อะตอมมาจากไหน? โครงสร้างอะตอม ไอโซโทป การกระจายตัวของไฮโดรเจน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ และไนโตรเจนในเปลือกโลก พื้นที่การใช้ไฮโดรเจน

V.I. Vernadsky เรียกสถานะต่าง ๆ ของอะตอมในสสารของแข็งของเปลือกโลกว่าเป็นรูปแบบของการเกิดขึ้นขององค์ประกอบ ปัจจุบันนักธรณีเคมีใช้แนวคิดเกี่ยวกับรูปแบบเหล่านี้เพื่อแก้ไขปัญหาในทางปฏิบัติเมื่อค้นหาแหล่งแร่
ดังที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า ที่ความเข้มข้นสูงเพียงพอ อะตอมจะก่อตัวเป็นโครงสร้างคริสตัลเคมีโดยมีการจัดวางอย่างเข้มงวด ที่ความเข้มข้นต่ำมากขององค์ประกอบทางเคมี อะตอมของมันไม่สามารถสร้างสารประกอบอิสระได้ หากรัศมีของอะตอมเหล่านี้สอดคล้องกับโครงสร้างทางเคมีของผลึกที่มีอยู่ อะตอมก็สามารถเข้าไปในพวกมันได้ตามกฎของมอร์ฟิซึม หากไม่มีการติดต่อดังกล่าว อะตอมก็จะยังคงอยู่ในสารผลึกแข็งในสถานะที่ไม่เป็นระเบียบและกระจัดกระจาย สถานะผลึกและสถานะกระจายตัวเป็นอะตอมสองรูปแบบที่สำคัญที่สุดในเปลือกโลก ความเด่นของรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งขึ้นอยู่กับค่าคลาร์กขององค์ประกอบ
องค์ประกอบทางเคมีแปดองค์ประกอบที่มีอยู่ในเปลือกโลกในปริมาณมากกว่า 1% เรียกว่าองค์ประกอบหลัก องค์ประกอบเหล่านี้มีอะตอมจำนวนมากซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในสถานะสั่งในสารที่เป็นผลึก คุณสามารถเพิ่มองค์ประกอบย่อยที่มีอยู่ในสิบเปอร์เซ็นต์ได้ องค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งแต่ละองค์ประกอบมีอยู่ในเปลือกโลกในปริมาณน้อยกว่า 0.1% เรียกได้ว่าเป็นธาตุหายาก พวกเขาประพฤติแตกต่างออกไป บางส่วนสามารถมีสมาธิในบางสถานที่และก่อตัวเป็นแร่ธาตุอิสระจำนวนมาก บางชนิดกระจัดกระจายในเปลือกโลกไม่มากก็น้อยเท่าๆ กัน โดยแทบจะไม่มีแร่ธาตุเลยหรือแทบไม่ก่อตัวเลยด้วยซ้ำ ดังนั้นนักธรณีเคมีของสหภาพโซเวียต A. A. Beus จึงเสนอให้แบ่งย่อยองค์ประกอบทางเคมีที่พบน้อยกว่าออกเป็นแร่ธาตุซึ่งก็คือองค์ประกอบที่ก่อตัวเป็นแร่ธาตุและองค์ประกอบที่กระจัดกระจายซึ่งไม่ได้ก่อตัวขึ้น
พูดอย่างเคร่งครัด อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดมีอยู่ในสถานะกระจัดกระจาย อย่างไรก็ตาม มีบางสิ่งที่ไม่ได้เกิดขึ้นเลยในรูปแบบของสารประกอบอิสระและพบได้อย่างสมบูรณ์ในรูปแบบของสิ่งเจือปนแบบไอโซมอร์ฟิกหรือในสถานะกระจายตัว ซึ่งรวมถึงรูบิเดียม ธาตุหายากส่วนใหญ่ แฮฟเนียม อินเดียม รีเนียม ก๊าซมีตระกูลทั้งหมด ธาตุกัมมันตภาพรังสีทั้งหมด ยกเว้นยูเรเนียมและทอเรียม
ปัจจุบันธาตุรองหมายถึงธาตุหายากที่อยู่ในรูปแบบที่ไม่ใช่แร่วิทยา ซึ่งรวมอยู่ในองค์ประกอบของแร่ธาตุในรูปของสิ่งเจือปนที่ไม่มีนัยสำคัญจนไม่สามารถสะท้อนให้เห็นในสูตรทางเคมีได้ จากการคำนวณของ V.I. Vernadsky ใน 1 cm3 ของสสารที่เป็นของแข็งของเปลือกโลก มีจำนวนอะตอมในสถานะกระจัดกระจายดังต่อไปนี้: ลิเธียม - 10, โบรมีน - 1,018, อิตเทรียม - 10", แกลเลียม - 1,018 เป็นต้น

