Водород во вселенной
ВОДОРОД ВО ВСЕЛЕННОЙ
Обычно, чтобы подчеркнуть значение того или иного элемента, говорят если бы его не было, то случилось бы то-то и то-то. Но, как правило, это не более чем риторический прием. А вот водорода может когда-нибудь действительно не стать, потому что он непрерывно сгорает в недрах звезд, превращаясь в инертный гелии. И когда запасы водорода иссякнут, жизнь во Вселенной станет невозможной — и потому, что погаснут солнца, и потому, что не станет воды…
Водород и Вселенная
Когда-то люди обожествляли Солнце. Но теперь оно стало объектом точных исследований, и мы редко задумываемся о том, что само наше существование целиком и полностью зависит от происходящих на нем процессов.
Каждую секунду Солнце излучает в космическое пространство энергию, эквивалентную примерно 4 млн. т массы. Эта энергия рождается в ходе слияния четырех ядер водорода, протонов, в ядро гелия; реакция идет в несколько стадий, а ее суммарный результат записывается вот таким уравнением
4¹H⁺ → ⁴He²⁺ + 2e⁺ + 26,7 Мэв
Много это или мало — 26,7 Мэв на один элементарный акт? Очень много: при «сгорании» 1 г протонов выделяется в 20 млн. раз больше энергии, чем при сгорании 1 г каменного угля. На Земле такую реакцию еще никто не наблюдал: она идет при температуре и давлении, существующих лишь в недрах звезд и еще не освоенных человеком.
Мощность, эквивалентную ежесекундной убыли массы в 4 млн. т, невозможно представить: даже при мощнейшем термоядерном взрыве в энергию превращается всего около 1 кг вещества. Но если отнести всю излучаемую Солнцем энергию к его полной массе, то выяснится невероятное удельная мощность Солнца окажется ничтожно малой-много меньше, чем мощность такого «тепловыделяющего устройства», как сам человек. И расчеты показывают, что Солнце будет светить, не ослабевая, еще по меньшей мере 30 млрд. лет.
Наше Солнце по меньшей мере наполовину состоит из водорода. Всего на Солнце обнаружено 69 химических элементов, но водород — преобладает. Его в 5,1 раза больше, чем гелия, и в 10 тыс. раз (не по весу, а по числу атомов) больше, чем всех металлов, вместе взятых. Этот водород расходуется не только на производство энергии. В ходе термоядерных процессов из него образуются новые химические элементы, а ускоренные протоны выбрасываются в околосолнечное пространство.
Последнее явление, получившее название «солнечного ветра», было открыто сравнительно недавно во время исследования космического пространства с помощью искусственных спутников. Оказалось, что особенно сильные порывы этого «ветра» возникают во время хромосферных вспышек. Достигнув Земли, поток протонов, захваченный ее магнитным полем, вызывает полярные сияния и нарушает радиосвязь, а для космонавтов «солнечный ветер» представляет серьезную опасность. Но только ли этим ограничивается воздействие на Землю потока ядер солнечного водорода? По-видимому, нет. Во-первых, виток протонов рождает вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли; во-вторых, магнитные бури могут влиять на процессы жизнедеятельности; в-третьих, захваченные магнитным полем Земли ядра водорода не могут не сказываться на ее массообмене с космосом.
Судите сами: сейчас в земной коре из каждых 100 атомов 17 —это атомы водорода. Но свободного водорода на Земле практически не существует: он входит в состав годы минералов, угля, нефти, живых существ… Только вулканические газы иногда содержат немного водорода, который в результате диффузии рассеивается в атмосфере. А так как средняя скорость теплового движения молекул водорода из-за их малой массы очень велика — она близка ко второй космической скорости,— то из слоев атмосферы эти молекулы улетают в космическое пространство.
Но если Земля теряет водород, то почему она не может его получать от того же Солнца? Раз «солнечный ветер» — это ядра водорода, которые захватываются магнитным полем Земли, то почему бы им на ней не остаться? Ведь в атмосфере Земли есть кислород; реагируя с залетевшими ядрами водорода, он свяжет их, и космический водород рано или поздно выпадет на поверхность планеты в виде обыкновенного дождя. Более того, расчет показывает, что масса водорода, содержащегося в воде всех земных океанов, морей, озер и рек, точно равна массе протонов, занесенных «солнечным ветром» за всю историю Земли. Что это — простое совпадение?
