Сюрприз: угадайте, какой элемент во Вселенной на третьем месте по распространенности? Какой химический элемент самый распространенный и почему? Самый распространенный оксид на земле

Вселенная скрывает в своих глубинах множество секретов. Издавна люди стремились разгадать как можно больше из них, и, несмотря на то что это не всегда получается, наука идет вперед семимильными шагами, позволяя нам все больше узнавать о своем происхождении. Так, например, многим будет интересно, какой же самый распространенный во Вселенной. Большинство сразу подумают о воде, и будут отчасти правы, потому что наиболее часто встречающимся элементом является водород.

Самый распространенный элемент во Вселенной

Крайне редко людям приходится сталкиваться с водородом в чистом виде. Тем не менее, в природе он очень часто встречается в связи с другими элементами. Например, вступая в реакцию с кислородом, водород превращается в воду. И это далеко не единственное соединение, в состав которого входит этот элемент, он встречается повсеместно не только на нашей планете, но и в космосе.

Как появилась Земля

Множество миллионов лет назад водород, без преувеличений, стал строительным материалом для всей Вселенной. Ведь после большого взрыва, который стал первой стадией создания мира, не существовало ничего, кроме этого элемента. элементарна, поскольку состоит она всего лишь из одного атома. Со временем самый распространенный элемент во Вселенной начал образовывать облака, которые впоследствии стали звездами. А уже внутри них происходили реакции, в результате которых появлялись новые, более сложные элементы, породившие планеты.

Водород

На этот элемент приходится порядка 92% атомов Вселенной. Но встречается он не только в составе звёзд, межзвездного газа, но и распространенных элементов на нашей планете. Чаще всего он существует в связанном виде, а наиболее часто встречающимся соединением является, конечно же, вода.

Кроме этого, водород входит в состав ряда углеродных соединений, образующих нефть и природный газ.

Вывод

Несмотря на то что это наиболее распространенный элемент во всем мире, как это ни удивительно, для человека он может быть опасен, поскольку иногда загорается, вступая в реакцию с воздухом. Чтобы понять, насколько важную роль водород сыграл в создании Вселенной, достаточно осознать, что без него не появилось бы ничего живого на Земле.

Ученые объясняют возникновение химических элементов теорией Большого Взрыва. Согласно ей, Вселенная образовалась после Большого Взрыва огромного огненного шара, который разбросал во всех направлениях частицы материи и потоки энергии. Хотя, если во Вселенной самые распространенные химические элементы это Водород и Гелий, то на планете Земля - это Кислород и Кремний.

Из всего числа известных химических элементов, на Земле найдено 88 таких элементов, среди которых самыми распространенными в земной коре являются Кислород (49,4%), Кремний (25,8%), также Алюминий (7,5%), Железо, Калий и другие химические элементы, встречаемые в природе. На эти элементы приходится 99% массы всей Земной оболочки.

Состав элементов в Земной коре отличается от элементов, находящихся в мантии и ядре. Так ядро Земли состоит в основном из железа и никеля, а поверхность Земли насыщена кислородом.

Самые распространенные химические элементы на Земле

(49,4% в Земной коре)

Кислород используют для дыхания почти все живые организмы на Земле. Десятки миллиардов тонн Кислорода расходуются каждый год, но в воздухе его все равно не становится меньше. Ученые считают, что зеленые растения на планете выделяют Кислорода почти в шесть раз больше, чем он расходуется...

(25,8% в Земной коре)

Роль Кремния в геохимии Земли огромна, примерно 12% литосферы составляет кремнезем SiO2 (все твердые и прочные породы состоят на треть из кремния), а число минералов, в которых содержится кремнезем больше 400. На Земле Кремний в свободном виде не встречается, только в соединениях...

(7,5% в Земной коре)

В чистом виде в природе Алюминий не встречается. Алюминий входит в состав гранитов, глины, базальтов, полевого шпата и др. и содержится во многих минералах...

(4,7% в Земной коре)

Этот химический элемент очень важен для живых организмов, так как является катализатором дыхательного процесса, участвует в доставке кислорода к тканям и присутствует в гемоглобине крови. В природе Железо встречается в руде (магнетит, гематит, лимонит и пирит) и в более 300 минералах (сульфиды, силикаты, карбонаты и др.)...

(3,4% в Земной коре)

В чистом виде в природе не встречается, в соединениях содержится в почве, во всех неорганических связующих веществах, животных, растениях и природной воде. Ионы Кальция в крови играют важную роль в регулировании работы сердца, и позволяют ей свертываться на воздухе. При недостатке Кальция у растений, страдает корневая система...