จนถึงขณะนี้เมื่อพูดถึงทฤษฎีอะตอมเกี่ยวกับการที่อะตอมหลายประเภทเชื่อมต่อกันในลำดับที่แตกต่างกันได้สารที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงเราไม่เคยถามคำถาม "แบบเด็ก" - อะตอมมาจากไหน? เหตุใดองค์ประกอบบางชนิดจึงมีอะตอมจำนวนมาก และอะตอมอื่นๆ เพียงไม่กี่อะตอม และพวกมันมีการกระจายไม่สม่ำเสมอมาก? ตัวอย่างเช่น ธาตุเดียว (ออกซิเจน) ประกอบขึ้นเป็นครึ่งหนึ่งของเปลือกโลก โดยรวมแล้วมีองค์ประกอบสามองค์ประกอบ (ออกซิเจน ซิลิคอน และอะลูมิเนียม) รวมกันแล้วถึง 85% และถ้าเราเติมธาตุเหล็ก โพแทสเซียม โซเดียม โพแทสเซียม แมกนีเซียม และไทเทเนียมเข้าไป เราก็จะได้เปลือกโลกถึง 99.5% แล้ว ส่วนแบ่งขององค์ประกอบอื่น ๆ อีกหลายสิบรายการคิดเป็นเพียง 0.5% โลหะที่หายากที่สุดในโลกคือรีเนียม และมีทองคำและแพลตตินัมอยู่ไม่มากนัก มันไม่ได้แพงขนาดนั้นเพื่ออะไร อีกตัวอย่างหนึ่ง: มีอะตอมเหล็กในเปลือกโลกมากกว่าอะตอมทองแดงประมาณพันเท่า มีอะตอมทองแดงมากกว่าอะตอมเงินประมาณพันเท่า และมีเงินมากกว่ารีเนียมถึงร้อยเท่า
การกระจายตัวขององค์ประกอบบนดวงอาทิตย์แตกต่างอย่างสิ้นเชิง: มีไฮโดรเจนมากที่สุด (70%) และฮีเลียม (28%) และองค์ประกอบอื่น ๆ ทั้งหมด - เพียง 2% หากเราใช้จักรวาลที่มองเห็นทั้งหมดก็จะมีไฮโดรเจนเพิ่มมากขึ้น ในนั้น ทำไมจึงเป็นเช่นนี้? ในสมัยโบราณและยุคกลาง คำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของอะตอมไม่ได้ถูกถาม เพราะพวกเขาเชื่อว่ามีอยู่ในรูปแบบและปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลงเสมอ (และตามประเพณีในพระคัมภีร์ พวกเขาถูกสร้างขึ้นโดยพระเจ้าในวันสร้างโลกหนึ่งวัน) . และแม้ว่าทฤษฎีอะตอมจะชนะและเคมีก็เริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็วและ D.I. Mendeleev ได้สร้างระบบองค์ประกอบที่มีชื่อเสียงของเขาขึ้นมา แต่คำถามเกี่ยวกับกำเนิดของอะตอมก็ยังถือว่าไม่สำคัญ แน่นอน บางครั้งนักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งก็รวบรวมความกล้าและเสนอทฤษฎีของเขา อย่างที่บอกไปแล้ว. ในปี ค.ศ. 1815 วิลเลียม พราวท์เสนอว่าธาตุทั้งหมดมีต้นกำเนิดมาจากอะตอมของธาตุที่เบาที่สุด นั่นก็คือ ไฮโดรเจน ดังที่ Prout เขียนไว้ ไฮโดรเจนเป็น "สิ่งสำคัญ" ของนักปรัชญากรีกโบราณ ซึ่งผ่านการ "ควบแน่น" ทำให้เกิดองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมด
ในศตวรรษที่ 20 ด้วยความพยายามของนักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกำเนิดของอะตอมได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งโดยทั่วไปจะตอบคำถามเกี่ยวกับกำเนิดขององค์ประกอบทางเคมี ในทางที่เรียบง่ายมาก ทฤษฎีนี้มีลักษณะเช่นนี้ ในตอนแรก สสารทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ที่จุดหนึ่งโดยมีความหนาแน่น (K)*"g/cm" และอุณหภูมิสูงอย่างไม่น่าเชื่อ (1,027 K) ตัวเลขเหล่านี้มีขนาดใหญ่มากจนไม่มีชื่อ ประมาณ 10 พันล้านปีก่อน ผลจากสิ่งที่เรียกว่าบิ๊กแบง ทำให้จุดที่หนาแน่นมากและร้อนจัดแห่งนี้เริ่มขยายตัวอย่างรวดเร็ว นักฟิสิกส์มีความคิดที่ดีว่าเหตุการณ์เกิดขึ้นได้อย่างไร 0.01 วินาทีหลังการระเบิด ทฤษฎีของสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ได้รับการพัฒนาให้ดีขึ้นน้อยกว่ามาก เนื่องจากกฎทางกายภาพที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบันได้รับการตอบสนองไม่ดีนัก (และยิ่งช้ากว่านั้น) ยิ่งไปกว่านั้น คำถามเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนบิ๊กแบงนั้นไม่เคยถูกนำมาพิจารณา เนื่องจากเวลานั้นไม่มีอยู่จริง! ท้ายที่สุดแล้วหากไม่มีโลกแห่งวัตถุ เช่น ไม่มีเหตุการณ์ แล้วเวลามาจากไหน? ใครหรืออะไรจะนับถอยหลัง? เรื่องจึงเริ่มแยกจากกันอย่างรวดเร็วและเย็นลง ยิ่งอุณหภูมิต่ำลงเท่าใด โอกาสในการเกิดโครงสร้างต่างๆ ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น (เช่น ที่อุณหภูมิห้อง สารประกอบอินทรีย์ต่างๆ นับล้านสามารถดำรงอยู่ได้ที่ +500 ° C - เพียงเล็กน้อย และสูงกว่า +1,000 ° C อาจไม่มีสารอินทรีย์ สารสามารถดำรงอยู่ได้ - ทั้งหมดแบ่งออกเป็นส่วนประกอบที่อุณหภูมิสูง) ตามที่นักวิทยาศาสตร์ 3 นาทีหลังการระเบิดเมื่ออุณหภูมิลดลงถึงหนึ่งพันล้านองศากระบวนการสังเคราะห์นิวเคลียสก็เริ่มขึ้น (คำนี้มาจากภาษาละตินนิวเคลียส - "แกนกลาง" และ "การสังเคราะห์" ของกรีก - "สารประกอบการรวมกัน") คือกระบวนการเชื่อมต่อโปรตอนและนิวตรอนเข้ากับนิวเคลียสของธาตุต่างๆ นอกจากโปรตอน - นิวเคลียสของไฮโดรเจนแล้ว นิวเคลียสของฮีเลียมก็ปรากฏขึ้นเช่นกัน นิวเคลียสเหล่านี้ยังไม่สามารถจับอิเล็กตรอนและก่อตัวเป็นอะโกมได้เนื่องจากอุณหภูมิสูงเกินไป จักรวาลดึกดำบรรพ์ประกอบด้วยไฮโดรเจน (ประมาณ 75%) และฮีเลียม โดยมีธาตุลิเธียมซึ่งเป็นธาตุที่มีมากที่สุดรองลงมาจำนวนเล็กน้อย (มีโปรตอน 3 ตัวในนิวเคลียส) องค์ประกอบนี้ไม่เปลี่ยนแปลงมาประมาณ 500,000 ปี จักรวาลยังคงขยายตัว เย็นลง และหายากมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง +3000 °C อิเล็กตรอนสามารถรวมตัวกับนิวเคลียสได้ ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมที่เสถียร
ดูเหมือนว่าจักรวาลซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียม จะขยายตัวต่อไปและเย็นลงจนไม่มีที่สิ้นสุด แต่หลังจากนั้นจะไม่เพียงมีองค์ประกอบอื่นๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงกาแล็กซี ดวงดาว รวมถึงคุณและฉันด้วย การขยายตัวอันไม่มีที่สิ้นสุดของจักรวาลถูกต่อต้านโดยแรงโน้มถ่วงสากล (แรงโน้มถ่วง) การอัดแรงโน้มถ่วงของสสารในส่วนต่าง ๆ ของเอกภพที่บริสุทธิ์นั้นมาพร้อมกับความร้อนแรงซ้ำ ๆ - ระยะการกำเนิดดาวมวลเริ่มต้นขึ้นซึ่งกินเวลาประมาณ 100 ล้านปี ในบริเวณอวกาศที่ประกอบด้วยก๊าซและฝุ่นซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 10 ล้านปี องศา กระบวนการฟิวชั่นแสนสาหัสของฮีเลียมเริ่มต้นจากการหลอมรวมของนิวเคลียสของไฮโดรเจน ปฏิกิริยานิวเคลียร์เหล่านี้มาพร้อมกับการปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลซึ่งถูกแผ่ออกไปในอวกาศโดยรอบ นั่นคือวิธีที่ดาวดวงใหม่สว่างขึ้น มีไฮโดรเจนเพียงพอ การบีบอัดของดาวฤกษ์ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงถูกตอบโต้ด้วยการแผ่รังสีซึ่ง "ถูกกดจากด้านใน" เนื่องจาก "การเผาไหม้" ของไฮโดรเจน กระบวนการนี้เกิดขึ้นช้ามาก เนื่องจากการบรรจบกันของทั้งสองในทางบวก โปรตอนที่มีประจุถูกป้องกันโดยแรงผลักของคูลอมบ์ ดังนั้นแสงสว่างของเราจึงยังมีชีวิตอีกหลายปี
