Основными химическими элементами вселенной являются

Химический состав Вселенной постоянно меняется

Состав Вселенной — элементы, которые являются строительными блоками для каждого кусочка материи, постоянно меняется и постоянно развивается благодаря жизни и смерти звезд. Процесс формирования элементов при росте, взрывах, слияниях звезд, был подробно описан в обзорной статье, опубликованной 31 января в журнале Science.

«Во вселенной произошли некоторые очень интересные изменения. То есть ее периодическая таблица (общее количество элементов во Вселенной) сильно изменилась», — отметил Дженнифер Джонсон, профессор астрономии из Университета штата Огайо, автор статьи. «В течение 100 миллионов лет после Большого взрыва не было ничего, кроме водорода, гелия и лития. А потом мы начали получать углерод, кислород и действительно важные элементы».

Периодическая таблица помогает людям понять элементы Вселенной с 1860-х годов, когда русский химик Дмитрий Менделеев признал, что некоторые элементы обладают разными химическими свойствами и сформировал их в диаграмму — периодическую таблицу. Это химический способ организации элементов, помогающий ученым от начальной школы до лучших лабораторий мира понять, как материалы вокруг Вселенной способны собираються вместе.

Но, как давно известно ученым, периодическая таблица просто состоит из звездной пыли: большинство элементов периодической таблицы, от самого легкого водорода до более тяжелых элементов, таких как лоуренсий, возникли в звездах.

Таблица выросла, когда были открыты новые элементы (синтетические элементы), созданные в лабораториях по всему миру, но основы Менделеева в понимании атомного веса и строительных блоков Вселенной остались неизменны.

Нуклеосинтез — процесс создания нового элемента, начался с Большого взрыва, который произошел около 13,7 миллиардов лет назад. Самые легкие элементы Вселенной, водород и гелий, были первыми результатами Большого взрыва. Но более тяжелые элементы — почти все остальные элементы периодической таблицы, в значительной степени являются продуктами жизни и смерти звезд.

По данным Джонсона, звезды с большой массой, в том числе некоторые в созвездии Ориона, на расстоянии около 1300 световых лет от Земли, соединяют элементы гораздо быстрее, чем звезды с низкой массой. Эти грандиозные звезды сливают водород и гелий в углерод и превращают углерод в магний, натрий и неон. Звезды с большой массой умирают, взрываясь в сверхновые, выпуская элементы, от кислорода до кремния в пространство вокруг них.

Меньшие звезды с малой массой (звезды размером с наше Солнце) объединяют в своих ядрах водород и гелий. Этот гелий затем сливается с углеродом. Когда маленькая звезда умирает, она оставляет позади белую карликовую звезду. Белые карлики синтезируют другие элементы, когда они сливаются и взрываются. Взрывающийся белый карлик может отправить кальций или железо в окружающую его пропасть. Слияние нейтронных звезд может создать родий или ксенон. Подобно людям, звезды живут и умирают в разных временных масштабах и в результате этого возникают различные химические элементы, что со временем меняет состав Вселенной.

Источник

Химический состав вещества во Вселенной

Для понимания структуры и эволюции Вселенной очень важен вопрос о химическом составе вещества во Вселенной.

Как известно, всякое вещество состоит из атомов. В естественном виде на Земле встречается около 90 разных видов атомов; кроме того, несколько новых видов атомов получено искусственно. Вещество, образованное атомами только одного какого-нибудь вида, называется элементом. Атомы большинства элементов способны объединяться друг с другом или с атомами других элементов, образуя молекулы; конкретные законы такого объединения являются предметом изучения химии. Любое вещественное образование — от самого твердого ( алмаза) до газообразного, от органических соединений тела человека до отдаленнейших галактик — представляет собой различные комбинации тех же основных элементов.