(2,6% в Земной коре)

Натрий распространен в верхней части земной коры, в природе встречается в виде минералов: галита, мирабилита, криолита и буры. Входит в состав человеческого организма, в крови человека содержится около 0.6% КаС1, за счет которого поддерживается нормальное осмотическое давление крови. В животных Натрия содержится больше чем в растениях...

(2,4% в Земной коре)

В природе не встречается в чистом виде, только в соединениях, содержится во многих минералах: сильвине, сильвините, карналлите, алюмосиликатах и др. В морской воде содержится примерно 0,04% калия. Калий быстро окисляется на воздухе и легко вступает в химические реакции. Является важным элементом развития растений, при его недостатке они желтеют, а семена теряют всхожесть...

(1,9% в Земной коре)

В природе Магний не встречается в чистом виде, но входит в состав многих минералов: силикатов, карбонатов, сульфатов, алюмосиликатов и др. Кроме этого Магния много в морской воде, подземных водах, растениях и природных рассолах...

(0,9% в Земной коре)

Водород входит в состав атмосферы, всех органических веществ и живых клеток. Его доля в живых клетках по числу атомов составляет 63%. Водород входит в состав нефти, вулканических и природных горючих газов, немного Водорода выделяют зеленые растения. Образуется при разложении органических веществ и при коксовании угля...

(0,6% в Земной коре)

В природе не встречается в свободном виде, часто в виде двуокиси TiO2 или её соединений (титанатов). Содержится в поч¬ве, в животных и растительных организмах и входит в состав больше 60 минералов. В биосфере Титан рессеян, в морской воде его 10-7%.Титан содержится и в зернах, плодах, стеблях растений, в тканях животных, молоке, куриных яйцах и в человеческом организме...

Самые редкие химические элементы на Земле

• Лютеций (0,00008 % в Земной коре по массе) . Для получения его выделяют из минералов вместе с другими тяжёлыми редкими элементами.
• Иттербий (3,310-5% в Земной коре по массе) . Содержится в бастензите, монаците, гадолините, талените и др. минералах.
• Тулий (2,7 .10−5 масс. % в Земной коре по массе) . Так же как и другие редкоземельные элементы содержится в минералах: ксенотим, монацит, эвксенит, лопарит и др.
• Эрбий (3,3 г/т в Земной коре по массе) . Добывается из монацита и бастенизита, так же как и некоторые редкие химические элементы.
• Гольмий (1,3.10−4 % в Земной коре по массе) . Вместе с другими редкоземельными элементами содержится в минералах монаците, эвксените, бастенизите, апатите и гадолините.

Очень редкие химические элементы применяют в радиоэлектронике, атомной технике, машиностроении, метталургии и химической промышленности и др.

50.Наблюдаемые факты, подтверждающие теорию «горячей» Вселенной.

Физическая теория эволюции Вселенной, в основе которой лежит предположение о том, что до того, как в природе появились звезды, галактики и другие астрономические объекты, вещество представляло собой быстро расширяющуюся и первоначально очень горячую среду. Предположение о том, что расширение Вселенной началось с "горячего" состояния, когда вещество представляло собой смесь различных взаимодействующих между собой элементарных частиц высоких энергий, было впервые выдвинуто Г.А.Гамовым в 1946 г. В настоящее время Г.В.Т. считается общепризнанной, Двумя самыми важными наблюдательными подтверждениями этой теории является обнаружение реликтового излучения, предсказанного теорией, и объяснение наблюдаемого соотношения между относительной массой водорода и гелия в природе.

51.Методы определения химического состава звезд и планет. Наиболее распространенные химические элементы во Вселенной.

Несмотря на то, что с момента запуска в космос первого космического аппарата прошло уже несколько десятилетий, большинство исследуемых астрономами небесных объектов являются пока недосягаемыми. Между тем, даже о самых отдалённых планетах солнечной системы и их спутниках собрано достаточно сведений.

Астрономам часто приходится применять для исследования небесных тел дистанционные способы. Одним из самых распространённых является спектральный анализ. При помощи него удаётся определить приблизительный химический состав атмосферы планет и даже их поверхности.

Дело в том, что атомы различных веществ излучают энергию в определённом диапазоне волн. Измерив энергию, которая выделяется в определённом спектре, специалисты могут определить и общую их массу, а соответственно, и то вещество, которое создает излучение.

Однако чаще всего при определении точного химического состава возникают некоторые трудности. Атомы вещества могут находиться в таких условиях, что их излучение трудно наблюдать, поэтому необходимо учитывать некоторые побочные факторы (например, температуру объекта).