เมื่อการจ่ายเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสิ้นสุดลง การสังเคราะห์ฮีเลียมจะค่อยๆ หยุดลง และการแผ่รังสีอันทรงพลังก็จางหายไปตามไปด้วย แรงโน้มถ่วงอัดดาวอีกครั้ง อุณหภูมิจะสูงขึ้นและนิวเคลียสของฮีเลียมจะรวมเข้าด้วยกันจนกลายเป็นนิวเคลียสของคาร์บอน (6 โปรตอน) และออกซิเจน (8 โปรตอนในนิวเคลียส) กระบวนการนิวเคลียร์เหล่านี้ยังมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานอีกด้วย แต่ไม่ช้าก็เร็ว ฮีเลียมจะหมดลง จากนั้นขั้นที่สามของการบีบอัดดาวฤกษ์ด้วยแรงโน้มถ่วงก็เริ่มต้นขึ้น จากนั้นทุกอย่างก็ขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์ในระยะนี้ ถ้ามวลไม่ใหญ่มาก (เช่นดวงอาทิตย์) ผลกระทบของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเมื่อดาวฤกษ์หดตัวไม่เพียงพอที่จะทำให้คาร์บอนและออกซิเจนเข้าสู่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเพิ่มเติม ดาวดวงดังกล่าวจึงกลายเป็นสิ่งที่เรียกว่าดาวแคระขาว ธาตุที่หนักกว่านั้นถูก "ประดิษฐ์ขึ้น" ในดาวฤกษ์ที่นักดาราศาสตร์เรียกว่าดาวยักษ์แดง ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่า ในดาวเหล่านี้ ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ธาตุที่หนักกว่าจากคาร์บอนและออกซิเจนเกิดขึ้น ดังที่นักดาราศาสตร์เปรียบเสมือนดาวฤกษ์คือไฟนิวเคลียร์ ซึ่งมีเถ้าเป็นองค์ประกอบทางเคมีหนัก
33
2- 1822
พลังงานที่ปล่อยออกมาในช่วงนี้ของชีวิตของดาวฤกษ์จะ "ขยายตัว" ชั้นนอกของดาวยักษ์แดงอย่างมาก หากดวงอาทิตย์ของเรากลายเป็นดาวฤกษ์เช่นนี้ โลกจะจบลงภายในลูกบอลขนาดยักษ์นี้ - ไม่ใช่โอกาสที่น่ายินดีสำหรับทุกสิ่งบนโลก ลมดาว.
“การหายใจ” จากพื้นผิวของดาวยักษ์แดง นำองค์ประกอบทางเคมีที่ยักษ์เหล่านี้สังเคราะห์ขึ้นสู่อวกาศซึ่งก่อตัวเป็นเนบิวลา (ส่วนใหญ่มองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์) ยักษ์แดงมีอายุขัยค่อนข้างสั้น - น้อยกว่าดวงอาทิตย์หลายร้อยเท่า หากมวลของดาวฤกษ์ดังกล่าวเกินกว่ามวลดวงอาทิตย์ 10 เท่า สภาวะจะเกิดขึ้น (อุณหภูมิประมาณหนึ่งพันล้านองศา) สำหรับการสังเคราะห์ธาตุจนถึงเหล็ก เหล็กของ Yalro มีความเสถียรมากที่สุดในบรรดาแกนทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาการสังเคราะห์ธาตุที่เบากว่าพลังงานที่ปลดปล่อยธาตุเหล็ก ในขณะที่การสังเคราะห์ธาตุที่หนักกว่านั้นต้องใช้พลังงาน เมื่อใช้ไปพลังงานจะเกิดปฏิกิริยาการสลายตัวของเหล็กเป็นธาตุที่เบากว่าเช่นกัน ดังนั้นในดาวฤกษ์ที่ถึงขั้นการพัฒนา "เหล็ก" กระบวนการที่น่าทึ่งจึงเกิดขึ้น: แทนที่จะปล่อยพลังงานกลับถูกดูดซับซึ่งมาพร้อมกับอุณหภูมิและการบีบอัดที่ลดลงอย่างรวดเร็วจนเหลือปริมาตรที่น้อยมาก นักดาราศาสตร์เรียกกระบวนการนี้ว่าการล่มสลายของแรงโน้มถ่วง (จากคำภาษาละติน collapsus - "อ่อนแอลง" โดยไม่มีเหตุผลที่แพทย์เรียกสิ่งนี้ว่าความดันโลหิตลดลงอย่างกะทันหันซึ่งเป็นอันตรายต่อมนุษย์มาก) ในระหว่างการล่มสลายของแรงโน้มถ่วงจะเกิดนิวตรอนจำนวนมากซึ่งเนื่องจากไม่มีประจุจึงสามารถเจาะเข้าไปในนิวเคลียสขององค์ประกอบที่มีอยู่ทั้งหมดได้อย่างง่ายดาย นิวเคลียสที่อิ่มตัวด้วยนิวตรอนจะได้รับการเปลี่ยนแปลงพิเศษ (เรียกว่าการสลายตัวของเบต้า) ในระหว่างที่โปรตอนถูกสร้างขึ้นจากนิวตรอน เป็นผลให้ได้รับองค์ประกอบต่อไปจากนิวเคลียสขององค์ประกอบที่กำหนดในนิวเคลียสซึ่งมีโปรตอนอีกหนึ่งตัวอยู่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้ที่จะจำลองกระบวนการดังกล่าวในสภาพพื้นดิน ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือการสังเคราะห์ไอโซโทปพลูโทเนียม-239 เมื่อยูเรเนียมธรรมชาติ (92 โปรตอน 146 นิวตรอน) ถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอน นิวเคลียสของมันจะจับหนึ่งนิวตรอนและธาตุเนปทูเนียมเทียม (93 โปรตอน 146 นิวตรอน) ก่อตัวขึ้นและจากนั้นพลูโตเนียมที่อันตรายถึงชีวิต ( 94 โปรตอน, 145 นิวตรอน) ซึ่งใช้ในการระเบิดปรมาณู ในดาวฤกษ์ที่มีการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นผลมาจากการจับนิวตรอนและการสลายตัวของบีตาตามมา นิวเคลียสที่แตกต่างกันหลายร้อยไอโซโทปขององค์ประกอบทางเคมีที่เป็นไปได้ทั้งหมดจึงก่อตัวขึ้น การล่มสลายของดาวฤกษ์จบลงด้วยการระเบิดครั้งใหญ่ พร้อมกับการปล่อยสสารมวลมหึมาออกสู่อวกาศ - ซูเปอร์โนวาก่อตัวขึ้น สสารที่ถูกปล่อยออกมาซึ่งมีองค์ประกอบทั้งหมดจากตารางธาตุ (และร่างกายของเรามีอะตอมเดียวกัน!) จะกระจัดกระจายไปรอบๆ ด้วยความเร็วสูงสุด 10,000 กม./วินาที และเศษสสารเล็กๆ จากดาวที่ตายแล้วถูกบีบอัด (ยุบตัว) กลายเป็นดาวนิวตรอนหนาแน่นยิ่งยวดหรือแม้แต่หลุมดำ ในบางครั้ง ดาวฤกษ์ดังกล่าวจะสว่างจ้าบนท้องฟ้าของเรา และหากแสงแฟลร์เกิดขึ้นไม่ไกลนัก ซูเปอร์โนวาจะส่องสว่างเหนือดาวฤกษ์อื่นๆ ทั้งหมด และไม่น่าแปลกใจเลยที่ความสว่างของซูเปอร์โนวาสามารถมีความสว่างเกินกว่ากาแลคซีทั้งมวลที่ประกอบด้วย ดวงดาวนับพันล้านดวง! หนึ่งใน "ดาวดวงใหม่" ตามพงศาวดารจีนปะทุขึ้นในปี 1054 ขณะนี้มีเนบิวลาปูที่มีชื่อเสียงอยู่ในกลุ่มดาวราศีพฤษภและในใจกลางของมันมีการหมุนอย่างรวดเร็ว (30 รอบต่อวินาที! ) ดาวนิวตรอน และไม่ใช่สำหรับการสังเคราะห์องค์ประกอบใหม่) จนถึงขณะนี้ดาวฤกษ์ดังกล่าวสว่างจ้าขึ้นเฉพาะในกาแลคซีห่างไกลเท่านั้น...
ผลจากการ "เผาไหม้" ของดวงดาวและการระเบิดของซุปเปอร์โนวา ทำให้พบองค์ประกอบทางเคมีมากมายในอวกาศ เศษของซุปเปอร์โนวาในรูปแบบของเนบิวลาที่กำลังขยายตัว "อุ่นขึ้น" จากการเปลี่ยนแปลงของสารกัมมันตภาพรังสีชนกันรวมตัวเป็นกลุ่มหนาแน่นซึ่งดาวฤกษ์รุ่นใหม่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ดาวเหล่านี้ (รวมถึงดวงอาทิตย์ของเรา) มีส่วนผสมของธาตุหนักตั้งแต่เริ่มดำรงอยู่ องค์ประกอบเดียวกันนี้บรรจุอยู่ในเมฆก๊าซและฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์เหล่านี้ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดดาวเคราะห์ ดังนั้นองค์ประกอบต่างๆ ที่ประกอบเป็นสรรพสิ่งรอบตัวเรา รวมถึงร่างกายของเราด้วย จึงถือกำเนิดขึ้นจากกระบวนการอันยิ่งใหญ่ของจักรวาล...
เหตุใดองค์ประกอบบางอย่างจึงถูกสร้างขึ้น และองค์ประกอบอื่นๆ เพียงไม่กี่อย่าง? ปรากฎว่าในกระบวนการสังเคราะห์นิวเคลียสนิวเคลียสที่ประกอบด้วยนิวตรอนและนิวตรอนจำนวนคู่เพียงเล็กน้อยมีแนวโน้มที่จะก่อตัวขึ้น นิวเคลียสหนักซึ่งมีโปรตอนและนิวตรอน "ล้น" มีความเสถียรน้อยกว่าและมีอยู่ในจักรวาลน้อยกว่า มีกฎทั่วไปคือ ยิ่งประจุของนิวเคลียสมากเท่าไรก็ยิ่งหนักมากขึ้น นิวเคลียสในจักรวาลก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น อย่างไรก็ตาม กฎข้อนี้ไม่ได้ปฏิบัติตามเสมอไป ตัวอย่างเช่น ในเปลือกโลกมีนิวเคลียสเบาของลิเทียม (3 โปรตอน 3 นิวตรอน) โบรอน (5 โปรตอนและ 5 หรือ b นิวตรอน) สันนิษฐานว่าด้วยเหตุผลหลายประการนิวเคลียสเหล่านี้ไม่สามารถก่อตัวในส่วนลึกของดวงดาวได้ และภายใต้อิทธิพลของรังสีคอสมิก พวกมัน "แยกออก" ออกจากนิวเคลียสที่หนักกว่าที่สะสมอยู่ในอวกาศระหว่างดวงดาว ดังนั้นอัตราส่วนขององค์ประกอบต่างๆ บนโลกจึงสะท้อนถึงกระบวนการปั่นป่วนในอวกาศที่เกิดขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ในช่วงหลังของการพัฒนาของจักรวาล