Простейший элемент — водород. Его атом состоит всего из двух частиц — электрона и протона. Следующий простейший элемент — гелий, каждый атом которого содержит шесть частиц: два протона и два нейтрона, расположенные в центре, образуют ядро, а два электрона, связанные с ядром электрическим притяжением, вращаются вокруг него по орбитам. Основные различия между атомами обусловлены разным количеством протонов в их ядрах. Сейчас известны все атомы, ядра которых содержат от 1 до 92 протонов. Самым сложным из существующих в природе элементов является уран; ядро его атома включает 92 протона и около 140 нейтронов, а вокруг него обращаются 92 электрона. Элементы, имеющие в ядре более 92 протонов и полученные искусственным путем (например, нептуний и плутоний), неустойчивы (радиоактивны) и довольно быстро распадаются. Поэтому они не были найдены на Земле в естественном виде.

При спектроскопическом исследовании астрономических объектов во всей доступной нам Вселенной обнаруживаются одни и те же элементы. Однако относительная распространенность элементов, присущих Земле, не характерна для других частей Вселенной. Так, около 90% всех атомов во Вселенной — атомы водорода; остальные — главным образом атомы гелия. Более тяжелые атомы, которые обычны для нашей планеты Земля, составляют во Вселенной лишь ничтожно малую часть. Ясно, что Земля сформировалась в особенных условиях, не характерных для среднестатистического распространения элементов во Вселенной, что вначале во Вселенной не было сложных атомов, но впоследствии образовался какой-то способ синтеза сложных элементов из более легких и простых. Когда и как образовалась такая «фабрика» химических элементов — одна из центральных проблем современного естествознания, лежащая на «стыке» астрономии, химии и физики.

Источник

Химический состав вещества во Вселенной

Для понимания структуры и эволюции Вселенной очень важен вопрос о химическом составе вещества во Вселенной.

При спектроскопическом исследовании астрономических объектов во всей доступной нам Вселенной обнаруживаются одни и те же элементы *. Однако относительная распространенность элементов, присущих Земле, не характерна для других частей Вселенной. Так, около 90% всех атомов во Вселенной — атомы водорода; остальные — главным образом атомы гелия. Более тяжелые атомы, которые обычны для нашей планеты Земля, составляют во Вселенной лишь ничтожно малую часть. Ясно, что Земля сформировалась в особенных условиях, не характерных для среднестатистического распространения элементов во Вселенной, что вначале во Вселенной не было сложных атомов, но впоследствии образовался какой-то способ синтеза сложных элементов из более легких и простых. Когда и как образовалась такая «фабрика» химических элементов — одна из центральных проблем современного естествознания, лежащая на «стыке» астрономии, химии и физики.

* Гелий был открыт на Солнце (об этом говорит его название), причем ранее, чем на Земле.

Звезды

Звезда — газовый шар

Звезды — далекие солнца. Звезды — это огромные раскаленные солнца, но столь удаленные от нас по сравнению с планетами Солнечной системы, что, хотя они сияют в миллионы раз ярче, их cвет кажется нам относительно тусклым.

При взгляде на ясное ночное небо вспоминаются строки М.В. Ломоносова:

Открылась бездна, звезд полна,

Звездам числа нет, бездне — дна.

В ночном небе невооруженным газом можно видеть около 6000 звезд. С уменьшением блеска звезд число их растет, и даже простой их счет становится затруднительным. «Поштучно» сосчитаны и занесены в астрономические каталоги все звезды ярче 11-й звездной величины. Их около миллиона. А всего нашему наблюдению доступно около двух миллиардов звезд. Общее количество звезд во Вселенной оценивается в 10 22 .

Различны размеры звезд, их строение, химический состав, масса, температура, светимость и др. Самые большие звезды (сверхгиганты) превосходят размер Солнца в десятки и сотни раз. Звезды-карлики имеют размеры Земли и меньше. Предельная масса звезд равна примерно 60 солнечным массам.

Весьма различны и расстояния до звезд. Свет звезд некоторых далеких звездных систем идет до нас сотни миллионов световых лет. Самой близкой к нам звездой можно считать звезду первой величины α- Центавра, не видимую с территории России. Она отстоит от Земли на расстоянии 4 световых лет. Курьерский поезд, идя без остановок со скоростью 100 км/ч, добрался бы до нее через 40 миллионов лет!