Спектральные линии помогают, дело в том, что каждый элемент имеет определенный цвет спектра и рассматривая какую нибудь планету (звезду) ну в общем объект, при помощи специальных приборов - спектрографов, мы можем увидить их испускаемый цвет или ряд цветов! Потом по табличке специальной смотрится, какому веществу эти линии принадлежат! ! Наука этим занимающаяся - спектроскопия

Спектроскопия - раздел физики, посвященный изучению спектров электромагнитного излучения.

Спектральный анализ - совокупность методов определения состава (например, химического) объекта, основанный на изучении свойств приходящего от него излучения (в частности, света) . Оказалось, что атомы каждого химического элемента имеют строго определенные резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что в спектроскопе на спектре видны линии (тёмные или светлые) в определённых местах, характерных для каждого вещества. Интенсивность линий зависит от количества вещества и даже его состояния. В количественном спектральном анализе определяют содержание исследуемого вещества по относительной или абсолютной интенсивностям линий или полос в спектрах. Различают атомный и молекулярный спектральный анализ, эмиссионный ”по спектрам испускания” и абсорбционный ”по спектрам поглощения”.

Оптический спектральный анализ характеризуется относительной простотой выполнения, экспрессностью, отсутствием сложной подготовки проб к анализу, незначительным количеством вещества (10-30 мг) , необходимого для анализа на большое число элементов. Спектры эмиссии получают переведением вещества в парообразное состояние и возбуждением атомов элементов нагреванием вещества до 1000-10000°С. В качестве источников возбуждения спектров при анализе материалов, проводящих ток, применяют искру, дугу переменного тока. Пробу помещают в кратер одного из угольных электродов. Для анализа растворов широко используют пламя различных газов. Спектральный анализ - чувствительный метод и широко применяется в химии, астрофизике, металлургии, машиностроении, геологической разведке и др. Метод был предложен в 1859 г. Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном. С его помощью гелий был открыт на Солнце ранее, чем на Земле.

Распространённость химических элементов, мера того как распространены или редки элементы по сравнению с другими элементами в данной среде. Распространённость в различных случаях могут измерять массовой долей, мольной долей или объёмной долей. Распространённость химических элементов часто представляется кларками.

Например, массовая доля распространённости кислорода в воде составляет около 89 %, потому что это доля массы воды, которой является кислород. Однако, мольная доля распространённости кислорода в воде только 33 %, потому что только 1 из 3 атомов в молекуле воды является атомом кислорода. Во Вселенной в целом, и в атмосферах газовых планет-гигантов, таких как Юпитер, массовая доля распространенности водорода и гелия около 74 % и 23-25 % соответственно, в то время атомная мольная доля элементов ближе к 92 % и 8 %.

Однако, так как водород является двухатомным, а гелий - нет, в условиях внешней атмосферы Юпитера, молекулярная мольная доля водорода составляет около 86 %, а гелия - 13 %.

На Земле - кислород, в космосе - водород

Во Вселенной больше всего водорода (74 % по массе). Он сохранился со времен Большого взрыва. Лишь незначительная часть водорода успела превратиться в звездах в более тяжелые элементы. На Земле самый распространенный элемент - кислород (46–47 %). Большая его часть связана в форме оксидов, прежде всего оксида кремния (SiO 2). Земные кислород и кремний возникли в массивных звездах, которые существовали до рождения Солнца. В конце своей жизни эти звезды взрывались сверхновыми и выбрасывали в космос образовавшиеся в них элементы. Конечно, в продуктах взрыва было много водорода и гелия, а также углерода. Однако эти элементы и их соединения обладают большой летучестью. Вблизи молодого Солнца они испарялись и давлением излучения выдувались на окраины Солнечной системы

Десять самых распространенных элементов в Галактике Млечный Путь *

* Массовая доля на миллион.

«Два самых распространенных элемента во Вселенной - водород и глупость». - Харлан Эллисон. После водорода и гелия, в периодической таблице сплошь и рядом идут сюрпризы. В числе самых удивительных фактов есть и то, что каждый материал, которого мы когда-либо касались, который видели, с которым взаимодействовали, состоит из одних и тех же двух вещей: атомных ядер, заряженных положительно, и электронов, заряженных отрицательно. То, как эти атомы взаимодействуют между собой - как они толкаются, связываются, притягиваются и отталкиваются, создавая новые стабильные молекулы, ионы, электронные энергетические состояния, - собственно, определяет живописность мира вокруг нас.