องค์ประกอบองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตและ OM ของเชื้อเพลิงฟอสซิล

เชื้อเพลิงฟอสซิลมีธาตุเดียวกับสารของสิ่งมีชีวิต ดังนั้นธาตุจึงมี คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัส เรียกว่าหรือ ทางชีวภาพหรือไบโอฟิลิกหรือออร์แกนิก.

ไฮโดรเจน คาร์บอน ออกซิเจน และไนโตรเจนเป็นสาเหตุ มากกว่า 99%ทั้งมวลและจำนวนอะตอมที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งหมด นอกจากนั้นยังสามารถมีความเข้มข้นในสิ่งมีชีวิตในปริมาณมากอีกด้วย

แท้จริง องค์ประกอบทางเคมี 20-22 12 องค์ประกอบคิดเป็น 99.29% ส่วนที่เหลือ 0.71%

ความชุกในอวกาศ: H, He, C, N.

มากถึง 50% - C, มากถึง 20% - O, มากถึง 8% - H, 10-15% - N, 2-6% - P, 1% - S, 1% - K, ½% - Mg และ Ca, 0 .2% - Fe ในปริมาณการติดตาม - Na, Mn, Cu, Zn

โครงสร้างอะตอม ไอโซโทป การกระจายตัวของไฮโดรเจน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ และไนโตรเจนในเปลือกโลก

ไฮโดรเจน - องค์ประกอบหลักของจักรวาลซึ่งเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดของจักรวาล . Chem el-t กลุ่ม 1 เลขอะตอม 1 มวลอะตอม 1.0079- ในตารางธาตุฉบับสมัยใหม่ H ยังถูกจัดอยู่ในกลุ่ม VII ที่อยู่เหนือ F เนื่องจากคุณสมบัติบางอย่างของ H มีความคล้ายคลึงกับคุณสมบัติของฮาโลเจน รู้จักไอโซโทปของ H สามไอโซโทป สองไอโซโทปที่เสถียรคือโปรเทียม 1 H - P (99.985%) ดิวทีเรียม 2 H - D (0.015%) และกัมมันตภาพรังสีหนึ่งอันคือไอโซโทป 3 H - T, T 1/2 = 12.262 ปี ได้รับมาอีกอย่างหนึ่ง - ไอโซโทปที่ไม่เสถียรอย่างยิ่งตัวที่สี่ - 4 H. ในการแยก P และ D ภายใต้สภาพธรรมชาติการระเหยมีบทบาทหลักอย่างไรก็ตามมวลของน้ำในมหาสมุทรของโลกมีขนาดใหญ่มากจนมีปริมาณดิวเทอเรียม ในนั้นเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ในประเทศเขตร้อน ปริมาณดิวทีเรียมในการตกตะกอนจะสูงกว่าในเขตขั้วโลก ในสถานะอิสระ H เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีรส ไม่มีกลิ่น เบาที่สุดในบรรดาก๊าซทั้งหมด เบากว่าอากาศถึง 14.4 เท่า H กลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -252.6°C ของแข็งที่ -259.1°C H เป็นตัวรีดิวซ์ที่ดีเยี่ยม เผาไหม้ใน O ด้วยเปลวไฟที่ไม่ส่องสว่างทำให้เกิดน้ำ ในเปลือกโลก H จะน้อยกว่าดวงดาวและดวงอาทิตย์มาก น้ำหนักของคลาร์กในเปลือกโลกคือ 1% ในสารประกอบเคมีธรรมชาติจะเกิดรูปแบบ H อิออนโควาเลนต์และ พันธะไฮโดรเจน - พันธะไฮโดรเจนมีบทบาทสำคัญในโพลีเมอร์ชีวภาพ (คาร์โบไฮเดรต แอลกอฮอล์ โปรตีน กรดนิวคลีอิก) และกำหนดคุณสมบัติและโครงสร้างของจีโอโพลีเมอร์เคอโรเจนและโมเลกุล GI ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อะตอม H สามารถรวมตัวกับอะตอมอื่นอีกสองอะตอมพร้อมกันได้ ตามกฎแล้วมันจะก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งกับหนึ่งในนั้นและพันธะที่อ่อนแอกับอีกอันหนึ่งซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า พันธะไฮโดรเจน.