В звездах сосредоточена основная масса (98—99%) видимого вещества в известной нам части Вселенной. Звезды — мощные источники энергии. В частности, жизнь на Земле обязана своим существованием энергии излучения Солнца. Вещество звезд представляет собой плазму, т.е. находится в ином состоянии, чем вещество в привычных для нас земных условиях. (Плазма — это четвертое (наряду с твердым, жидким, газообразным) состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ, в котором положительные (ионы) и отрицательные заряды (электроны) в среднем нейтрализуют друг друга.) Поэтому, строго говоря, звезда — это не просто газовый шар, а плазменный шар. На поздних стадиях развития звезды звездное вещество переходит в состояние вырожденного газа (в котором квантово-механическое влияние частиц друг на друга существенным образом сказывается на его физических свойствах — давлении, теплоемкости и др.), а иногда и нейтронного вещества (пульсары — нейтронные звезды, барстеры — источники рентгеновского излучения и др.).

Звезды в космическом пространстве распределены неравномерно. Они образуют звездные системы: кратные звезды (двойные, тройные и т.д.); звездные скопления (от нескольких десятков звезд до миллионов); галактики — грандиозные звездные системы (наша Галактика, например, содержит около 150—200 млрд звезд).

В нашей Галактике звездная плотность также весьма неравномерна. Выше всего она в области галактического ядра. Здесь она в 20 тыс. раз выше, чем средняя звездная плотность в окрестностях Солнца.

Большинство звезд находится в стационарном состоянии, т.е. не наблюдается изменений их физических характеристик. Это отвечает состоянию равновесия. Однако существуют и такие звезды, свойства которых меняются видимым образом. Их называют переменными звездами и нестационарными звездами. Переменность и нестационарность — проявления неустойчивости состояния равновесия звезды. Переменные звезды некоторых типов изменяют свое состояние регулярным или нерегулярным образом. Следует отметить также и новые звезды, в которых непрерывно или время от времени происходят вспышки. При вспышках (взрывах) сверхновых звезд вещество звезд в некоторых случаях может быть полностью рассеяно в пространстве.

Высокая светимость звезд, поддерживаемая в течение длительного времени, свидетельствует о выделении в них огромных количеств энергии. Современная физика указывает на два возможных источника энергии — гравитационное сжатие, приводящее к выделению гравитационной энергии, и термоядерные реакции, в результате которых из ядер легких элементов синтезируются ядра более тяжелых элементов и выделяется большое количество энергии.

Как показывают расчеты, энергии гравитационного сжатия было бы достаточно для поддержания светимости Солнца в течение всего лишь 30 млн лет. Но из геологических и других данных следует, что светимость Солнца оставалась примерно постоянной в течение миллиардов лет. Гравитационное сжатие может служить источником энергии лишь для очень молодых звезд. С другой стороны, термоядерные реакции протекают с достаточной скоростью лишь при температурах, в тысячи раз превышающих температуру поверхности звезд. Так, для Солнца температура, при которой термоядерные реакции могут выделять необходимое количество энергии, составляет, по различным расчетам, от 12 до 15 млн К. Такая колоссальная температура достигается в результате гравитационного сжатия, которое и «зажигает» термоядерную реакцию. Таким образом, в настоящее время наше Солнце является медленно горящей водородной бомбой.

Предполагается, что у некоторых (но вряд ли у большинства) звезд есть собственные планетные системы, аналогичные нашей Солнечной системе.

Источник

Самый распространённый элемент во вселенной

Безусловно, что в нашем понимании вселенная это нечто единое целое. Но имеющее свою структуру и состав. Сюда относятся все небесные тела и объекты, материя, энергия, газ, пыль и многое другое. Все это образовалось и существует, независимо от того, видим ли мы это или ощущаем.

Тёмная материя

Учёные давно рассматривают такие вопросы: Что же образовало такую вселенную? И какие элементы её наполняют?

Сегодня мы поговорим о том, какой элемент самый распространённый во вселенной.