…Мы должны сознавать, что наше Солнце, наше водородное Солнце,— это лишь заурядная звезда во Вселенной, что существует неисчислимое множество подобных звезд, удаленных от Земли на сотни, тысячи и миллионы световых лет. И кто знает — может быть именно в диапазоне радиоизлучения межзвездного водорода (запомните— 21 сантиметр!) человечеству впервые удастся связаться с иноземными цивилизациями… Как говорится, поживем — увидим.
Вы читаете, статья на тему Водород во вселенной
Источник
Почему водород — это самый распространенный элемент во Вселенной?
Водород является самым распространенным элементом во Вселенной. Но почему?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, мы должны вернуться к Большому взрыву, сказала Майя Найман, профессор химии в Университете штата Орегон.
Большой взрыв привел к созданию всех элементов, которые мы можем найти в периодической таблице. Они являются строительными блоками, помогающими создать Вселенную. Каждый элемент имеет уникальный номер элементарных частиц — протонов (положительно заряженных), нейтронов (нейтральных) и электронов (отрицательно заряженных). 
Самый простой и распространенный элемент
Водород имеет только один протон и один электрон (это единственный элемент без нейтрона). Он является самым простым элементом во Вселенной, что объясняет, почему он также самый распространенный, — сказала Найман. Тем не менее изотоп водорода, называемый дейтерием, содержит один протон и один нейтрон, а другой, известный как тритий, имеет один протон и два нейтрона.
В звездах атомы водорода сливаются, чтобы создать гелий – второй наиболее распространенный элемент во Вселенной. Гелий имеет два протона, два нейтрона и два электрона. Вместе гелий и водород составляют 99,9 процента всей известной материи во Вселенной.
Тем не менее во Вселенной примерно в 10 раз больше водорода, чем гелия, как говорит Найман. «Кислорода, который является третьим самым распространенным элементом, примерно в 1000 раз меньше, чем водорода», — добавила она.
Если говорить в общем, то чем выше атомный номер элемента, тем меньшее его количество можно найти во Вселенной.
Водород в составе Земли
Состав Земли, однако, отличается от того, который имеет Вселенная. Например, кислород является наиболее распространенным элементом по весу в земной коре. За ним следуют кремний, алюминий и железо. В человеческом организме наиболее распространенным элементом по весу является кислород, а затем — углерод и водород.
Роль в человеческом теле
Водород имеет ряд ключевых ролей в человеческом теле. Водородные связи помогают ДНК оставаться скрученным. Кроме того, водород способствует поддержанию правильного рН в желудке и других органах. Если ваш желудок приобретает слишком щелочную среду, выпускается водород, поскольку он связан с регулированием этого процесса. Если же среда в желудке слишком кислая, водород будет связываться с другими элементами.
Водород в составе воды
Кроме того, именно водород позволяет льду плавать на поверхности воды, так как водородные связи увеличивают расстояние между ее замороженными молекулами, что делает их менее плотными.
Как правило, вещество является более плотным, когда оно находится в твердом состоянии, а не жидком, сказала Найман. Вода является единственным веществом, которое становится менее плотным в твердом виде.
В чем опасность водорода
Тем не менее водород также может быть опасным. Его реакция с кислородом привела к катастрофе дирижабля «Гинденбург», который убил 36 человек в 1937 году. Кроме того, водородные бомбы могут быть невероятно разрушительными, хотя их никогда не использовали в качестве оружия. Тем не менее их потенциал продемонстрировали в 1950-х годах такие страны, как США, СССР, Великобритания, Франция и Китай.
Водородные бомбы, как и атомные, используют сочетание ядерного синтеза и реакций деления, что приводит к разрушениям. При взрыве они создают не только механические ударные волны, но и радиацию.
Источник
Водород — основа Вселенной
Многие, если их спросить какой элемент самый важный во вселенной, наверное ответят углерод, кислород, скорее всего азот, но мало кто будет утверждать что это водород. А что мы знаем о нем, кроме того, что он занимает почётное место в таблице Менделеева, входит в состав воды- источника жизни, и это самый простой элемент, но за его простотой кроется его важная роль в развитии мира.
Человечество только недавно начала изучать свойство водорода, результат этого изучения стало появление страшного оружия, а именно водородная бомба, по своей разрушительной силе превосходящее атомную бомбу. В данный момент для неё могут использовать гелий, дейтерий, но названа она так, потому-что впервые в ней был применен водород.
Примечательный факт: водорода в самой бомбе не хватит даже на обычный воздушный шарик.