ออกซิเจน - องค์ประกอบที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก คิดเป็น 49.13% โดยมวล O มีเลขลำดับ 8 อยู่ในคาบ 2 หมู่ VI มวลอะตอม 15.9994 รู้จักไอโซโทปเสถียรสามไอโซโทปของ O - 16 O (99.759%), 17 O (0.0371%), 18 O (0.2039%) ไม่มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาวของ O ไอโซโทปกัมมันตรังสีประดิษฐ์ 15 O (T 1/2 = 122 วินาที) อัตราส่วนไอโซโทป 18 O/16 O ใช้สำหรับการฟื้นฟูทางธรณีวิทยา ซึ่งในวัตถุธรรมชาติจะแตกต่างกันไป 10% ตั้งแต่ 1/475 ถึง 1/525 น้ำแข็งขั้วโลกมีค่าสัมประสิทธิ์ไอโซโทปต่ำสุด โดยค่าสูงสุดคือบรรยากาศ CO 2 เมื่อเปรียบเทียบองค์ประกอบไอโซโทป ให้ใช้ค่า วัน 18 โอซึ่งคำนวณโดยสูตร: d 18 อ- สำหรับ มาตรฐานโดยจะใช้อัตราส่วนเฉลี่ยของไอโซโทปเหล่านี้ในน้ำทะเล ความแปรผันขององค์ประกอบไอโซโทปของ O ในน้ำถูกกำหนดโดยอุณหภูมิที่เกิดการก่อตัวของแร่ธาตุจำเพาะ ยิ่งค่า T ต่ำ การแยกส่วนไอโซโทปก็จะยิ่งเข้มข้นมากขึ้นเท่านั้น เชื่อกันว่าองค์ประกอบไอโซโทป O ของมหาสมุทรไม่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วง 500 ล้านปีที่ผ่านมา ปัจจัยหลักที่กำหนดการเปลี่ยนแปลงของไอโซโทป (ความแปรผันขององค์ประกอบไอโซโทปในธรรมชาติ) คือผลกระทบทางจลน์ที่กำหนดโดยอุณหภูมิของปฏิกิริยา O ภายใต้สภาวะปกติ ก๊าซจะมองไม่เห็น ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น ในการทำปฏิกิริยากับอะตอมส่วนใหญ่ O มีบทบาทเป็น ตัวออกซิไดซ์- เมื่อทำปฏิกิริยากับ F เท่านั้นจะมีสารออกซิไดซ์อยู่ การปรับเปลี่ยนแบบ diallotropic - อันดับแรก - โมเลกุลออกซิเจน - O 2การแก้ไขครั้งที่สอง - โอโซน - O 3,เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการปล่อยกระแสไฟฟ้าในอากาศและ O บริสุทธิ์ในกระบวนการกัมมันตภาพรังสีและโดยการกระทำของรังสีอัลตราไวโอเลตบน O ธรรมดา ในธรรมชาติ โอ 3เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องภายใต้อิทธิพลของรังสียูวีในชั้นบรรยากาศชั้นบน ที่ระดับความสูงประมาณ 30-50 กม. มี "ม่านโอโซน" ที่ปิดกั้นรังสียูวีจำนวนมาก ปกป้องสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑลจากผลการทำลายล้างของรังสีเหล่านี้ ที่ความเข้มข้นต่ำ โอ 3กลิ่นหอมสดชื่นแต่หากอยู่ในอากาศ มากกว่า 1% O 3มันเป็นพิษมาก .

ไนโตรเจน - กระจุกตัวอยู่ในชีวมณฑล: มีอิทธิพลเหนือชั้นบรรยากาศ (75.31% โดยน้ำหนัก, 78.7% โดยปริมาตร) และในเปลือกโลกนั้น น้ำหนักคลาร์ก - 0.045%องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม V คาบ 2 เลขอะตอม 7 มวลอะตอม 14.0067รู้จักไอโซโทปของ N สามอัน - สอง เสถียร 14 N (99.635%) และ 15 N (0.365%) และกัมมันตภาพรังสี 13 N, T 1/2 = 10.08 นาที การแพร่กระจายทั่วไปของค่าอัตราส่วน 15 นิวตัน/ 14 นิวตันเล็ก . น้ำมันอุดมไปด้วยไอโซโทป 15N ในขณะที่ก๊าซธรรมชาติที่มากับไอโซโทปจะหมดลง หินน้ำมันยังอุดมด้วยไอโซโทปหนัก N 2 เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น เอ็นต่างจาก O ไม่รองรับการหายใจส่วนผสม เอ็น c O เป็นที่ยอมรับมากที่สุดสำหรับการหายใจของผู้อยู่อาศัยส่วนใหญ่ในโลกของเรา N ไม่มีฤทธิ์ทางเคมี เป็นส่วนหนึ่งของสารชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด กิจกรรมทางเคมีต่ำของไนโตรเจนนั้นพิจารณาจากโครงสร้างของโมเลกุล เช่นเดียวกับก๊าซส่วนใหญ่ ยกเว้นก๊าซเฉื่อย นั่นคือโมเลกุล เอ็นประกอบด้วยสองอะตอม เวเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัวของเปลือกนอกของแต่ละอะตอมมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะระหว่างพวกมันก่อตัว พันธะเคมีสามโควาเลนต์ ที่ให้ มีเสถียรภาพมากที่สุด ของโมเลกุลไดอะตอมมิกที่รู้จักทั้งหมด ความจุ "อย่างเป็นทางการ" คือตั้งแต่ -3 ถึง +5 ความจุ "จริง" คือ 3 ทำให้เกิดพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งกับ O, H และ C โดยเป็นส่วนหนึ่งของไอออนเชิงซ้อน: -, -, + ซึ่งให้เกลือที่ละลายได้ง่าย

