Сюрприз: угадайте, какой элемент во Вселенной на третьем месте по распространенности?
«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 существовать с теми свойствами, что у нее есть, важно понимать, что Вселенная 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.
Источник
Топ-10: самые распространенные химические элементы во всей Вселенной
Все мы знаем, что водород наполняет нашу Вселенную на 75%. Но знаете ли вы, какие еще есть химические элементы, не менее важные для нашего существования и играющие значительную роль для жизни людей, животных, растений и всей нашей Земли? Элементы из этого рейтинга формируют всю нашу Вселенную!
10. Сера (распространенность относительно кремния – 0.38)
Этот химический элемент в таблице Менделеева значится под символом S и характеризуется атомным номером 16. Сера очень распространена в природе.
9. Железо (распространенность относительно кремния – 0.6)
Обозначается символом Fe, атомный номер – 26. Железо очень часто встречается в природе, особенно важную роль оно играет в формировании внутренней и внешней оболочки ядра Земли.
8. Магний (распространенность относительно кремния – 0.91)
В таблице Менделеева магний можно найти под символом Mg, и его атомный номер – 12. Что самое удивительное в этом химическом элементе, так это то, что он чаще всего выделяется при взрыве звезд в процессе их преобразования в сверхновые тела.
7. Кремний (распространенность относительно кремния – 1)
Обозначается как Si. Атомный номер кремния – 14. Этот серо-голубой металлоид очень редко встречается в земной коре в чистом виде, но довольно распространен в составе других веществ. Например, его можно обнаружить даже в растениях.
6. Углерод (распространенность относительно кремния – 3.5)
Углерод в таблице химических элементов Менделеева значится под символом С, его атомный номер – 6. Самой знаменитой аллотропной модификацией углерода являются одни из самых желанных драгоценных камней в мире – алмазы. Углерод активно применяют и в других в промышленных целях более будничного назначения.
5. Азот (распространенность относительно кремния – 6.6)
Символ N, атомный номер 7. Впервые открытый шотландским врачом Дэниелом Рутерфордом (Daniel Rutherford), азот чаще всего встречается в форме азотной кислоты и нитратов.
4. Неон (распространенность относительно кремния – 8.6)
Обозначается символом Ne, атомный номер — 10. Не секрет, что именно этот химический элемент ассоциируется с красивым свечением.
3. Кислород (распространенность относительно кремния – 22)
Химический элемент под символом О и с атомным номером 8, кислород незаменим для нашего существования! Но это не значит, что он присутствует только на Земле и служит только для человеческих легких. Вселенная полна сюрпризов.
2. Гелий (распространенность относительно кремния – 3.100)
Символ гелия – He, атомный номер – 2. Он бесцветен, не имеет запаха и вкуса, не ядовит, и его точка кипения – самая низкая среди всех химических элементов. А еще благодаря ему шарики взмывают ввысь!
1. Водород (распространенность относительно кремния – 40.000)
Истинный номер один в нашем списке, водород находится в таблице Менделеева под символом Н и обладает атомным номером 1. Это самый легкий химический элемент периодической таблицы и самый распространенный элемент во всей изученной человеком Вселенной.
Источник
Самые распространенные химические элементы на Земле и во Вселенной
По мнению большинства ученых, возникновение химических элементов во вселенной произошло после Большого Взрыва. При этом, каких-то веществ образовалось больше, каких-то меньше. В нашем топе представлен список самых распространенных химических элементов на Земле и во вселенной.
Водород
Лидером рейтинга становится водород. В таблице Менделеева он обозначен символом H и атомным номером 1. Открыт в 1766 году Г. Кавендишем. А еще через 15 лет этот же ученый выяснил, что водород участвует в образовании большинства веществ на планете.
Водород не только наиболее распространенный, но и самый взрывной и легкий химический элемент во вселенной в природе. В земной коре его объем равен 1%, но количество атомов – 16%. Данный элемент входит во множество природных соединений, например, в нефть, природный газ, уголь.
В свободном состоянии водород практически не встречается. На поверхности Земли присутствует в некоторых вулканических газах. В воздухе он есть, но в очень малых дозах. Водородом занято почти половина строения звезд, большая часть межзвездной сферы и газов туманностей.
Гелий
Второе место среди наиболее распространенных элементов во вселенной занимает гелий. Он же считается вторым по легкости. Кроме того, у гелия самая низкая температура кипения среди всех известных веществ.
Открыт в 1868 году французским астрономом П. Жансеном, обнаружившим яркую желтую линию в околосолнечной атмосфере. А в 1895 году английский химик У. Рамзай доказал существование этого элемента на Земле.
За исключением экстремальных условий, гелий представлен только в виде газа. В космосе он был образован в первые мгновения после Большого взрыва. Сегодня гелий появляется при термоядерном синтезе с водородом в звездных глубинах. На Земле образуется после распада тяжелых элементов.
Кислород
Самым распространенным элементом в земной коре (49,4%) является кислород. Обозначается символом O и номером 8. Незаменим для существования человека.
Кислород – химически неактивный неметалл. При стандартных условиях находится в бесцветном газообразном состоянии, без вкуса и запаха. Молекула включает два атома. В жидком виде отличается светло-голубым оттенком, в твердом выглядит как как кристаллы с синеватым отливом.
Кислород необходим всем живым существам на Земле. Он участвует в круговороте веществ свыше 3 млрд лет. Играет значимую роль в хозяйстве и природе:
- Участвует в фотосинтезе растений;
- Поглощается живыми организмами при дыхании;
- Выступает в роли окислителя в процессах брожения, гниения, ржавления;
- Содержится в органических молекулах;
- Необходим для получения ценных веществ органического синтеза.