Даже если именно квантовые и электромагнитные свойства этих атомов и их составляющих позволяют нашей Вселенной , важно понимать, что начиналась вовсе не со всеми этими элементами. Совсем наоборот, начинала она практически без них.

Видите ли, чтобы достичь разнообразия структур связи и построить сложные молекулы, которые лежат в основе всего, что нам известно, нужно очень много атомов. Не в количественном выражении, а в разнообразном, то есть чтобы были атомы с разным числом протонов в их атомных ядрах: именно это делает элементы разными.

Наши тела нуждаются в таких элементах, как углерод, азот, кислород, фосфор, кальций и железо. Кора нашей Земли нуждается в таких элементах, как кремний и множество других тяжелых элементов, тогда как ядро Земли - чтобы вырабатывать тепло - нуждается в элементах, наверное, всей периодической таблицы, которые встречаются в природе: торий, радий, уран и даже плутоний.

Прошло некоторое время. Первые ядра слились вместе и больше не разошлись, произведя водород и его изотопы, гелий и его изотопы, а также крошечные едва различимые объемы лития и бериллия, последний впоследствии радиоактивно распался на литий. С этого началась Вселенная: по числу ядер - 92% водорода, 8% гелия и примерно 0,00000001% лития. По массе - 75-76% водорода, 24-25% гелия и 0,00000007% лития. В начале было два слова: водород и гелий, на этом, можно сказать, все.

Сотни тысяч лет спустя Вселенная остыла достаточно, чтобы смогли образоваться нейтральные атомы, а десятки миллионов лет спустя гравитационный коллапс позволил состояться первым звездам. Вместе с этим, явление ядерного синтеза не только наполнило светом Вселенную, но и позволило сформироваться тяжелым элементам.

К моменту рождения первой звезды, где-то 50-100 миллионов лет после Большого Взрыва, обильное количество водорода начало сливаться в гелий. Но что еще более важно, самые массивные звезды (в 8 раз массивнее нашего Солнца) сжигали свое топливо очень быстро, выгорая всего за пару лет. Как только в ядрах таких звезд заканчивался водород, гелиевое ядро сжималось и начинало сливать три ядра атома в углерод. Потребовался всего триллион этих тяжелых звезд в ранней Вселенной (которая образовала намного больше звезд в первые несколько сотен миллионов лет), чтобы литий был побежден.

И тут вы, наверное, думаете, что углерод стал элементом номер три в наши дни? Об этом можно подумать, поскольку звезды синтезируют элементы послойно, как луковица. Гелий синтезируется в углерод, углерод в кислород (позже и при большей температуре), кислород в кремний и серу, а кремний в железо. В конце цепочки железо не может слиться больше ни во что, поэтому ядро взрывается и звезда становится сверхновой.

• медленного захвата нейтрона (s-процесс), последовательно выстраивающего элементы;
• слияния ядер гелия с тяжелыми элементами (с образованием неона, магния, аргона, кальция и так далее);
• быстрого захвата нейтрона (r-процесс) с образованием элементов до урана и дальше.

Но у нас было не одно поколение звезд: у нас было много таких, и поколение, которое существует ныне, построено в первую очередь не на девственном водороде и гелии, но и на остатках от предыдущих поколений. Это важно, поскольку без этого у нас никогда бы не было твердых планет, лишь газовые гиганты из водорода и гелия, исключительно.

За миллиарды лет процесс образования и смерти звезд повторялся, все с более и более обогащенными элементами. Вместо того чтобы просто сливать водород в гелий, массивные звезды сливают водород в цикле C-N-O, со временем выравнивая объемы углерода и кислорода (и чуть меньше азота).

Кроме того, когда звезды проходят через гелиевый синтез с образованием углерода, довольно просто захватить лишний атом гелия с образованием кислорода (и даже добавить еще один гелий к кислороду с образованием неона), и даже наше Солнце будет делать это во время фазы красного гиганта.

Когда мы смотрим на останки сверхновой и планетарные туманности - остатки очень массивных звезд и солнцеподобных звезд соответственно - мы находим, что кислород превосходит углерод массово и количественно в каждом из случаев. Мы также обнаружили, что ни один из других элементов тяжелее и близко не стоит.

Что будущее нам готовит?

Вселенная меняется. Кислород - третий по распространенности элемент в современной Вселенной, и в очень, очень далеком будущем, возможно, поднимется выше водорода. Каждый раз, когда вы вдыхаете воздух и чувствуете удовлетворение от этого процесса, помните: звезды - единственная причина существования кислорода.