กำมะถัน – เอล-ที ซีเคในเนื้อโลก (หินอัลตราเบสิก) จะน้อยกว่าในเปลือกโลก 5 เท่า คลาร์กใน ZK - 0,1%. el-t เคมีของกลุ่ม VI, 3 คาบ, เลขอะตอม 16, มวลอะตอม 32.06 มีอิเลคโตรเนกาติวิตีสูง มีคุณสมบัติเป็นอโลหะ ในสารประกอบไฮโดรเจนและออกซิเจนจะพบได้ในไอออนต่างๆ อาร์ กรดและเกลือ เกลือที่มีกำมะถันหลายชนิดละลายได้ในน้ำเล็กน้อย S สามารถมีเวเลนซ์ได้: (-2), (0), (+4), (+6) โดยที่อันแรกและอันสุดท้ายมีลักษณะเฉพาะมากที่สุด พันธะไอออนิกและโควาเลนต์มีลักษณะเฉพาะ ความสำคัญเบื้องต้นสำหรับกระบวนการทางธรรมชาติคือไอออนเชิงซ้อน - 2 S - องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมี S ไม่ได้โต้ตอบกับ Au และ Pt เท่านั้น ในบรรดาสารประกอบอนินทรีย์ นอกเหนือจากซัลเฟต ซัลไฟด์ และ H2SO4 แล้ว ออกไซด์ที่พบมากที่สุดในโลกคือ SO 2 ซึ่งเป็นก๊าซที่สร้างมลพิษอย่างมากต่อบรรยากาศ และ SO 3 (ของแข็ง) รวมถึงไฮโดรเจนซัลไฟด์ Elementary S มีลักษณะเฉพาะคือ สามพันธุ์ allotropic : S ขนมเปียกปูน (เสถียรที่สุด), S monoclinic (โมเลกุลไซคลิก - วงแหวนแปดสมาชิก S 8) และพลาสติก S 6 - เหล่านี้เป็นโซ่เชิงเส้นของหกอะตอม มีไอโซโทปเสถียร 4 ไอโซโทปของ S ที่รู้จักในธรรมชาติ: 32 S (95.02%), 34 S (4.21%), 33 S (0.75%), 36 S (0.02%) ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีประดิษฐ์ 35 S โดยมี T 1/2 = 8.72 วัน S ถือเป็นมาตรฐาน ทรอยไลท์(เฟส) จากอุกกาบาต Diablo Canyon (32 S/ 34 S = 22.22) ปฏิกิริยาออกซิเดชันและการรีดักชันสามารถทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนไอโซโทป ซึ่งแสดงเป็นการเปลี่ยนแปลงไอโซโทป ในธรรมชาติ - ในทางแบคทีเรีย แต่ก็เป็นไปได้ทางความร้อนเช่นกัน ในธรรมชาติจนถึงปัจจุบัน มีการแบ่ง S ของเปลือกโลกออกเป็น 2 กลุ่มอย่างชัดเจน - ทางชีวภาพ ซัลไฟด์ และก๊าซที่เสริมสมรรถนะด้วยไอโซโทปแสง 32 S และ ซัลเฟตยิปซั่มที่มี 34 S รวมอยู่ในเกลือของน้ำทะเลที่ระเหยในสมัยโบราณ ก๊าซที่มาพร้อมกับน้ำมันจะแตกต่างกันไปในองค์ประกอบไอโซโทปและแตกต่างอย่างชัดเจนจากน้ำมัน

สำหรับธรณีเคมี สิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงหลักการกระจายองค์ประกอบทางเคมีในเปลือกโลก เหตุใดบางชนิดจึงมักพบได้ในธรรมชาติ บางชนิดพบได้น้อยกว่ามาก และบางชนิดถึงกับมองว่าเป็น "ของหายากในพิพิธภัณฑ์"

เครื่องมืออันทรงพลังในการอธิบายปรากฏการณ์ธรณีเคมีหลายอย่างคือกฎธาตุของ D.I. เมนเดเลเยฟ. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถตรวจสอบคำถามเกี่ยวกับความชุกขององค์ประกอบทางเคมีในเปลือกโลกได้

เป็นครั้งแรกที่ D.I. แสดงความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติธรณีเคมีขององค์ประกอบกับตำแหน่งในตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี เมนเดเลเยฟ, V.I. Vernadsky และ A.E. เฟอร์สแมน.

กฎ (กฎหมาย) ของธรณีเคมี

กฎของเมนเดเลเยฟ

ในปี พ.ศ. 2412 ขณะที่ทำงานเกี่ยวกับกฎหมายเป็นระยะ D.I. Mendeleev กำหนดกฎ: “ โดยทั่วไปองค์ประกอบที่มีน้ำหนักอะตอมต่ำจะมีปริมาณมากกว่าองค์ประกอบที่มีน้ำหนักอะตอมสูงกว่า"(ดูภาคผนวก 1 ตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี) ต่อมาด้วยการค้นพบโครงสร้างของอะตอมก็พบว่าสำหรับองค์ประกอบทางเคมีที่มีมวลอะตอมต่ำจำนวนโปรตอนจะเท่ากับจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมโดยประมาณนั่นคืออัตราส่วนของทั้งสองนี้ ปริมาณเท่ากับหรือใกล้เคียงกับความสามัคคี: สำหรับออกซิเจน = 1.0; สำหรับอลูมิเนียม

สำหรับองค์ประกอบที่พบได้น้อย นิวตรอนจะมีอิทธิพลเหนือนิวเคลียสของอะตอม และอัตราส่วนของจำนวนนิวเคลียสต่อจำนวนโปรตอนจะมากกว่าความสามัคคีอย่างมีนัยสำคัญ: สำหรับเรเดียม; สำหรับยูเรเนียม = 1.59

“กฎของเมนเดเลเยฟ” ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในผลงานของนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก นีลส์ บอร์ และนักเคมีชาวรัสเซีย ซึ่งเป็นนักวิชาการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต วิคเตอร์ อิวาโนวิช สปิทซิน

วิคเตอร์ อิวาโนวิช สปิตซิน (1902-1988)

กฎของอ๊อดโด้

ในปี 1914 นักเคมีชาวอิตาลี Giuseppe Oddo ได้กำหนดกฎที่แตกต่างออกไป: “ น้ำหนักอะตอมของธาตุที่พบมากที่สุดจะแสดงเป็นตัวเลขที่เป็นทวีคูณของสี่ หรือเบี่ยงเบนไปจากตัวเลขดังกล่าวเล็กน้อย- ต่อมากฎนี้ได้รับการตีความในแง่ของข้อมูลใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม: โครงสร้างนิวเคลียร์ที่ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ

กฎของการ์กินส์

ในปี 1917 นักเคมีกายภาพชาวอเมริกัน วิลเลียม เดรเปอร์ การ์กินส์ (ฮาร์กินส์) ให้ความสนใจกับความจริงที่ว่า องค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอมคู่ (ลำดับ) มีการกระจายในธรรมชาติมากกว่าองค์ประกอบข้างเคียงที่มีเลขคี่หลายเท่าการคำนวณยืนยันการสังเกต: จาก 28 องค์ประกอบแรกของตารางธาตุ 14 องค์ประกอบคิดเป็น 86% และองค์ประกอบคี่เพียง 13.6% ของมวลเปลือกโลก

ในกรณีนี้ คำอธิบายอาจเป็นความจริงที่ว่าองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอมคี่มีอนุภาคที่ไม่ได้จับกันเป็นฮีลอนจึงมีความเสถียรน้อยกว่า

มีข้อยกเว้นหลายประการสำหรับกฎของฮาร์กินส์ ตัวอย่างเช่น แม้แต่ก๊าซมีตระกูลก็มีการกระจายต่ำมาก และอะลูมิเนียมอัลแปลก ๆ ก็แพร่หลายมากกว่าแม้แต่แมกนีเซียม Mg อย่างไรก็ตาม มีข้อเสนอแนะว่ากฎนี้ใช้กับเปลือกโลกไม่มากนัก แต่ใช้กับทั้งโลกด้วย แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับองค์ประกอบของชั้นลึกของโลก แต่ข้อมูลบางอย่างชี้ให้เห็นว่าปริมาณแมกนีเซียมทั่วโลกมีมากกว่าอลูมิเนียมถึงสองเท่า ปริมาณฮีเลียม He ในอวกาศนั้นมากกว่าปริมาณสำรองบนโลกหลายเท่า นี่อาจเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่พบมากที่สุดในจักรวาล

กฎของเฟอร์สแมน

เอ.อี. เฟอร์สแมนแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการพึ่งพาองค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่มากมายในเปลือกโลกกับเลขอะตอม (ลำดับ) การพึ่งพาอาศัยกันนี้จะชัดเจนเป็นพิเศษหากคุณสร้างกราฟในพิกัด: เลขอะตอม - ลอการิทึมของอะตอมคลาร์ก กราฟแสดงแนวโน้มที่ชัดเจน: คลาร์กอะตอมลดลงตามจำนวนอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่เพิ่มขึ้น

ข้าว. - ความชุกขององค์ประกอบทางเคมีในเปลือกโลก

ข้าว. 5. ความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบทางเคมีในจักรวาล

(log C – ลอการิทึมของอะตอมคลาร์กตาม Fersman)

(ข้อมูลจำนวนอะตอมอ้างอิงถึง 10 6 อะตอมซิลิคอน)

เส้นโค้งทึบ – แม้แต่ค่า Z

ประ – ค่า Z คี่

อย่างไรก็ตามมีการเบี่ยงเบนบางประการจากกฎนี้: องค์ประกอบทางเคมีบางอย่างเกินค่าความอุดมสมบูรณ์ที่คาดหวังอย่างมีนัยสำคัญ (ออกซิเจน O, ซิลิคอน Si, แคลเซียม Ca, เหล็ก Fe, แบเรียม Ba) ในขณะที่องค์ประกอบอื่น ๆ (ลิเธียม Li, เบริลเลียม Be, โบรอน B) พบได้น้อยกว่ามากเกินกว่าที่คาดไว้ตามกฎของเฟอร์สแมน องค์ประกอบทางเคมีดังกล่าวเรียกว่าตามลำดับ ซ้ำซ้อนและ ขาดแคลน.

การกำหนดกฎพื้นฐานของธรณีเคมีมีให้ในหน้า p

ปัจจุบันมีองค์ประกอบทางธรรมชาติ 88 ชนิดที่ทราบ โดย 3 ใน 4 เป็นโลหะ มันมากหรือน้อย?

เป็นการยากที่จะให้คำตอบที่ชัดเจนและอาจมีความคิดเห็นหลายประการในเรื่องนี้

แต่จากอะตอมจำนวนเล็กน้อยที่น่าวิตกนี้ ทุกอย่างก็ถูกสร้างขึ้น สาเหตุของความหลากหลายทางธรรมชาติอย่างมหาศาลก็คืออะตอมสามารถจัดเรียงได้หลายวิธี

ต่างจากกางเกงที่ใส่ได้เพียงที่เดียวเท่านั้น” การกระจายตัวขององค์ประกอบต่างๆ บนโลกของเรานั้น "ไม่ยุติธรรม" มาก

ออกซิเจนเพียงหนึ่งเดียวเท่านั้นที่ประกอบขึ้นเป็นครึ่งหนึ่งของเปลือกโลก หากเราใช้องค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดสามองค์ประกอบ ได้แก่ ออกซิเจน ซิลิคอน และอลูมิเนียม โดยรวมแล้วธาตุเหล่านั้นก็จะให้ไปแล้ว 85% และถ้าเราเติมธาตุเหล็ก แคลเซียม โซเดียม โพแทสเซียม แมกนีเซียม และไทเทเนียม เราก็จะได้ 99.5% ของธาตุทั้งโลกไปแล้ว เปลือกโลก

ส่วนแบ่งขององค์ประกอบอื่น ๆ มากมายคิดเป็นเพียง 0.5% หรืออีกตัวอย่างหนึ่ง: มีอะตอมเหล็กในเปลือกโลกมากกว่าอะตอมทองแดงประมาณพันเท่า มีอะตอมทองแดงมากกว่าอะตอมเงินประมาณพันเท่า และมีเงินมากกว่าธาตุที่หายากที่สุดในโลก - รีเนียมถึงร้อยเท่า การกระจายตัวขององค์ประกอบบนดวงอาทิตย์แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง โดยประกอบด้วยไฮโดรเจน (70%) และฮีเลียม (28%) มากที่สุด และมีเพียง 2% ขององค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมด หากเรายึดจักรวาลที่มองเห็นได้ทั้งหมด ไฮโดรเจนก็จะมีอิทธิพลเหนือจักรวาลนั้นมากยิ่งขึ้น

ดังนั้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่ Dmitry Ivanovich Mendeleev (พ.ศ. 2377-2550) เริ่มทำงานมีการรู้จักองค์ประกอบทางเคมีมากกว่า 60 รายการแล้ว นักเคมีได้รวบรวมข้อมูลมากมายเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมี และเกี่ยวกับสารประกอบหลายชนิดที่พวกมันก่อตัว และเกี่ยวกับวิธีการในห้องปฏิบัติการที่ทำให้สารบางชนิดสามารถแปลงเป็นสารอื่นได้

ปรากฎว่า Lucretius ซึ่งมีชีวิตอยู่เมื่อ 20 ศตวรรษก่อนพูดถูก: เช่นเดียวกับคำที่ต่างกันประกอบด้วยตัวอักษรที่แตกต่างกันดังนั้นสสารที่แตกต่างกันจึง "ประกอบด้วย" องค์ประกอบที่แตกต่างกัน และสิ่งที่น่าสนใจ: จำนวนตัวอักษรในตัวอักษรและจำนวนองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดมีค่าใกล้เคียงกัน: หลายโหล

แต่เพื่อที่จะเข้าใจว่าธรรมชาติมีองค์ประกอบอยู่กี่องค์ประกอบ จำเป็นต้องเข้าใจว่าอะตอมมีโครงสร้างอย่างไร และต่างกันอย่างไร

และนี่คือความพยายามของทั้งนักเคมีและนักฟิสิกส์

ท้ายที่สุดแล้วแม้ตอนนี้จะไม่มีใครคาดเดาได้ว่าองค์ประกอบใดจะเป็นองค์ประกอบสุดท้าย!

เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 นักเคมีได้ค้นพบองค์ประกอบทางเคมีแล้ว 85 องค์ประกอบ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโลหะ

ในชีวิตประจำวันเราพบเจอเพียงส่วนเล็กๆเท่านั้น

นี่คือเหล็กสำหรับเข็มและตะปู อลูมิเนียมและทองแดงในสายไฟ ตะกั่วในฉนวนสายเคเบิล ทังสเตนและโมลิบดีนัมในหลอดไฟแบบไส้ (เกลียวทำจากทังสเตน และตะขอที่บัดกรีเข้ากับแก้วซึ่งเกลียวแขวนอยู่นั้นทำจาก โมลิบดีนัม) ไฮโดรเจนหรือฮีเลียมในลูกโป่ง เงิน ทองคำในเครื่องประดับ ปรอทในเทอร์โมมิเตอร์ ดีบุกในกระป๋อง โครเมียมและนิกเกิลในผลิตภัณฑ์โลหะมันเงา (ชุบโครเมียมหรือนิกเกิล) ซัลเฟอร์ในผลิตภัณฑ์กำจัดแมลงศัตรูพืช สังกะสีและคาร์บอน ในแบตเตอรี่ไฟฟ้า - สิ่งเหล่านี้ บางทีนั่นคือทั้งหมด ในพิพิธภัณฑ์ คุณสามารถชื่นชมเหรียญที่ระลึกวันครบรอบที่สวยงาม (และมีราคาแพงมาก) ที่ทำจากแพลตตินัมและแพลเลเดียม

จริงอยู่ควรสังเกตว่าสารธรรมดาหลายชนิดที่ระบุไว้ไม่สามารถเรียกได้ว่าบริสุทธิ์จากมุมมองของนักเคมี ตามกฎแล้วสารเหล่านี้มีสิ่งเจือปนมากมายเช่นตะปู "เหล็ก" ไม่ได้ทำจากเหล็กบริสุทธิ์ แต่เป็นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำที่มีคาร์บอนจำนวนเล็กน้อย

การเปรียบเทียบมักเกิดขึ้นระหว่างองค์ประกอบทางเคมี (สารทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจากองค์ประกอบเหล่านั้น) และตัวอักษรของตัวอักษร (ข้อความทำจากองค์ประกอบเหล่านั้น)

ตัวอักษรมีกี่ตัว?

มันขึ้นอยู่กับอันไหน มีตัวอักษรละติน 26 ตัว, รัสเซียสมัยใหม่ 33 ตัว (มีมากกว่านั้นในภาษารัสเซียเก่า), 38 ตัวในภาษาฮังการี, ตัวอักษรฮาวายเพียง 12 ตัวและ 74 ตัวในภาษากัมพูชา! รู้จักองค์ประกอบกี่องค์ประกอบ?

หากคุณไม่คำนึงถึงองค์ประกอบที่ไม่เสถียร (กัมมันตภาพรังสี) ดังนั้น 81 เป็นเรื่องน่าแปลกที่นักฟิสิกส์รวบรวม "องค์ประกอบ" ของพวกเขาในจำนวนเท่ากันซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานที่โลกทั้งโลกสร้างขึ้นรวมถึงองค์ประกอบทางเคมีด้วย ความสำคัญขององค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันสำหรับมนุษย์นั้นยังไม่เท่าเทียมกัน

เช่นเดียวกับตัวอักษรรัสเซียที่มีตัวอักษรหายาก โลกแห่งองค์ประกอบต่างๆ ก็มีความหายากในตัวมันเอง

อย่างไรก็ตาม ร่างกายมนุษย์เกือบ 100% ประกอบด้วยองค์ประกอบเพียง 12 องค์ประกอบเท่านั้น! ข้อมูลโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเนื้อหาโดยเฉลี่ยขององค์ประกอบต่างๆ ในร่างกายมนุษย์ที่มีน้ำหนัก 70 กิโลกรัมมีอยู่ในตาราง

องค์ประกอบต่างๆ จะถูกจัดเรียงตามลำดับจำนวนที่ลดลงและมีการเลือกองค์ประกอบจำนวนมากเนื่องจากมีตัวอักษรรัสเซีย 33 ตัว ควรสังเกตว่าตารางแสดงข้อมูลโดยเฉลี่ย ท้ายที่สุดแล้ว เนื้อหาขององค์ประกอบหลายอย่าง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีอยู่ในปริมาณที่จุลภาค) ขึ้นอยู่กับว่าบุคคลอาศัยอยู่ที่ไหน กินอะไร ดื่มน้ำประเภทใด และทำงานกับใคร

ดังนั้นบุคคลที่ทำงานในสถานประกอบการที่ใช้สารปรอทอาจมีองค์ประกอบนี้ในร่างกายมากกว่าสมาชิกในครอบครัวหลายสิบเท่า นอกจากนี้องค์ประกอบขนาดเล็กมักมีการกระจายในร่างกายไม่สม่ำเสมอมาก

ตัวอย่างเช่นองค์ประกอบบางอย่างมีอยู่ในเนื้อเยื่อกระดูกมากกว่าองค์ประกอบอื่น ๆ มีอยู่ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ ธาตุเหล็กจำนวนมากมีความเข้มข้นในฮีโมโกลบินในเลือด และผู้ชายมีธาตุเหล็กมากกว่าผู้หญิง

ซีลีเนียมมีมากขึ้นในเรตินา, ไอโอดีน - ในต่อมไทรอยด์, ฟลูออรีน - ในเคลือบฟัน

ควรระลึกไว้ด้วยว่าไม่ทราบบทบาทของธาตุติดตามหลายชนิด เช่น นิกเกิล ในสิ่งมีชีวิต ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่ามันเป็นเพียงสิ่งเจือปน

ออกซิเจน 45.5 กก. คาร์บอน 12.6 กก. ไฮโดรเจน 7 กก. ไนโตรเจน 2.1 กก. แคลเซียม 1.4 กก. ฟอสฟอรัส 700 กรัม โพแทสเซียม 260 กรัม ซัลเฟอร์ 175 กรัม โซเดียม 100 กรัม คลอรีน 100 กรัม แมกนีเซียม 30 กรัม เหล็ก 4.2 กรัม ฟลูออรีน 2.6 กรัม สังกะสี 2.2 กรัม ซิลิคอน 1.4 กรัม รูบิเดียม 680 มก. สตรอนเทียม 320 มก. โบรมีน 260 มก. ตะกั่ว 120 มก. ทองแดง 70 มก. อลูมิเนียม 60 มก. แคดเมียม 50 มก. โบรอน 50 มก. แบเรียม 22 มก. สารหนู 18 มก. ไอโอดีน 16 มก. ดีบุก 14 มก. ซีลีเนียม 14 มก. โคบอลต์ 14 มก. ปรอท 13 มก. แมงกานีส 12 มก. โครเมียม 7 มก. นิกเกิล 1 มก. อิน หนังสือ "Elements of the Universe" โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Glenn Seaborg (เขามีส่วนร่วมในการค้นพบองค์ประกอบประดิษฐ์มากมายซึ่งหนึ่งในนั้นได้รับการตั้งชื่อตามเขาด้วยซ้ำ) มีภาพตลก ภาพถ่ายแสดงให้เห็นชายวัยกลางคนสวมเสื้อเชิ้ตสีขาวผูกเน็คไท และบนโต๊ะข้างหน้าเขามีขวดโหลและภาชนะบรรจุก๊าซหลายใบ

คำบรรยายใต้ภาพเขียนว่า: “นักเคมีชื่อดังเบอร์นาร์ด ฮาร์วีย์ถูกนำเสนอที่นี่ในสองเวอร์ชันที่แตกต่างกัน เวอร์ชันหนึ่งอยู่ในสภาพปกติ และอีกเวอร์ชันแยกออกเป็นองค์ประกอบของเขา”