В сжиженном состоянии кислород применяют для резки и сварки металлов, подземных и подводных работ, действий на большой высоте в безвоздушном пространстве. Кислородные подушки незаменимы при выполнении лечебных манипуляций.
На 4 месте азот – двухатомный бесцветный и безвкусный газ. Существует не только на нашей, но и на нескольких других планетах. Из него состоит почти 80% земной атмосферы. Даже человеческое тело содержит до 3% данного элемента.
Помимо газообразного, существует жидкий азот. Он широко используется в строительстве, промышленности, лечебном деле. Его применяют при охлаждении техники, заморозке органики, избавления от бородавок. В жидком виде азот не взрывоопасен и не токсичен.
Элемент блокирует окисление и гниение. Широко применяется в шахтах для формирование взрывобезопасной среды. В химическом производстве с его помощью создают аммиак, удобрения, красители, в кулинарии используют как хладагент.
Неон – это инертный и бесцветный атомный газ без запаха. Открыт в 1989 году англичанами У. Рамзаем и М. Траверсом. Выведен из разжиженного воздуха путем исключения других элементов.
Название газа переводится как «новый». Во Вселенной распределен крайне неравномерно. Максимальная концентрация выявлена на горячих звездах, в воздухе внешних планет нашей системы и в газовых туманностях.
На Земле неон в основном содержится в атмосфере, в других частях его ничтожно мало. Объясняя неоновую скудность нашей планеты, ученые выдвинули гипотезу, что когда-то земной шар лишился своей первичной атмосферы, а вместе с ней и основного объема инертных газов.
Углерод
На 6 месте в списке самых распространенных химических элементов на Земле находится углерод. В таблице Менделеева обозначен буквой C. Обладает необычайными свойствами. Является ведущим биогенным элементом планеты.
Известен с давних времен. Входит в структуру каменного угля, графита, алмазов. Содержание в земной тверди – 0,15%. Не слишком большая концентрация объясняется тем, что в природе углерод подвергается постоянной циркуляции.
Существует несколько минералов, содержащих данный элемент:
- Антрацит;
- Нефть;
- Доломит;
- Известняк;
- Горючий сланец;
- Торф;
- Бурый и каменный уголь;
- Природный газ;
- Битум.
Хранилищем углеродных групп являются живые существа, растения и воздух.
Кремний
Кремний – неметалл, часто встречающийся в земной коре. В свободном виде выведен в 1811 году Ж. Тенаром и Ж. Гей-Люссаком. Содержание в планетной оболочке – 27,6-29,5% по массе, в океанической воде – 3 мг/л.
О множестве соединений кремния было известно еще в древние времена. Но чистый элемент долго оставался за гранью человеческих познаний. Самыми популярными соединениями были поделочные и драгоценные камни на базе оксида кремния:
В природе элемент содержится в:
- Горных массивных породах и залежах;
- Растениях и морских жителях;
- Глубоко в почве;
- В организмах живых существ;
- В низу водоемов.
Кремний играет огромную роль в формировании человеческого организма. Ежедневно внутрь должно попадать минимум 1 грамм элемента, иначе начнут появляться неприятные недуги. Тоже самое можно сказать про растения и животных.
Магний
Магний – ковкий, легкий металл серебристого оттенка. В таблице Менделеева отмечен символом Mg. Получен в 1808 году англичанином Г. Дэви. Занимает 8 место по объему в земной коре. Природными источниками являются минеральные отложения, рассолы и морская вода.
В стандартном состоянии покрыт слоем оксида магния, который распадается при температуре +600-650 0 C. При сгорании выделяет ярко-белое пламя с формированием нитрида и оксида.
Металлический магний используется во многих сферах:
- При регенерации титана;
- В получении легких литейных сплавов;
- В создании зажигательных и осветительных ракет.
Магниевые сплавы – важнейший конструкционный материал в транспортной и авиационной промышленности.
Магний не зря называют «металлом жизни». Без него невозможно большинство физиологических процессов. Он играет ведущую роль в функционировании нервной и мышечной ткани, участвует в липидном, белковом и углеводном обмене.
Железо
Железо – это ковкий серебристо-белый металл с высоким уровнем химической реакции. Обозначается буквами Fe. Быстро ржавеет при повышенных температурах/влажности. Воспламеняется в очищенном кислороде. Способен самовозгораться в мелкодисперном воздухе.
В обиходе железом именуют его сплавы с минимальным объемом добавок, сохраняющие податливость чистого металла:
Есть мнение, что железо составляет основной процент земного ядра. Имеет несколько уровней окисления, что является важнейшей геохимической чертой.
Десятое место в списке самых распространенных химических элементов на Земле занимает сера. Обозначается буквой S. Проявляет неметаллические характеристики. В самородном состоянии выглядит как светло-желтый порошок с характерным ароматом либо блестящие кристаллы стеклянно-желтого цвета. В регионах древнего и новейшего вулканизма встречаются рассыпчатые залежи серы.
Без серы невозможно проведения многих промышленных операций:
- Выпуск препаратов для сельскохозяйственных нужд;
- Придание особых характеристик некоторым сортам стали;
- Образование серной кислоты;
- Выработка резины;
- Производство сульфатов и другое.
Медицинская сера содержится в кожных мазях, ею лечат ревматизм и подагру, включают в состав косметических препаратов по уходу за кожей. Она применяется в изготовлении гипса, слабительных лекарств и средств от гипертонии.
Видео
Источник