شماره 13)، K (شماره 19)، Mg (شماره 25).

بنابراین، هسته هایی با تعداد کم و تعداد پروتون و نوترون در پوسته زمین غالب هستند.

با گذشت زمان، کلارک ها تغییر کرده اند. بنابراین، در نتیجه تجزیه رادیواکتیو، U و Th کمتر، اما سرب بیشتر بود. فرآیندهایی مانند انتشار گاز و ریزش شهاب سنگ نیز در تغییر مقادیر کلارک عناصر نقش داشتند.

روندهای اصلی تغییرات شیمیایی در پوسته زمین. چرخه بزرگ ماده در پوسته زمین.

چرخه مواد. ماده پوسته زمین به دلایل مختلف فیزیکی و شیمیایی در حال حرکت مداوم است. خواص ماده، سیاره ای، زمین شناسی، جغرافیایی و بیولوژیکی. شرایط زمین این حرکت همواره و پیوسته در طول زمان زمین شناسی رخ می دهد - حداقل یک و نیم و ظاهراً بیش از سه میلیارد سال نیست. در سال های اخیر، علم جدیدی از چرخه زمین شناسی رشد کرده است - ژئوشیمی، که وظیفه مطالعه شیمی را دارد. عناصری که سیاره ما را می سازند موضوع اصلی مطالعه او حرکات شیمیایی است. عناصر جوهر زمین، مهم نیست که چه چیزی باعث این حرکات می شود. به این حرکات عناصر مهاجرت شیمیایی می گویند. عناصر. در میان مهاجرت ها مواردی وجود دارد که در طی آن مواد شیمیایی عنصر به ناچار پس از مدت زمان طولانی تر یا کوتاه تر به حالت اولیه خود باز می گردد. تاریخچه چنین مواد شیمیایی عناصر موجود در پوسته زمین را می توان به این ترتیب کاهش داد. به یک فرآیند برگشت پذیر و در قالب یک فرآیند دایره ای، یک چرخه ارائه می شود. این نوع مهاجرت برای همه عناصر معمول نیست، اما برای تعداد قابل توجهی از آنها، از جمله اکثریت قریب به اتفاق عناصر شیمیایی. عناصری که موجودات گیاهی یا جانوری و محیط اطراف ما را می سازند - اقیانوس ها و آب ها، سنگ ها و هوا. برای چنین عناصری، کل یا جرم زیاد اتم های آنها در چرخه مواد قرار دارد، فقط بخش ناچیزی از آنها توسط چرخه ها پوشیده شده است. شکی نیست که بیشتر مواد پوسته زمین تا عمق 20 تا 25 کیلومتری توسط چرخان پوشانده شده است. برای شیمی زیر عناصر، فرآیندهای دایره ای مشخصه و غالب در بین مهاجرت آنها هستند (عدد نشان دهنده عدد ترتیبی است). H، Be4، B5، C«، N7، 08، P9، Nan، Mg12، Aha، Sii4، Pi5، Sie، Cli7، K19، Ca2o، Ti22، V23، Cr24، Mn25، Fe2e، Co27، Ni28، Cu29، Zn30 , Ge32, As33,Se34, Sr38,Mo42, Ag47,Cd48, Sn50, Sb51, Te62, Ba56) W74, Au79,Hg80,T]81,Pb82,Bi83. این عناصر را می توان بر این اساس از سایر عناصر به عنوان عناصر حلقوی یا آلی جدا کرد. که چرخه ها 42 عنصر از 92 عنصر موجود در سیستم مندلیف را مشخص می کنند و این تعداد شامل رایج ترین عناصر زمینی غالب است.

اجازه دهید در مورد اولین نوع طوفان که شامل مهاجرت های بیوژنیک است، صحبت کنیم. این K. بیوسفر (یعنی جو، هیدروسفر، پوسته هوازدگی) را می گیرند. در زیر هیدروسفر، آنها پوسته بازالتی را که به کف اقیانوس نزدیک می شود، می گیرند. در زیر زمین، در توالی فرورفتگی‌ها، ضخامت سنگ‌های رسوبی (استراتوسفر)، پوسته‌های دگرگونی و گرانیتی را در بر می‌گیرند و وارد پوسته بازالت می‌شوند. از اعماق زمین، در پشت پوسته بازالت، ماده زمین به K مشاهده شده نمی افتد. همچنین به دلیل قسمت های بالای استراتوسفر از بالا به داخل آنها نمی افتد. که چرخه های شیمیایی عناصر پدیده های سطحی هستند که در اتمسفر تا ارتفاعات 15-20 کیلومتری (نه بالاتر) و در لیتوسفر در عمق 15-20 کیلومتری رخ می دهند. هر K. برای اینکه دائماً تجدید شود، نیاز به هجوم انرژی خارجی دارد. دو مورد اصلی شناخته شده است و شکی نیست. منبع چنین انرژی: 1) انرژی کیهانی - تابش خورشید (مهاجرت بیوژنیک تقریباً به طور کامل به آن بستگی دارد) و 2) انرژی اتمی مرتبط با فروپاشی رادیواکتیو عناصر سری 78 اورانیوم، توریم، پتاسیم، روبیدیم با الف درجه کمتری از دقت، انرژی مکانیکی را می توان متمایز کرد که با حرکت (به دلیل گرانش) توده های زمین، و احتمالاً انرژی کیهانی که از بالا نفوذ می کند (پرتوهای هس) مرتبط است.

چرخ دنده ها که چندین لایه از زمین را در بر می گیرند، به آرامی و با توقف پیش می روند و فقط در زمان زمین شناسی قابل مشاهده هستند. آنها اغلب چندین دوره زمین شناسی را در بر می گیرند. آنها توسط زمین شناس، جابجایی زمین و اقیانوس ایجاد می شوند. بخش هایی از K. می توانند به سرعت حرکت کنند (به عنوان مثال، مهاجرت بیوژنیک).

"