Водород

Оказывается этот химический элемент самый лёгкий в мире. Кроме тго, его одноатомная форма составляет примерно 87% всего состава вселенной. Помимо того, он содержится в большинстве молекулярных соединений. Даже в воде, или, к примеру, он является частью органических веществ. Вдобавок водород выступает особенно важной составляющей частью кислотно-основных реакций.
Кроме того, элемент растворим в большинстве металлах. Что интересно, водород не обладает запахом, цветом и вкусом.

Водород

В процессе изучения, учёные называли водород горючим газом.
Как только не определяли его. В своё время он носил имя рождающий воду, а затем водотворное вещество.
Лишь в 1824 году ему присвоили название водород.

Во вселенной водород входит в состав 88,6% всех атомов. Остальное в большем количестве составляет гелий. И лишь малая часть это прочие элементы.
Следственно, звёзды и другие газы имеют в своём составе в основном водород.
Кстати, опять же он имеется и в звёздных температурах. Однако в виде плазмы. А в космическом пространстве он представлен в виде молекул, атомов и ионов. Интересно, что водород способен формировать молекулярные облака.

Молекулярное облако Ориона

Характеристика водорода

Водород уникальный элемент, так как не имеет нейтрон. Он содержит лишь один протон и электрон.
Как указывалось, это самый лёгкий газ. Важно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость. На это не влияет даже температура.
Теплопроводность водорода одна из высоких среди всех газов.
Помимо всего прочего, он хорошо растворим в металлах, что влияет на его способность диффундировать через них. Иногда процесс приводит к разрушению. К примеру, взаимодействие водорода и углерода. В этом случае происходит декарбонизация.

Появление водорода

Возник во вселенной после Большого взрыва. Как и все химические элементы. По теории, в первые микросекунды после взрыва температура вселенной была выше 100 млрд градусов. Что образовало связь трёх кварков. В свою очередь, эта взаимодействие создало протон. Таким образом, возникло ядро атома водорода. В процессе расширения температура упала, и кварки образовали протоны и нейтроны. Так, на самом деле, возник водород.

Связь трёх кварков

Гелий

В промежутке от 1 до 100 секунд после образования вселенной часть протонов и нейтронов соединилась. Тем самым образовав другой элемент-гелий.
В дальнейшем расширение пространства и как следствие снижение температуры приостановило соединительные реакции. Что важно, они вновь запустились внутри звёзд. Так образовались атомы других химических элементов.
В результате получается, что водород и гелий являются основными двигателями образования остальных элементов.

Гелий

Гелий вообще является вторым по распространённости элементом во вселенной. Его доля составляет 11,3% всего космического пространства.

Свойства гелия

Он, так же как и водород, не имеет запаха, цвета и вкуса. Вдобавок, это второй по лёгкости газ. Но его температура кипения самая низкая из всех известных.

Гелий — это инертный, нетоксичный и одноатомный газ. Теплопроводность его высокая. По этой характеристике он вновь стоит на втором месте после водорода.
Добыча гелия осуществляется методом разделения при низкой температуре.
Интересно, что раньше гелий считали металлом. Но в процессе изучения определили, что это газ. При том, основной в составе вселенной.

Применение гелия

Все элементы на Земле, за исключением водорода и гелия, породила миллиарды лет назад алхимия звезд, часть которых является ныне неприметными белыми карликами где-то на другой стороне Млечного Пути. Азот наших ДНК, кальций наших зубов, железо нашей крови, углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звезд.

Мы сотворены из звездного вещества.
Карл Саган

Применение элементов

Человечество научилось добывать и применять с пользой для себя химические элементы. Так водород и гелий применяют во многих сферах деятельности. Например в:

пищевой промышленности;
металлургии;
химической промышленности;
нефтепереработке;
производстве электроники;
косметической промышленности;
геологии;
даже в военной сфере и др.

Как видно, эти элементы играют важную роль в жизни вселенной. Очевидно, само наше существование напрямую зависит от них. Мы знаем, что ежеминутно происходит рост и движение вселенной. И несмотря на то, что они по отдельности небольшие, все вокруг основано из этих элементов.
Поистине, водород и гелий, также как другие химические элементы, уникальны и удивительны. Пожалуй с этим невозможно поспорить.

Источник