И это неоспоримый факт возможности водорода. Вернемся к вопросу, почему водород основной элемент во вселенной. По данным ученным после большого взрыва, произошел выброс огромного количества водорода, ударная волна в свою очередь заставила этот водород завихряться.
Он сгущался, разгонялся и разгорался, и рождалась звезда. А звезды, мы все прекрасно знаем источники тепла,света, отсюда и жизни. Есть еще один факт возможности водорода, как-бы это не звучало, но водород сгорая в звезде превращался во все известные нам компоненты: гелий, кислород, железо и т.д.
Это все доказывает, что водород лежит в основе всего, хотя возможно мы еще не все знаем о водороде и о мире в котором живем.
Учебное видео о водороде
В видео рассказаны общие сведения о водороде, его физические и химические свойства.
Источник
Нахождение водорода в природе
Водород – самый распространенный элемент во вселенной: по современным данным, он составляет примерно 92% от общего числа ее атомов. Водород содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, кометах, входит в состав звезд. В недрах звезд на определенной стадии их эволюции протекают разнообразные термоядерные реакции с участием водорода. Классический пример: превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия. Для большинства звезд, в том числе и для нашего Солнца, водород служит главным источником энергии. Скорость процесса (число ядер водорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре вещества за единицу времени) мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единице объема, мало. Однако, вследствие огромной массы Солнца, общее количество выделяемой энергии огромно. Оно соответствует уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 миллиона тонн в секунду!
Водород в Солнечной системе.
Основная масса водорода в Солнечной системе сосредоточена, конечно же, в самом Солнце, а так же в далеких холодных планетах-гигантах: на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. В небольших количествах он содержится в атмосфере всех планет и входит в состав минералов и других соединений (аммиак, метан, синильная кислота). Ядра атомов водорода – основа так называемого солнечного ветра. Общее содержание атомов водорода в Солнечной системе составляет 84%.
Водород на Земле.
Общее содержание водорода на Земле составляет всего 0,15% по массе или 3,0% мольных долей. Водород составляет 0,88-1,0% массы земной коры, считая воду и воздух. Его содержание в атмосфере планеты 5·10 -5 % по объему. По распространенности на Земле этот элемент занимает 9-е место. В свободном состоянии встречается сравнительно редко – содержится в нефтяных, горячих и вулканических газах, присутствует в виде включений в некоторых минералах. Некоторое количество водорода появляется постоянно в атмосфере в результате разложения органических веществ микроорганизмами (процессы гниения), но затем водород быстро поднимается в стратосферу благодаря своей легкости. По этой же причине постоянно покидает атмосферу Земли.
Большая часть водорода связана в форме воды, глин и углеводородов; последние составляют основу нефти и входят составной частью в природные горючие газы. Водород в составе воды и органических соединений входит в состав всех растительных и животных организмов. Также водород содержится в буром и каменном угле, входит в состав целого ряда минералов (в виде кристаллизационной воды, например, KCl·MgCl2·6H2O).
Источник
Появляется ли новый водород во Вселенной?
В космосе водород выступает в трех ипостасях — ядро водорода (протон), атомарный и молекулярный водород. Максимальное число протонов по-видимому было в Адронную эпоху при температурах 10¹⁰ ÷ 10¹² К, когда возраст Вселенной был 10⁻⁶ ÷ 1 сек и кварк-глюонная плазма охлаждалась, образованием протонов и других адронов.
Число протонов начало неуклонно уменьшаться в эпоху ядерного синтеза при температурах Вселенной 10⁷ ÷ 10⁹ К и возрасте 10 ÷ 1000 сек, когда начали синтезироваться первые легчайшие ядра — Дейтерий и Гелий.
В эпоху рекомбинации во Вселенной (возраст 380000 лет) уже стало относительно прохладнее (температура
4000 К) и электроны и протоны стали формировать первые нейтральные атомы (водород, гелий, литий).
С момента формирования первых звёзд (Вселенной 0,15 ÷ 1 млрд лет) водород стал тратиться в процессах синтеза и создания ядер в звёздах. Часть водорода при этом «навечно» запечатывается в атомных ядрах мёртвых (остывших) звёзд и чёрных дыр, а часть возвращается в круговорот при взрывах сверхновых и столкновениях звёзд.
Таким образом, «новые» протоны рождаются при температурах более 100 млрд К, что могло быть только на стадии эмбриональной Вселенной или при взаимодействиях высокоэнергичных космических лучей с ядрами межзвездного газа. Однако вклад последних, в уменьшающееся количество водорода во Вселенной, пренебрежимо мал.
Источник