КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Происхождение химических элементов
Наука геохимия должна ответить на ряд вопросов связанных с происхождением и распространением элементов в природе. В настоящее время известно следующее. Во-первых, распространенность объясняется строением атомных ядер: широко распространены элементы с небольшим и четным числом протонов и нейтронов. Во-вторых, устойчивость элементов определилась в период их образования, когда вещество Земли «проходило» звездный путь развития. При очень высоких температурах (миллионы градусов) возможно существование вещества только в виде плазмы со свободными ядерными частицами (р и п). Ядерные реакции приводили к образованию элементов наиболее устойчивых, т.е. состоящих из четного числа протонов и(или)нейтронов. Небольшая (низкая) распространенность первых элементов таблицы Д.И. Менделеева, вероятно, тоже определилась в звездную стадию развития Земли. По одной из теорий, формирование элементов взаимосвязано с эволюцией звезд, т.е. образование элементов происходило в определенных космических телах - массивных звездах. Исходным материалом для образования всех элементов был водород - гипотеза естественного синтеза элементов (цикл Бете). Возможный процесс термоядерных реакций с участием Н, Не, N и С (азотно-углеродный цикл) Ядра углерода и азота в этом цикле являются катализаторами. Энергия, выделяемая при этом процессе, вероятно, соответствует энергии, выделяемой звездами и, в том числе, Солнцем. Далее в этот цикл включается гелий: образуются 016 и Ne20; далее при более высоких температурах с участием α –частиц («α-процесс») из ядер Ne20 последовательно образуются Mg24 – Si28 – S32 – Cl36 – Ca40 – Sc44 – Ti48. Такие термоядерные реакции вероятны на «белых карликах».
После «α-процесса» вновь сжимается ядро звезды, температура растет, возникают термоядерные реакции в обстановке статического равновесия. Образуются ядра, группирующиеся вокруг Fe56 - железный максимум - V50 — Сг52 — Мn54—Fe56- Со56 — Ni58. Это «е-процесс», при котором постоянно происходит как удаление частиц от ядер, так и их добавление. Синтез элементов с массовым числом свыше 60 требует очень высоких температур, невозможных в условиях звезды. Более тяжелые элементы формируются иначе: путем простой бомбардировки нейтронами, которые легко захватываются ядрами. Бомбардировка медленными нейтронами -«s-процесс» - захват медленных (slow) нейтронов. Образование элементов таким путем (s-процессом) может быть только до Bi209. Более тяжелые элементы, следующие за Bi209, нестабильные и их синтез возможен только при бомбардировке ядер быстрыми нейтронами -«r-процесс». Образуются элементы U, Th, Np, Pu і до Lr. Следующий возможный «р-процесс», действие которого состоит в добавлении протонов: в результате цепной реакции с захватом нейтронов (при взрыве сверхновых) образуются редкие тяжелые изотопы. И, наконец, «х-процесс» - образуются ядра дейтерия (Н2) Li, Be, В. Отмечается, что процессы генерации нейтронов происходят в звездах типа красных гигантов. В целом для звезд характерно электронно-ядерное состояние вещества, однако теоретически возможно и нейтронное состояние с ядерной плотностью вещества (пульсары). При гигантских температурах возможно всеобщее превращение элементарных частиц друг в друга. На Солнце и звездах идет в основном синтез элементов, на планетах (и на Земле) - преимущественно распад. Между отдельными частями космоса идет непрерывный обмен атомами и, следовательно, энергией. Несмотря на непрерывное перераспределение атомов между отдельными частями Мироздания, в целом, количественные соотношения элементов остаются в каждом отдельном участке (Земля, геосферы и др.) сопоставимыми.
Кларки элементов не являются геологически постоянными: главные особенности (т.е. среднее содержание химических элементов в земной коре горных породах, в океане) не изменились, однако кларки отдельных элементов все же меняются. Так, при радиоактивном распаде меняется со временем количество радиоактивных (U, Th и др.) и радиогенных (РЬ, Аг и др.) элементов в земной коре. В атмосфере под действием космических лучей происходит образование элементов (13С, 3Н, 14С и других радиоактивных изотопов). Некоторые элементы (Fe, Mg, S и др.) поступают на Землю в составе метеоритов, особенно существенно в ранние геологические периоды жизни Земли. Но космос также частично и забирает некоторые элементы Н, Ne, Не, которые улетучиваются (диссипируют) в межпланетное пространство. Таким образом, за несколько миллиардов лет истории Земли менялся химический состав отдельных геосфер и, как отметил В.И. Вернадский, «земная кора два миллиарда лет назад и в современную эпоху - это химически разные тела». Об этом говорит и соотношение между горными породами: на ранних этапах становления Земли господствующая роль принадлежала эффузивным породам, преимущественно основного состава, но в настоящее время преобладают осадочные породы на поверхности материков, меньшую роль играют гранитоиды и совсем мало основных эффузивов. Гениальную мысль высказал В.И. Вернадский о рассеянии, о «всюдности» элементов: все элементы есть везде, всюду; в каждой песчинке или капле, как в микрокосме отражается общий состав космоса. Такое представление о всеобщем рассеянии химических элементов Н.И. Сафронов предложил назвать законом Кларка - Вернадского.
Дата добавления: 2014-12-16; Просмотров: 837; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |